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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2020.tde-24042020-173718
Document
Author
Full name
Lucas da Rosa Ribeiro
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Beck, André Teófilo (President)
Gomes, Wellison José de Santana
Nogueira, Caio Gorla
Title in Portuguese
Otimização de estruturas reticuladas em concreto armado considerando incertezas e riscos
Keywords in Portuguese
Concreto Armado
Incertezas
Otimização Estrutural
Pórticos
Riscos
Abstract in Portuguese
Estruturas civis estão inevitavelmente submetidas às incertezas, são formadas por múltiplos componentes e estão sujeitas a vários modos de falha. Portanto, o dimensionamento poderia ser realizado com base na confiabilidade global do sistema, na correlação entre os modos de falha distintos do sistema estrutural, assim como na correlação entre a falha de seus elementos constituintes, definindo-se onde é válido empregar mais ou menos material. Logo, um elemento que tenha pouca influência na falha do sistema poderia ser dimensionado com confiabilidade menor, por exemplo. No entanto, a normativa nacional vigente de dimensionamento estabelece que a estrutura seja obtida mediante o dimensionamento individual de cada um de seus elementos constituintes, sem considerar a segurança do sistema como um todo. Com o objetivo de analisar as concepções ótimas de sistemas estruturais usuais, realizou-se a otimização estrutural de sistemas reticulados em concreto armado considerando riscos e incertezas. As variáveis de projeto adotadas são as dimensões da seção transversal dos elementos, taxa de armadura nas seções críticas dos elementos e parâmetros associados às propriedades materiais. Para melhor representar as não linearidades física e geométrica presentes, uma abordagem em elementos finitos baseada em posições foi empregada. Constatou-se que as técnicas de otimização adotadas levam a resultados mais econômicos quando o nível de segurança requerido é menor. Em contrapartida, as configurações ótimas resultam mais robustas e menos econômicas ao ser exigido um maior nível de segurança. Ademais, percebeu-se que, para as funções objetivo consideradas, a minimização de custos iniciais leva à redução da resistência média do concreto, e à priorização do aumento das seções transversais dos elementos.
Title in English
Structural optimization of hyperstatic reinforced concrete frames considering uncertainties and risks
Keywords in English
Frames
Reinforced Concrete
Risks
Structural Optimization
Uncertainties
Abstract in English
Civil engineering structures are inevitably under uncertainties, constituted by multiple components, and also subjected to several failure modes. Therefore, the design could be made considering the global system reliability, the correlation between failure modes, and also the correlation between the failure of its components, defining where it is worth spending more or less material. Thereby, a component with little influence over the system failure could be designed with less reliability, for instance. However, regarding reinforced concrete structures, the current Brazilian design normative stablishes that the structural system is obtained after the individual design of each of its structural elements, not objectively considering the system reliability. Aiming to analyze the optimal designs of usual structural systems, the structural optimization under risks and uncertainties is performed on reinforced concrete frames. Design variables are the sizes of the transversal section of the structural members, steel rebar rate at critical sections, and parameters associated to material properties. In order to better represent the physical and geometrical nonlinearities involved, a finite element approach based on positions is used. It is shown that the optimization techniques leads to more economical results when the required safety level is lower. However, the optimal designs are more robust and less economical when higher safety levels are imposed. Also, it is realized, for the objective functions considered herein, that the minimizing of the initial costs leads to the reduction of the average concrete strength, while increasing of the transversal section dimensions.
 
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Publishing Date
2020-11-10
 
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