A minimização de massa de estruturas metálicas unifilares (como treliças) é um problema comum em projetos estruturais. Neste caso as áreas das seções transversais das barras podem ser assumidas como as variáveis de projeto para o dimensionamento estrutural de uma treliça. As estruturas estão sujeitas a critérios de normas a serem verificados e as variáveis de projeto (seções das áreas transversais), que podem ser contínuas ou discretas, oferecem uma grande variedade de combinações na solução do projeto. O uso da otimização objetiva selecionar as variáveis de projeto de uso comercial para obter um projeto eficiente (dentro dos limites estabelecidos em Normas) e ao mesmo tempo com massa minimizada. Neste trabalho utilizou-se o método do Algoritmo Genético fazendo utilização e modificações nos parâmetros do toolbox de Algoritmo Genéticos do MATLAB para obter a otimização de treliças tanto planas como espaciais. Através da otimização obtém-se uma massa mínima, levando em consideração restrições e critérios baseados em dados da literatura, os quais foram demonstrados e desenvolvidos através de exemplos numéricos para validação da metodologia proposta. Estudos paramétricos são utilizados para traçar indicações de sugestão na escolha dos parâmetros do método que melhor irá se adequar à proposta de minimização da massa. Por fim é apresentado um exemplo mais realista de uma estrutura de treliça espacial a qual é otimizada em termos das restrições impostas pela nova norma NBR8800:2008 e os resultados são comparados com aqueles obtidos através de um software comercial. / The structural mass minimization of steel truss structures is a common task in the structural design. The beam cross sectional areas can be assumed as design variables which represent the final structural design of a truss. The structures are ruled by rigid standard criteria that must be attended and the design variables (such as cross sectional areas), which could be continuous or discrete, offer a large variety combination in the project’s choice. The optimization procedure aims at the design variable evaluation using available commercial cross sectional areas to attain an efficient project (bounded by Standard prescriptions) and at the same time with reduced mass. In this work it is used the Genetic Algorithm method, using and modifying parameters of the Matlab’s Genetic Algorithm toolbox to reach minimum mass for plane and spatial trusses. This optimization accounts for constraints and criteria based on literature, which were used to develop and analyze through numerical examples to validate the proposed methodology. Parametric studies are used to draw suggestions regarding the algorithm’s parameters choice that best fits to the proposed task. At last it is presented a realistic spatial truss which is optimized taking into account NBR8800:2008 standard constraints and the results are compared against commercial software.

A minimização de massa de estruturas metálicas unifilares (como treliças) é um problema comum em projetos estruturais. Neste caso as áreas das seções transversais das barras podem ser assumidas como as variáveis de projeto para o dimensionamento estrutural de uma treliça. As estruturas estão sujeitas a critérios de normas a serem verificados e as variáveis de projeto (seções das áreas transversais), que podem ser contínuas ou discretas, oferecem uma grande variedade de combinações na solução do projeto. O uso da otimização objetiva selecionar as variáveis de projeto de uso comercial para obter um projeto eficiente (dentro dos limites estabelecidos em Normas) e ao mesmo tempo com massa minimizada. Neste trabalho utilizou-se o método do Algoritmo Genético fazendo utilização e modificações nos parâmetros do toolbox de Algoritmo Genéticos do MATLAB para obter a otimização de treliças tanto planas como espaciais. Através da otimização obtém-se uma massa mínima, levando em consideração restrições e critérios baseados em dados da literatura, os quais foram demonstrados e desenvolvidos através de exemplos numéricos para validação da metodologia proposta. Estudos paramétricos são utilizados para traçar indicações de sugestão na escolha dos parâmetros do método que melhor irá se adequar à proposta de minimização da massa. Por fim é apresentado um exemplo mais realista de uma estrutura de treliça espacial a qual é otimizada em termos das restrições impostas pela nova norma NBR8800:2008 e os resultados são comparados com aqueles obtidos através de um software comercial. / The structural mass minimization of steel truss structures is a common task in the structural design. The beam cross sectional areas can be assumed as design variables which represent the final structural design of a truss. The structures are ruled by rigid standard criteria that must be attended and the design variables (such as cross sectional areas), which could be continuous or discrete, offer a large variety combination in the project’s choice. The optimization procedure aims at the design variable evaluation using available commercial cross sectional areas to attain an efficient project (bounded by Standard prescriptions) and at the same time with reduced mass. In this work it is used the Genetic Algorithm method, using and modifying parameters of the Matlab’s Genetic Algorithm toolbox to reach minimum mass for plane and spatial trusses. This optimization accounts for constraints and criteria based on literature, which were used to develop and analyze through numerical examples to validate the proposed methodology. Parametric studies are used to draw suggestions regarding the algorithm’s parameters choice that best fits to the proposed task. At last it is presented a realistic spatial truss which is optimized taking into account NBR8800:2008 standard constraints and the results are compared against commercial software.

