The foot keeps body balance and stability during walking, running and performing various physical activities. It has been determined that mechanical properties of musculoskeletal system influence motion control, body balance maintenance (Richardson et al., 2005; Biewener, Daley, 2007; Nishikawa, 2007). However, it is yet unclear whether there is a relation between body stability and foot arch stability. The relation is yet unknown between the mechanical and physiological properties of the foot and foot arch stability. The aim of the research is to determine the relation between foot arch stability and the mechanical and physiological properties of the foot. The objectives of the research were: 1. To determine whether feet distribution according to arch type depends on different foot arch assessment methods applied. 2. To determine the mechanical properties of foot, Achilles tendon and plantar fascia. 3. To investigate whether there is a relation between foot arch stability and body stability. 4. To investigate whether there is a relation between mechanical and physiological properties of the foot. METHODS The research was carried out according to the principles of Convention on Human Rights and Biomedicine adopted on 19 November 1996 (Convention on Human Rights and Biomedicine) (Rogers and Bousingen, 2001). The license for the research was issued by Kaunas Regional Biomedical Research Ethics Committee (protocol No BE-2-53). 5 studies were conducted: 1 study: the analysis of... [to full text] / Žmogui einant, bėgant, atliekant įvairias fizines veiklas, pėda išlaiko kūno pusiausvyrą, stabilumą. Net mažas struktūros ar funkcijos pokytis gali turėti įtakos pėdos hiper-, hipomobilumui, kurie siejami su traumų atsiradimu. Šio darbo tikslas buvo nustatyti pėdos skliauto stabilumo ir mechaninių bei fiziologinių savybių sąveiką. Atlikti penki tyrimai. Pirmojo tyrimo tikslas – nustatyti, ar pėdų pasiskirstymas pagal skliauto tipus priklauso nuo skirtingų skliauto nustatymo metodų. Tyrime dalyvavo 91 tiriamasis ir buvo ištirtos 182 pėdos. Tyrime taikyti F. Forriol, L. T. Staheli, H. H. Clarke ir D. S. Williams pėdos skliauto nustatymo metodai. Gauti tyrimo rezultatai rodo, kad pagal skirtingas metodikas pėdos pagal normalų, žemą ir aukštą pėdos skliauto tipą pasiskirstė nevienodai. Antrojo tyrimo tikslas – nustatyti normalaus, žemo ir aukšto pėdos skliauto deformaciją, santykinę deformaciją ir standumą. Buvo tirtos 42 pėdos. Biomechaniniai pėdos parametrai apskaičiuoti naudojant pėdos gniuždymo metodiką. Nustatyta, kad pėdos deformacija ir standumas priklauso nuo pėdos skliauto tipo. Žemo skliauto standumas yra mažesnis ir jis daugiau deformuojasi negu normalaus ir aukšto pėdos skliautas. Trečiojo tyrimo tikslas – nustatyti in vitro pėdos deformaciją, santykinę deformaciją ir standumą esant skirtingam gniuždymo greičiui. Tirtos viena su minkštaisiais audiniais ir šešios be minkštųjų audinių pėdos. Tyrime pėdos buvo gniuždomos Tinius Olsen H25K-T bandymų mašina. Pėdos... [toliau žr. visą tekstą]

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer optimalen Tragstruktur für Netzwerkbogenbrücken. Dabei wird die systematische Nutzung der Optimierungspotenziale dieses Brückentragwerkes an ausgewählten Tragwerkselementen erarbeitet. Es werden Lösungsvorschläge für die System- und Detailausbildung sowie Berechnungs- und Entwurfsgrundlagen entwickelt. Die Schwerpunkte der Arbeit bilden die Entwicklung von ermüdungssicheren Hängeranschlusskonstruktionen, statisch effizienten Hängernetzen sowie Bögen, die sich durch eine hohe Tragfähigkeit bei gleichzeitig geringem Materialverbrauch auszeichnen. Um eine ausreichende Ermüdungssicherheit der in dieser Hinsicht maßgebenden Hängeranschlusskonstruktionen zu gewährleisten, ist es notwendig, die risserzeugenden Spannungsspitzen zu minimieren und möglichst einen homogenen Spannungsverlauf über das gesamte Bauteil zu erzeugen. Mit Hilfe einer parametergestützten Gestaltoptimierung und anschließender Topologieanpassung wird zunächst eine optimale Lösung für die Hängeranschlusskonstruktion entworfen. Anschließend erfolgt die Entwicklung einer Bestimmungsgleichung für die Kerbwirkungszahl dieser Anschlusskonstruktion, welche die Anwendung des Kerbspannungskonzeptes für Hängeranschlüsse ermöglicht. Zur effizienten Nutzung der statischen Vorteile von Netzwerkbogenbrücken ist die Anordnung der Hänger von großer Bedeutung. Um die vorteilhafteste Hängeranordnung zu ermitteln, werden fünf mögliche Hängernetze mit variierenden Hängerneigungsparametern, Hängeranzahlen und Stützweiten hinsichtlich gezielt ausgewählter statischer