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Otimização do projeto de vigas de concreto protendido usando algoritmo genético.
(2023) Carvalho, Tawany Aparecida de; Silva, Amilton Rodrigues da; Silva, Amilton Rodrigues da; Inoue, Hisashi; Fernandes, Walliston dos Santos
A utilização de concreto protendido apresenta diversas vantagens para a construção civil, dentre elas: a possibilidade de seções mais esbeltas e redução do peso próprio; melhor comportamento em relação aos estados limites de serviço de deformação excessiva e de abertura de fissuras; e a redução ou até eliminação das fissuras gerando uma consequente maior durabilidade do elemento estrutural. No entanto, o projeto dessas estruturas ainda possui algumas dificuldades devido ao número de variáveis envolvidas no processo. Visto isso, o objetivo do presente trabalho é implementar e validar um algoritmo evolucionário de otimização estrutural, que buscará minimizar as dimensões da seção transversal de vigas retangulares de concreto protendido para diferentes tipos de carregamentos, vãos, condições de apoios, entre outros, considerando dois métodos de otimização. No processo, são usados elementos finitos de barra para modelar as vigas e elementos finitos de interface para posicionar o cabo de protensão em relação ao eixo da barra, que também representam a interface cordoalha-concreto, simulando o deslizamento entre o concreto e a armadura ativa. Para a busca da solução ótima, é utilizado o algoritmo genético onde o valor de aptidão do indivíduo consiste em definir a menor seção transversal para a viga retangular de concreto protendido, variando o traçado do cabo de protensão e considerando os estados limites de serviço e último. Tal condição é definida através de uma análise não linear da estrutura usando a plataforma de análise de elementos finitos FEMOOP. Após a implementação da formulação apresentada, percebeu-se pelos exemplos e resultados que os métodos implementados neste trabalho se mostraram eficientes para o dimensionamento otimizado de vigas protendidas. A formulação apresentada permite o dimensionamento de vigas com análise estrutural complexa apresentando no final a altura da seção retangular, bem como o traçado do cabo de protensão. Verificou-se que o traçado do cabo de protensão não altera significativamente a capacidade de carga da viga protendida, desde que os diferentes traçados produzam curvaturas inversas ao do carregamento aplicado à viga nos pontos de momentos críticos.
Concentrated approaches for nonlinear analysis of composite beams with partial interaction.
(2021) Carvalho, Tawany Aparecida de; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Dias, Luís Eduardo Silveira; Barros, Rafael Cesário
Two plane displacement-based formulations with concentrated nonlinear effects for numerical analysis of composite beams are presented here. The effects of geometric nonlinearity, plasticity and partial shear connection are considered. In these two approaches, the co-rotational system is defined to allow large displacements and rotations in the numerical model. The first formulation is based to Strain Compatibility Method, where the sections strains are explicitly evaluated as well as the slipping at the steel-concrete interface. Thus, the axial and flexural stiffness of the cross section is determined in each step of the incremental-iterative process. The second methodology considers rotational pseudo-springs at the finite elements ends to simulate of plasticity. Further- more, the effects of partial interaction can not be simulated by the inherently rotational behavior of the pseudo-springs. Thus, the cracking and partial interaction effects are approached through effective moment of inertia defined by normative criteria. Four composite beams are simulated with these two formulations and compared by the load-displacements paths. In all numerical re- sult findings these formulations are closed and accurate to the experimental data presented in lit- erature.
Numerical analysis of steel–concrete composite beams with partial interaction : a plastic-hinge approach.
(2021) Lemes, Igor José Mendes; Dias, Luís Eduardo Silveira; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Amilton Rodrigues da; Carvalho, Tawany Aparecida de
A two-dimensional displacement-based formulation with a plastic-hinge approach for the numerical analysis of composite beams with partial shear connection is presented here. The co-rotational approach is applied in the numerical model to allow large displacements and rotations. The axial and transverse displacement functions are defined to avoid locking problems. The simulation of the materials and shear connection nonlinear behaviors are approached via the strain compatibility method (SCM), where the constitutive relations are explicitly used. The slip in the steel section–concrete slab interface is considered by the axial force decomposition in the cross-section level by the degree of composite action, without introducing degrees of freedom in the finite element. The numerical proposal of the present work is tested by simulating steel–concrete composite beams and comparing the obtained results with the experimental and numerical data already known. This formulation is verified as numerically stable and without locking phenomena, and good convergence with literature results was obtained. However, more refined finite element (FE) meshes are needed.

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