A minimização de massa de estruturas metálicas unifilares (como treliças) é um problema comum em projetos estruturais. Neste caso as áreas das seções transversais das barras podem ser assumidas como as variáveis de projeto para o dimensionamento estrutural de uma treliça. As estruturas estão sujeitas a critérios de normas a serem verificados e as variáveis de projeto (seções das áreas transversais), que podem ser contínuas ou discretas, oferecem uma grande variedade de combinações na solução do projeto. O uso da otimização objetiva selecionar as variáveis de projeto de uso comercial para obter um projeto eficiente (dentro dos limites estabelecidos em Normas) e ao mesmo tempo com massa minimizada. Neste trabalho utilizou-se o método do Algoritmo Genético fazendo utilização e modificações nos parâmetros do toolbox de Algoritmo Genéticos do MATLAB para obter a otimização de treliças tanto planas como espaciais. Através da otimização obtém-se uma massa mínima, levando em consideração restrições e critérios baseados em dados da literatura, os quais foram demonstrados e desenvolvidos através de exemplos numéricos para validação da metodologia proposta. Estudos paramétricos são utilizados para traçar indicações de sugestão na escolha dos parâmetros do método que melhor irá se adequar à proposta de minimização da massa. Por fim é apresentado um exemplo mais realista de uma estrutura de treliça espacial a qual é otimizada em termos das restrições impostas pela nova norma NBR8800:2008 e os resultados são comparados com aqueles obtidos através de um software comercial. / The structural mass minimization of steel truss structures is a common task in the structural design. The beam cross sectional areas can be assumed as design variables which represent the final structural design of a truss. The structures are ruled by rigid standard criteria that must be attended and the design variables (such as cross sectional areas), which could be continuous or discrete, offer a large variety combination in the project’s choice. The optimization procedure aims at the design variable evaluation using available commercial cross sectional areas to attain an efficient project (bounded by Standard prescriptions) and at the same time with reduced mass. In this work it is used the Genetic Algorithm method, using and modifying parameters of the Matlab’s Genetic Algorithm toolbox to reach minimum mass for plane and spatial trusses. This optimization accounts for constraints and criteria based on literature, which were used to develop and analyze through numerical examples to validate the proposed methodology. Parametric studies are used to draw suggestions regarding the algorithm’s parameters choice that best fits to the proposed task. At last it is presented a realistic spatial truss which is optimized taking into account NBR8800:2008 standard constraints and the results are compared against commercial software.

O avanço intenso e constante que vem tendo os sistemas de telecomunicação e de transmissão de energia elétrica tem levado à instalação de uma quantidade considerável de torres metálicas treliçadas, desde as zonas menos povoadas até os grandes centros urbanos. Apesar dos vários estudos existentes nesta área, ocorrências de tombamento de torres deste tipo continuam sendo registradas, o que implica na necessidade de mais estudos. Por se tratar de estruturas esbeltas e de baixo peso, o principal carregamento para elaboração do projeto estrutural de torres metálicas treliçadas é a força do vento. Pergunta-se então: a norma brasileira de vento (NBR-6123/88) é clara e atende a todas as situações e dúvidas ou são os projetos que não estão seguindo suas recomendações adequadamente? Este trabalho é então dividido em três etapas de ensaios experimentais no Túnel de Vento do LAC. Estudou-se, numa primeira fase, o comportamento de perfis isolados, com vários ângulos de incidência do vento e dois tipos de escoamento: suave e turbulento.Percebeu-se que a terminação das cantoneiras não possui influência, também não ocorreram diferenças quanto aos tipos de escoamentos e uma leve divergência do coeficiente de força Cf, com a norma para alguns ângulos de incidência. Na segunda etapa, foi verificado o efeito de proteção de um perfil a barlavento sobre um a sotavento, com diversos afastamentos entre eles e submetidos aos escoamentos suave e turbulento. O efeito de proteção foi comprovado, apesar de não ter sido possível determinar exatamente o momento em que ele deixa de existir. O mesmo fenômeno foi verificado nos coeficientes de torção, Ct. Também verificou-se a possibilidade da utilização da figura 8 da NBR-6123 para barras isoladas, percebendo-se que para os afastamentos intermediários ensaiados a discrepância entre os valores dos coeficientes de arrasto, Ca, indicados pela norma e os obtidos nos ensaios foi maior. Na terceira etapa, estudou-se módulos de torres treliçadas, submetidos a diferentes velocidades e ângulos de incidência do vento. Para efeito de comparação, escolheram-se duas diferentes áreas: uma considerando somente a área frontal e a outra sendo a área efetiva (frontal mais sombra). Perceberam-se diferenças entre os próprios métodos indicados pela NBR-6123 e entre esta e os experimentos e normas e, principalmente, a importância do cálculo correto das áreas para a determinação da força atuante. Verificou-se que os valores obtidos nos ensaios, para alguns módulos, são maiores que aqueles recomendados pela norma. Com este trabalho pôde-se verificar a diferença entre os valores indicados pelas mais diversas normas e valores encontrados experimentalmente, provando que estudos nesta área devem continuar sendo incentivados. / The intense and constant progress of telecommunication systems and electric power transmission result in the installation of a considerable amount of lattice towers, from the less populated areas to the great urban centers. In spite of the several existent studies in this area, occurrences of wind accidents with towers of this type continue being registered, which implicates the need for more studies. Concerning slender structures of low weight, the main loading for elaboration of the structural designs of lattice towers is the force of the wind. The question is: does the Brazilian wind code (NBR-6123/88) clear? Does it