Kriterien untersucht und bewertet. Daraus resultierend werden Empfehlungen formuliert, die dem Ingenieur die Wahl eines für entsprechende Rahmenbedingungen geeigneten Hängernetzes erleichtern. Auch die konstruktive Ausführung des Bogens sowie des oberen Windverbandes und das damit verbundene Tragverhalten sind beim Entwurf einer effizienten Netzwerkbogenbrücke von großer Bedeutung. Deswegen wird der Einfluss von Form, Geometrie und Steifigkeit des Bogens sowie von Ausführung und Konstruktion anderer Tragwerksteile auf die Bogenstabilität analysiert. Darauf aufbauend erfolgt die Optimierung dieser Konstruktionsparameter, um die Stahlmasse des Bogens ohne maßgebliche Reduzierung der Tragfähigkeit zu minimieren. Zusätzlich werden verschiedene Ersatzimperfektionen bezüglich ihrer Auswirkung auf die rechnerische Bogenstabilität untersucht und die maßgebenden Vorverformungen hinsichtlich ihrer Form und ihrer Größe herausgestellt. In ausgewählten Beispielen werden abschließend die entwickelten Lösungen mit Bauwerken aus der Praxis verglichen, um die Effizienz des optimierten Tragwerkes zu demonstrieren. / This work of research will tackle the development of an optimal structure for network arch bridges. The systematic employment of potentials to optimize these bridge structures will be examined for selected structural members. Suggestions for the construction of the bridge system and of selected details as well as basics for calculation and design will be developed. This paper will focuses mainly on the design of fatigue-proof hanger connections, statically efficient hanger networks as well as arches, which have a high load carrying capacity along with low material consumption. In order to provide sufficient security against fatigue failure for the decisive connections of the hanger bars, stress peaks that cause cracks have to be minimized and homogeneous stress distribution within the whole element has to be ensured. Initially, this paper will delineate an optimal solution for hanger connections by means of parameter-based shape optimization and subsequent topology adaptation. In the following, an analytic formula for the stress concentration factor of this connection will be developed in order to enable the application of the notch stress concept for hanger connections. To apply the static advantages of network arch bridges efficiently, the arrangement of the hangers is essential. In order to determine the most efficient hanger arrangement, five possible hanger arrangements with varying parameters (slope of the hangers, number of the hangers and span of the bridge) will be analyzed and evaluated with respect to systematically selected static criteria. On the basis of these investigations, recommendations for engineers how to choose an optimized hanger arrangement according to different geometrical bridge parameters will be made. Additionally, the constructive design of the arches and the upper wind bracing as well as the associated structural behavior are significant when an efficient network arch bridge is to be designed. For this reason, this paper will analyze the influence of the arch-shape, the arch-geometry and the arch-stiffness as well as the design and construction of other structural members on the stability of the arch. Based on these results, the constructive parameters will be optimized in order to reduce the steel weight of the arch without significantly reducing the load carrying capacity. Furthermore, the influence of different imperfections on the arch stability will be analyzed and the form and size of the decisive initial deflections emphasized. Finally, systematically selected examples will provide a comparison between the developed solutions and existing bridge structures in order to demonstrate the efficiency of the optimized structure.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung einer optimalen Tragstruktur für Netzwerkbogenbrücken. Dabei wird die systematische Nutzung der Optimierungspotenziale dieses Brückentragwerkes an ausgewählten Tragwerkselementen erarbeitet. Es werden Lösungsvorschläge für die System- und Detailausbildung sowie Berechnungs- und Entwurfsgrundlagen entwickelt. Die Schwerpunkte der Arbeit bilden die Entwicklung von ermüdungssicheren Hängeranschlusskonstruktionen, statisch effizienten Hängernetzen sowie Bögen, die sich durch eine hohe Tragfähigkeit bei gleichzeitig geringem Materialverbrauch auszeichnen. Um eine ausreichende Ermüdungssicherheit der in dieser Hinsicht maßgebenden Hängeranschlusskonstruktionen zu gewährleisten, ist es notwendig, die risserzeugenden Spannungsspitzen zu