attend all situations and doubts, or the new projects being designed not following their recommendations appropriately? This work is divided into three stages of experimental testing in the Wind Tunnel of LAC. It was studied, in a first phase, the behavior of a single isolated member, with several angles of incidence of the wind and two types of flow: smooth and turbulent. It was noticed that the member´s endding types are not important; there was no occurance of differences in the types of flow and a light divergence of the force coefficient, Cf, with the code for some wind direction. In the second stage, the protection effect was examined from the shielding of the windward member in the leeward member, under smooth and turbulent flow. The protection effect was proven, in spite of not being possible to determine exactly the moment that it stops existing. The same phenomenon was verified in the torsion coefficients, Ct. Also the possibility of the use of the Figure 8 of the NBR-6123 was verified for a single isolated member, being noticed that for the experiments with intermediate separations, the discrepancies of the drag coefficient values, Ca, from the code values and from experiments were bigger. In the third stage, sections of lattice towers were studied. They were submitted to different wind speeds and wind directions. For a comparison, two differents areas were chosen, firstly just the frontal area was considered and, secondly, the effective area (shaddow plus frontal) was adopted. Differences were noticed among the methods in NBR-6123 and between these, the results of the experiments and the indications of other codes. It was verified that the values obtained in the tests, for some modules, are larger than those recommended by the code. With this work, a difference was verified between the different code values and the actual values found experimentally, proving evidence that studies in this area should be continued.

O avanço intenso e constante que vem tendo os sistemas de telecomunicação e de transmissão de energia elétrica tem levado à instalação de uma quantidade considerável de torres metálicas treliçadas, desde as zonas menos povoadas até os grandes centros urbanos. Apesar dos vários estudos existentes nesta área, ocorrências de tombamento de torres deste tipo continuam sendo registradas, o que implica na necessidade de mais estudos. Por se tratar de estruturas esbeltas e de baixo peso, o principal carregamento para elaboração do projeto estrutural de torres metálicas treliçadas é a força do vento. Pergunta-se então: a norma brasileira de vento (NBR-6123/88) é clara e atende a todas as situações e dúvidas ou são os projetos que não estão seguindo suas recomendações adequadamente? Este trabalho é então dividido em três etapas de ensaios experimentais no Túnel de Vento do LAC. Estudou-se, numa primeira fase, o comportamento de perfis isolados, com vários ângulos de incidência do vento e dois tipos de escoamento: suave e turbulento.Percebeu-se que a terminação das cantoneiras não possui influência, também não ocorreram diferenças quanto aos tipos de escoamentos e uma leve divergência do coeficiente de força Cf, com a norma para alguns ângulos de incidência. Na segunda etapa, foi verificado o efeito de proteção de um perfil a barlavento sobre um a sotavento, com diversos afastamentos entre eles e submetidos aos escoamentos suave e turbulento. O efeito de proteção foi comprovado, apesar de não ter sido possível determinar exatamente o momento em que ele deixa de existir. O mesmo fenômeno foi verificado nos coeficientes de torção, Ct. Também verificou-se a possibilidade da utilização da figura 8 da NBR-6123 para barras isoladas, percebendo-se que para os afastamentos intermediários ensaiados a discrepância entre os valores dos coeficientes de arrasto, Ca, indicados pela norma e os obtidos nos ensaios foi maior. Na terceira etapa, estudou-se módulos de torres treliçadas, submetidos a diferentes velocidades e ângulos de incidência do vento. Para efeito de comparação, escolheram-se duas diferentes áreas: uma considerando somente a área frontal e a outra sendo a área efetiva (frontal mais sombra). Perceberam-se diferenças entre os próprios métodos indicados pela NBR-6123 e entre esta e os experimentos e normas e, principalmente, a importância do cálculo correto das áreas para a determinação da força atuante. Verificou-se que os valores obtidos nos ensaios, para alguns módulos, são maiores que aqueles recomendados pela norma. Com este trabalho pôde-se verificar a diferença entre os valores indicados pelas mais diversas normas e valores encontrados experimentalmente, provando que estudos nesta área devem continuar sendo incentivados. / The intense and constant progress of telecommunication systems and electric power transmission result in the installation of a considerable amount of lattice towers, from the less populated areas to the great urban centers. In spite of the several existent studies in this area, occurrences of wind accidents with towers of this type continue being registered, which implicates the need for more studies. Concerning slender structures of low weight, the main loading for elaboration of the structural designs of lattice towers is the force of the wind. The question is: does the Brazilian wind code (NBR-6123/88) clear? Does it attend all situations and doubts, or the new projects being designed not following their recommendations appropriately? This work is divided into three stages of experimental testing in the Wind Tunnel of LAC. It was studied, in a first phase, the behavior of a single isolated member, with several angles of incidence of the wind and two types of flow: smooth and turbulent. It was noticed that the member´s endding types are not important; there was no occurance of differences in the types of flow and a light divergence of the force coefficient, Cf, with the code for some wind direction. In the second stage, the protection effect was examined from the shielding of the windward member in the leeward member, under smooth and turbulent flow. The protection effect was proven, in spite of not being possible to determine exactly the moment that it stops existing. The same phenomenon was verified in the torsion coefficients, Ct. Also the possibility of the use of the Figure 8 of the NBR-6123 was verified for a single isolated member, being noticed that for the experiments with intermediate separations, the discrepancies of the drag coefficient values, Ca, from the code values and from experiments were bigger. In the third stage, sections of lattice towers were studied. They were submitted to different wind speeds and wind directions. For a comparison, two differents areas were chosen, firstly just the frontal area was considered and, secondly, the effective area (shaddow plus frontal) was adopted. Differences were noticed among the methods in NBR-6123 and between these, the results of the experiments and the indications of other codes. It was verified that the values obtained in the tests, for some modules, are larger than those recommended by the code. With this work, a difference was verified between the different code values and the actual values found experimentally, proving evidence that studies in this area should be continued.

O avanço intenso e constante que vem tendo os sistemas de telecomunicação e de transmissão de energia elétrica tem levado à instalação de uma quantidade considerável de torres metálicas treliçadas, desde as zonas menos povoadas até os grandes centros urbanos. Apesar dos vários estudos existentes nesta área, ocorrências de tombamento de torres deste tipo continuam sendo registradas, o que implica na necessidade de mais estudos. Por se tratar de estruturas esbeltas e de baixo peso, o principal carregamento para elaboração do projeto estrutural de torres metálicas treliçadas é a força do vento. Pergunta-se então: a norma brasileira de vento (NBR-6123/88) é clara e atende a todas as situações e dúvidas ou são os projetos que não estão seguindo suas recomendações adequadamente? Este trabalho é então dividido em três etapas de ensaios experimentais no Túnel de Vento do LAC. Estudou-se, numa primeira fase, o comportamento de perfis isolados, com vários ângulos de incidência do vento e dois tipos de escoamento: suave e turbulento.Percebeu-se que a terminação das cantoneiras não possui influência, também não ocorreram diferenças quanto aos tipos de escoamentos e uma leve divergência do coeficiente de força Cf, com a norma para alguns ângulos de incidência. Na segunda etapa, foi verificado o efeito de proteção de um perfil a barlavento sobre um a sotavento, com diversos afastamentos entre eles e submetidos aos escoamentos suave e turbulento. O efeito de proteção foi comprovado, apesar de não ter sido possível determinar exatamente o momento em que ele deixa de existir. O mesmo fenômeno foi verificado nos coeficientes de torção, Ct. Também verificou-se a possibilidade da utilização da figura 8 da NBR-6123 para barras isoladas, percebendo-se que para os afastamentos intermediários ensaiados a discrepância entre os valores dos coeficientes de arrasto, Ca, indicados pela norma e os obtidos nos ensaios foi maior. Na terceira etapa, estudou-se módulos de torres treliçadas, submetidos a diferentes velocidades e ângulos de incidência do vento. Para efeito de comparação, escolheram-se duas diferentes áreas: uma considerando somente a área frontal e a outra sendo a área efetiva (frontal mais sombra). Perceberam-se diferenças entre os próprios métodos indicados pela NBR-6123 e entre esta e os experimentos e normas e, principalmente, a importância do cálculo correto das áreas para a determinação da força atuante. Verificou-se que os valores obtidos nos ensaios, para alguns módulos, são maiores que aqueles recomendados pela norma. Com este trabalho pôde-se verificar a diferença entre os valores indicados pelas mais diversas normas e valores encontrados experimentalmente, provando que estudos nesta área devem continuar sendo incentivados. / The intense and constant progress of telecommunication systems and electric power transmission result in the installation of a considerable amount of lattice towers, from the less populated areas to the great urban centers. In spite of the several existent studies in this area, occurrences of wind accidents with towers of this type continue being registered, which implicates the need for more studies. Concerning slender structures of low weight, the main loading for elaboration of the structural designs of lattice towers is the force of the wind. The question is: does the Brazilian wind code (NBR-6123/88) clear? Does it attend all situations and doubts, or the new projects being designed not following their recommendations appropriately? This work is divided into three stages of experimental testing in the Wind Tunnel of LAC. It was studied, in a first phase, the behavior of a single isolated member, with several angles of incidence of the wind and two types of flow: smooth and turbulent. It was noticed that the member´s endding types are not important; there was no occurance of differences in the types of flow and a light divergence of the force coefficient, Cf, with the code for some wind direction. In the second stage, the protection effect was examined from the shielding of the windward member in the leeward member, under smooth and turbulent flow. The protection effect was proven, in spite of not being possible to determine exactly the moment that it stops existing. The same phenomenon was verified in the torsion coefficients, Ct. Also the possibility of the use of the Figure 8 of the NBR-6123 was verified for a single isolated member, being noticed that for the experiments with intermediate separations, the discrepancies of the drag coefficient values, Ca, from the code values and from experiments were bigger. In the third stage, sections of lattice towers were studied. They were submitted to different wind speeds and wind directions. For a comparison, two differents areas were chosen, firstly just the frontal area was considered and, secondly, the effective area (shaddow plus frontal) was adopted. Differences were noticed among the methods in NBR-6123 and between these, the results of the experiments and the indications of other codes. It was verified that the values obtained in the tests, for some modules, are larger than those recommended by the code. With this work, a difference was verified between the different code values and the actual values found experimentally, proving evidence that studies in this area should be continued.