minimieren und möglichst einen homogenen Spannungsverlauf über das gesamte Bauteil zu erzeugen. Mit Hilfe einer parametergestützten Gestaltoptimierung und anschließender Topologieanpassung wird zunächst eine optimale Lösung für die Hängeranschlusskonstruktion entworfen. Anschließend erfolgt die Entwicklung einer Bestimmungsgleichung für die Kerbwirkungszahl dieser Anschlusskonstruktion, welche die Anwendung des Kerbspannungskonzeptes für Hängeranschlüsse ermöglicht. Zur effizienten Nutzung der statischen Vorteile von Netzwerkbogenbrücken ist die Anordnung der Hänger von großer Bedeutung. Um die vorteilhafteste Hängeranordnung zu ermitteln, werden fünf mögliche Hängernetze mit variierenden Hängerneigungsparametern, Hängeranzahlen und Stützweiten hinsichtlich gezielt ausgewählter statischer Kriterien untersucht und bewertet. Daraus resultierend werden Empfehlungen formuliert, die dem Ingenieur die Wahl eines für entsprechende Rahmenbedingungen geeigneten Hängernetzes erleichtern. Auch die konstruktive Ausführung des Bogens sowie des oberen Windverbandes und das damit verbundene Tragverhalten sind beim Entwurf einer effizienten Netzwerkbogenbrücke von großer Bedeutung. Deswegen wird der Einfluss von Form, Geometrie und Steifigkeit des Bogens sowie von Ausführung und Konstruktion anderer Tragwerksteile auf die Bogenstabilität analysiert. Darauf aufbauend erfolgt die Optimierung dieser Konstruktionsparameter, um die Stahlmasse des Bogens ohne maßgebliche Reduzierung der Tragfähigkeit zu minimieren. Zusätzlich werden verschiedene Ersatzimperfektionen bezüglich ihrer Auswirkung auf die rechnerische Bogenstabilität untersucht und die maßgebenden Vorverformungen hinsichtlich ihrer Form und ihrer Größe herausgestellt. In ausgewählten Beispielen werden abschließend die entwickelten Lösungen mit Bauwerken aus der Praxis verglichen, um die Effizienz des optimierten Tragwerkes zu demonstrieren. / This work of research will tackle the development of an optimal structure for network arch bridges. The systematic employment of potentials to optimize these bridge structures will be examined for selected structural members. Suggestions for the construction of the bridge system and of selected details as well as basics for calculation and design will be developed. This paper will focuses mainly on the design of fatigue-proof hanger connections, statically efficient hanger networks as well as arches, which have a high load carrying capacity along with low material consumption. In order to provide sufficient security against fatigue failure for the decisive connections of the hanger bars, stress peaks that cause cracks have to be minimized and homogeneous stress distribution within the whole element has to be ensured. Initially, this paper will delineate an optimal solution for hanger connections by means of parameter-based shape optimization and subsequent topology adaptation. In the following, an analytic formula for the stress concentration factor of this connection will be developed in order to enable the application of the notch stress concept for hanger connections. To apply the static advantages of network arch bridges efficiently, the arrangement of the hangers is essential. In order to determine the most efficient hanger arrangement, five possible hanger arrangements with varying parameters (slope of the hangers, number of the hangers and span of the bridge) will be analyzed and evaluated with respect to systematically selected static criteria. On the basis of these investigations, recommendations for engineers how to choose an optimized hanger arrangement according to different geometrical bridge parameters will be made. Additionally, the constructive design of the arches and the upper wind bracing as well as the associated structural behavior are significant when an efficient network arch bridge is to be designed. For this reason, this paper will analyze the influence of the arch-shape, the arch-geometry and the arch-stiffness as well as the design and construction of other structural members on the stability of the arch. Based on these results, the constructive parameters will be optimized in order to reduce the steel weight of the arch without significantly reducing the load carrying capacity. Furthermore, the influence of different imperfections on the arch stability will be analyzed and the form and size of the decisive initial deflections emphasized. Finally, systematically selected examples will provide a comparison between the developed solutions and existing bridge structures in order to demonstrate the efficiency of the optimized structure.