Monitoramento da integridade estrutural (Structural health monitoring - SHM) está relacionado à implementação de alguma estratégia para a detecção de dano em estruturas de engenharia. Este estudo geralmente envolve a observação do sistema no tempo, utilizando amostras periódicas de medições da resposta dinâmica, a partir de um grupo de sensores, a fim de verificar alterações nos parâmetros modais, que podem indicar a presença do dano. Entretanto, especialmente para estruturas treliçadas, este processo tornase difícil principalmente porque nem todos os deslocamentos ou rotações nodais modelados numericamente podem ser medidos experimentalmente. Desta forma, o presente estudo tem por objetivo tratar algumas das ainda correntes questões dos sistemas de monitoramento da integridade estrutural baseados em registros de vibração. Primeiramente aborda-se um tema que, apesar de recentemente ter se mostrado importante, ainda apresenta muito poucos estudos: a influência da variação dos efeitos ambientais, especialmente a temperatura, sobre as características dinâmicas de estruturas. Com o intuito de verificar tal influência em pontes metálicas, os resultados apresentados por Ni et al. (2005) são utilizados para a realização de estudos de correlação, através de uma comparação entre equações de regressão linear e um modelo, proposto no presente trabalho, em Redes Neurais Artificiais (RNA). A seguir são estudados procedimentos de identificação estocástica de sistemas, passo fundamental para o monitoramento da integridade estrutural. Realiza-se uma revisão bibliográfica nesta área abordando a evolução dos métodos que utilizam apenas dados de resposta para a identificação. Enfoque principal é dado nos métodos de identificação estocástica de subespaço (SSI), pois se mostram os mais práticos e robustos para a determinação dos parâmetros modais da estrutura.Finalmente, o método dos vetores de localização de dano (Damage locating vector method- DLV), introduzido por Bernal (2002), é extensivamente discutido. Esta é umatécnica eficaz quando operando com um número arbitrário de sensores, modos truncados e em cenários de dano múltiplo, mantendo as operações numéricas simples. Além disto, a influência do ruído na precisão do método dos vetores de localização de dano é avaliada. Com o intuito de verificar o comportamento do método DLV perante diferentes intensidades de dano e, principalmente, na presença de ruído de medição, um estudo paramétrico é conduzido. Distintas excitações, como também diferentes cenários de dano, são numericamente testadas em uma treliça Warren contínua considerando um limitado conjunto de sensores, através de cinco níveis de ruído. Além disto, é proposto um caminho alternativo para determinar os vetores de localização de dano no procedimento do método DLV. A idéia é oferecer uma opção alternativa para a solução do problema utilizando um método algébrico amplamente difundido. A formulação original via decomposição em valores singulares é subsituída pela solução mais trivial de um problema de valores próprios. Isto é possível graças à relação algébrica entre a decomposição em valores singulares de uma matriz e a solução do problema de autovalores desta matriz pré-multiplicada por sua transposta. Os resultados finais mostraram que o método DLV, considerando a soluça alternativa, foi capaz de corretamente localizar as barras danificadas, utilizando dados somente de resposta da estrutura, mesmo considerando pequenas intesidades de dano e moderados níveis de ruído. / Structural health monitoring (SHM) refers to the implementation of some strategy for damage detection in engineering structures. This study generally involves the observation of a system over time using periodically sampled dynamic response measurements from a set of sensors in order to verify changes in modal parameters, which may indicate damage or degradation. However, especially for truss structures this process sounds difficulty mainly because not all nodal displacements or rotations in the numerical model can be experimentally measured. In this context, the present thesis aims to address some still current issues of the vibration-based structural health monitoring systems. Firstly it is introduced a subject that, although has recently shown important, still presents very few studies: the environmental effects, mainly temperature, on the structural modal properties. Seeking to address this influence on steel bridges, the results presented by Ni et al. (2005) are used to conduct correlations studies, comparing linear equation regression with an artificial neural network model (ANN), proposed in the present thesis. Procedures for stochastic systems identification are studied next, which is a fundamental phase for the SHM systems. A literature review in this field addressing the evolution of the methods that just use response data for identification is carried out. Main focus is given in the stochastic subspace identification methods (SSI), because they have been known as the most practical and robust methods to determine the structure’s modal parameters. Finally, the damage locating vector (DLV) method, introduced by Bernal (2002), is extensively discussed. This is a useful approach because is effective when operating with an arbitrary number of sensors, a truncated modal basis and multiple damage scenarios, while keeping the calculation at a low level. In addition, the noise influence on the accuracy of the damage locating vector method is evaluated. In order to verify the DLV behavior in front of different damages intensities and, mainly, in presence of measurement noise, a parametric study had been carried out. Different excitations as well as damagescenarios are numerically tested in a continuous Warren truss structure with a set of limited measurement sensors through five noise levels. Besides this, it is proposed another way to determine the damage locating vectors in the DLV procedure. The idea is to offer an alternative option to solve the problem with a more widespread algebraic method. The original formulation via singular value decomposition (SVD) is replaced by a common solution of an eigenvector and eigenvalue problem. This is possible thanks to the algebraic relationship between the singular value decomposition of a matrix and the eigenproblem solution of this matrix pre-multiplied by its transpose. The final results show that the DLV method, adopting the alternative, was able to correct locate the damaged bars, using an output-only system identification procedure, even considering small intensities of damage and moderate noise levels.

Otimização estrutural é uma área relativamente nova que vem sendo cada vez mais explorada. Existem muitos métodos clássicos, e outros mais recentes vem surgindo para disputar em eficiência, confiabilidade e rapidez na obtenção de um resultado ótimo. Os algoritmos são classificados em algoritmos determinísticos, que utilizam a informação do gradiente, ou seja, usam os valores das funções e suas derivadas, e os meta-heurísticos, algoritmos de otimização aleatórios que são métodos probabilísticos não baseados em gradiente, ou seja, usam somente a avaliação da função objetivo. São apresentados dois algoritmos meta-heurísticos relativamente recentes: o Harmony Search, baseado na improvisação musical em busca da harmonia perfeita, e o Firefly Algorithm, que é inspirado no comportamento da luz dos vagalumes. Vários exemplos clássicos de treliças 2-D e 3-D considerando otimização paramétrica e de forma, com restrições de tensão, deslocamento, flambagem e frequência natural, são apresentados para demonstrar a eficiência dos métodos. Os resultados são comparados aos de outros autores usando diferentes métodos encontrados na literatura. Os resultados indicam que os algoritmos de otimização estudados neste trabalho são melhores ou tão eficientes quanto os demais. Por fim, os métodos são aplicados à estrutura de um projeto de engenharia adaptado. / Structural optimization is a relatively new area that has been increasingly exploited. There are many classical methods, and newer are emerging to compete on efficiency, reliability and speed in obtaining an optimal result. The algorithms are classified into deterministic algorithms, which use the gradient information, i.e., use the values of the functions and their derivatives, and meta-heuristic algorithms, random optimization methods which are probabilistic methods not based on gradient, i.e., they use only objective function evaluation. Two relatively recent meta-heuristics algorithms are presented, Harmony Search, based on musical improvisation in search of the perfect harmony, and Firefly Algorithm, which is inspired by the behavior of the light of fireflies. Several benchmarks of 2-D and 3-D trusses considering size and shape optimization, with stress, displacement, buckling and natural frequency constraints, are presented to demonstrate the effectiveness of the methods. The results are compared to the others authors using different methods found in the literature. The results indicate that optimization algorithms studied in this work are better than or as efficient as others. Finally, the methods are applied to the structure of an adapted engineering design.

Monitoramento da integridade estrutural (Structural health monitoring - SHM) está relacionado à implementação de alguma estratégia para a detecção de dano em estruturas de engenharia. Este estudo geralmente envolve a observação do sistema no tempo, utilizando amostras periódicas de medições da resposta dinâmica, a partir de um grupo de sensores, a fim de verificar alterações nos parâmetros modais, que podem indicar a presença do dano. Entretanto, especialmente para estruturas treliçadas, este processo tornase difícil principalmente porque nem todos os deslocamentos ou rotações nodais modelados numericamente podem ser medidos experimentalmente. Desta forma, o presente estudo tem por objetivo tratar algumas das ainda correntes questões dos sistemas de monitoramento da integridade estrutural baseados em registros de vibração. Primeiramente aborda-se um tema que, apesar de recentemente ter se mostrado importante, ainda apresenta muito poucos estudos: a influência da variação dos efeitos ambientais, especialmente a temperatura, sobre as características dinâmicas de estruturas. Com o intuito de verificar tal influência em pontes metálicas, os resultados apresentados por Ni et al. (2005) são utilizados para a realização de estudos de correlação, através de uma comparação entre equações de regressão linear e um modelo, proposto no presente trabalho, em Redes Neurais Artificiais (RNA). A seguir são estudados procedimentos de identificação estocástica de sistemas, passo fundamental para o monitoramento da integridade estrutural. Realiza-se uma revisão bibliográfica nesta área abordando a evolução dos métodos que utilizam apenas dados de resposta para a identificação. Enfoque principal é dado nos métodos de identificação estocástica de subespaço (SSI), pois se mostram os mais práticos e robustos para a determinação dos parâmetros modais da estrutura.Finalmente, o método dos vetores de localização de dano (Damage locating vector method- DLV), introduzido por Bernal (2002), é extensivamente discutido. Esta é umatécnica eficaz quando operando com um número arbitrário de sensores, modos truncados e em cenários de dano múltiplo, mantendo as operações numéricas simples. Além disto, a influência do ruído na precisão do método dos vetores de localização de dano é avaliada. Com o intuito de verificar o comportamento do método DLV perante diferentes intensidades de dano e, principalmente, na presença de ruído de medição, um estudo paramétrico é conduzido. Distintas excitações, como também diferentes cenários de dano, são numericamente testadas em uma treliça Warren contínua considerando um limitado conjunto de sensores, através de cinco níveis de ruído. Além disto, é proposto um caminho alternativo para determinar os vetores de localização de dano no procedimento do método DLV. A idéia é oferecer uma opção alternativa para a solução do problema utilizando um método algébrico amplamente difundido. A formulação original via decomposição em valores singulares é subsituída pela solução mais trivial de um problema de valores próprios. Isto é possível graças à relação algébrica entre a decomposição em valores singulares de uma matriz e a solução do problema de autovalores desta matriz pré-multiplicada por sua transposta. Os resultados finais mostraram que o método DLV, considerando a soluça alternativa, foi capaz de corretamente localizar as barras danificadas, utilizando dados somente de resposta da estrutura, mesmo considerando pequenas intesidades de dano e moderados níveis de ruído. / Structural health monitoring (SHM) refers to the implementation of some strategy for damage detection in engineering structures. This study generally involves the observation of a system over time using periodically sampled dynamic response measurements from a set of sensors in order to verify changes in modal parameters, which may indicate damage or degradation. However, especially for truss structures this process sounds difficulty mainly because not all nodal displacements or rotations in the numerical model can be experimentally measured. In this context, the present thesis aims to address some still current issues of the vibration-based structural health monitoring systems. Firstly it is introduced a subject that, although has recently shown important, still presents very few studies: the environmental effects, mainly temperature, on the structural modal properties. Seeking to address this influence on steel bridges, the results presented by Ni et al. (2005) are used to conduct correlations studies, comparing linear equation regression with an artificial neural network model (ANN), proposed in the present thesis. Procedures for stochastic systems identification are studied next, which is a fundamental phase for the SHM systems. A literature review in this field addressing the evolution of the methods that just use response data for identification is carried out. Main focus is given in the stochastic subspace identification methods (SSI), because they have been known as the most practical and robust methods to determine the structure’s modal parameters. Finally, the damage locating vector (DLV) method, introduced by Bernal (2002), is extensively discussed. This is a useful approach because is effective when operating with an arbitrary number of sensors, a truncated modal basis and multiple damage scenarios, while keeping the calculation at a low level. In addition, the noise influence on the accuracy of the damage locating vector method is evaluated. In order to verify the DLV behavior in front of different damages intensities and, mainly, in presence of measurement noise, a parametric study had been carried out. Different excitations as well as damagescenarios are numerically tested in a continuous Warren truss structure with a set of limited measurement sensors through five noise levels. Besides this, it is proposed another way to determine the damage locating vectors in the DLV procedure. The idea is to offer an alternative option to solve the problem with a more widespread algebraic method. The original formulation via singular value decomposition (SVD) is replaced by a common solution of an eigenvector and eigenvalue problem. This is possible thanks to the algebraic relationship between the singular value decomposition of a matrix and the eigenproblem solution of this matrix pre-multiplied by its transpose. The final results show that the DLV method, adopting the alternative, was able to correct locate the damaged bars, using an output-only system identification procedure, even considering small intensities of damage and moderate noise levels.

Monitoramento da integridade estrutural (Structural health monitoring - SHM) está relacionado à implementação de alguma estratégia para a detecção de dano em estruturas de engenharia. Este estudo geralmente envolve a observação do sistema no tempo, utilizando amostras periódicas de medições da resposta dinâmica, a partir de um grupo de sensores, a fim de verificar alterações nos parâmetros modais, que podem indicar a presença do dano. Entretanto, especialmente para estruturas treliçadas, este processo tornase difícil principalmente porque nem todos os deslocamentos ou rotações nodais modelados numericamente podem ser medidos experimentalmente. Desta forma, o presente estudo tem por objetivo tratar algumas das ainda correntes questões dos sistemas de monitoramento da integridade estrutural baseados em registros de vibração. Primeiramente aborda-se um tema que, apesar de recentemente ter se mostrado importante, ainda apresenta muito poucos estudos: a influência da variação dos efeitos ambientais, especialmente a temperatura, sobre as características dinâmicas de estruturas. Com o intuito de verificar tal influência em pontes metálicas, os resultados apresentados por Ni et al. (2005) são utilizados para a realização de estudos de correlação, através de uma comparação entre equações de regressão linear e um modelo, proposto no presente trabalho, em Redes Neurais Artificiais (RNA). A seguir são estudados procedimentos de identificação estocástica de sistemas, passo fundamental para o monitoramento da integridade estrutural. Realiza-se uma revisão bibliográfica nesta área abordando a evolução dos métodos que utilizam apenas dados de resposta para a identificação. Enfoque principal é dado nos métodos de identificação estocástica de subespaço (SSI), pois se mostram os mais práticos e robustos para a determinação dos parâmetros modais da estrutura.Finalmente, o método dos vetores de localização de dano (Damage locating vector method- DLV), introduzido por Bernal (2002), é extensivamente discutido. Esta é umatécnica eficaz quando operando com um número arbitrário de sensores, modos truncados e em cenários de dano múltiplo, mantendo as operações numéricas simples. Além disto, a influência do ruído na precisão do método dos vetores de localização de dano é avaliada. Com o intuito de verificar o comportamento do método DLV perante diferentes intensidades de dano e, principalmente, na presença de ruído de medição, um estudo paramétrico é conduzido. Distintas excitações, como também diferentes cenários de dano, são numericamente testadas em uma treliça Warren contínua considerando um limitado conjunto de sensores, através de cinco níveis de ruído. Além disto, é proposto um caminho alternativo para determinar os vetores de localização de dano no procedimento do método DLV. A idéia é oferecer uma opção alternativa para a solução do problema utilizando um método algébrico amplamente difundido. A formulação original via decomposição em valores singulares é subsituída pela solução mais trivial de um problema de valores próprios. Isto é possível graças à relação algébrica entre a decomposição em valores singulares de uma matriz e a solução do problema de autovalores desta matriz pré-multiplicada por sua transposta. Os resultados finais mostraram que o método DLV, considerando a soluça alternativa, foi capaz de corretamente localizar as barras danificadas, utilizando dados somente de resposta da estrutura, mesmo considerando pequenas intesidades de dano e moderados níveis de ruído. / Structural health monitoring (SHM) refers to the implementation of some strategy for damage detection in engineering structures. This study generally involves the observation of a system over time using periodically sampled dynamic response measurements from a set of sensors in order to verify changes in modal parameters, which may indicate damage or degradation. However, especially for truss structures this process sounds difficulty mainly because not all nodal displacements or rotations in the numerical model can be experimentally measured. In this context, the present thesis aims to address some still current issues of the vibration-based structural health monitoring systems. Firstly it is introduced a subject that, although has recently shown important, still presents very few studies: the environmental effects, mainly temperature, on the structural modal properties. Seeking to address this influence on steel bridges, the results presented by Ni et al. (2005) are used to conduct correlations studies, comparing linear equation regression with an artificial neural network model (ANN), proposed in the present thesis. Procedures for stochastic systems identification are studied next, which is a fundamental phase for the SHM systems. A literature review in this field addressing the evolution of the methods that just use response data for identification is carried out. Main focus is given in the stochastic subspace identification methods (SSI), because they have been known as the most practical and robust methods to determine the structure’s modal parameters. Finally, the damage locating vector (DLV) method, introduced by Bernal (2002), is extensively discussed. This is a useful approach because is effective when operating with an arbitrary number of sensors, a truncated modal basis and multiple damage scenarios, while keeping the calculation at a low level. In addition, the noise influence on the accuracy of the damage locating vector method is evaluated. In order to verify the DLV behavior in front of different damages intensities and, mainly, in presence of measurement noise, a parametric study had been carried out. Different excitations as well as damagescenarios are numerically tested in a continuous Warren truss structure with a set of limited measurement sensors through five noise levels. Besides this, it is proposed another way to determine the damage locating vectors in the DLV procedure. The idea is to offer an alternative option to solve the problem with a more widespread algebraic method. The original formulation via singular value decomposition (SVD) is replaced by a common solution of an eigenvector and eigenvalue problem. This is possible thanks to the algebraic relationship between the singular value decomposition of a matrix and the eigenproblem solution of this matrix pre-multiplied by its transpose. The final results show that the DLV method, adopting the alternative, was able to correct locate the damaged bars, using an output-only system identification procedure, even considering small intensities of damage and moderate noise levels.