SILVA, Silvana Maria Bastos Afonso da, também é conhecida em citações bibliográficas por: AFONSO, Silvana Maria Bastos / Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-07-23T21:36:27Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Gabriella Autran Gurgel Coêlho.pdf: 2482900 bytes, checksum: 2e08bb5da130cdc8f2a8b5a0f425f541 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-24T18:31:32Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Gabriella Autran Gurgel Coêlho.pdf: 2482900 bytes, checksum: 2e08bb5da130cdc8f2a8b5a0f425f541 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-24T18:31:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Gabriella Autran Gurgel Coêlho.pdf: 2482900 bytes, checksum: 2e08bb5da130cdc8f2a8b5a0f425f541 (MD5) Previous issue date: 2017-02-23 / Muitas das aplicações da Engenharia requerem a solução de problemas de otimização na obtenção do projeto ótimo. Esses podem ser computacionalmente resolvidos por diversas estratégias de otimização, dentre as quais estão os Algoritmos Genéticos (GA). Devido à facilidade de programação, por não necessitar do cálculo de gradientes das funções e nem que estas sejam contínuas, além do bom desempenho para encontrar o ótimo global, essa técnica apresenta-se como uma potencial ferramenta para resolução de problemas de otimização. Esta será abordada neste trabalho através da análise dos seus parâmetros e operadores visto que a escolha adequada destes é fundamental para o uso eficiente do GA como otimizador e consiste em um dos obstáculos no emprego de tal método. Nesse trabalho, é apresentado um procedimento para ajuste off-line de parâmetros e operadores do GA utilizando a técnica meta-evolucionária, que consiste em aplicá-lo no nível da otimização de parâmetros do GA e do problema em si. Para validação da metodologia proposta e sua implementação computacional, realizada no MATLAB, testes foram conduzidos selecionando exemplos numéricos de diferentes complexidades e exemplos associados à análise estrutural de pórticos planos de concreto armado, todos disponíveis na literatura. No caso dos exemplos de pórticos planos, a função objetivo do problema é o custo total da estrutura, que inclui o custo do concreto, forma e aço. As variáveis de projeto são as seções transversais das vigas e pilares, diâmetros padrões para as barras da armação e número de barras. Os pórticos são dimensionados de forma a atender as especificações da NBR 6118:2014 e requisitos para obtenção de projetos exequíveis. Eles são submetidos à análise não-linear pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), conduzida a cada iteração da otimização para atualização dos esforços na estrutura. Como o problema de pórticos envolve restrições diversas, é conduzido ainda o estudo de aplicação do Método de Penalização (APM) para lidar com estas no GA. Com aplicação do APM, o problema é interpretado como irrestrito, o que permite configurar outros parâmetros que não são possíveis quando as restrições são tratadas internamente pelo GA do MATLAB. Os resultados obtidos são satisfatórios e permitiram a obtenção de melhores respostas com o GA devidamente configurado pela ferramenta implementada, o que evidencia e ratifica a importância da configuração dos parâmetros e operadores do GA além de permitir o direcionamento de futuros trabalhos nessa linha de pesquisa. / Optimization techniques have been successfully employed to solve many practical engineering problems. Since such applications commonly present responses with multimodal characteristics, the selection of a global optimization technique as the strategy of choice in the solution process is often required. Genetic Algorithms (GAs) are a wellestablished, extensively used option with certain advantages: they are able to handle discontinuous functions, discrete and continuous variables, and can be conducted without gradient information. On the other hand, a significant obstacle to their employment is the time-consuming process to define the problem-dependent control parameters. The current work presents a procedure for configuring GA parameters and operators using a metalevel technique, thus GAs are shown to be suitable for both levels of the system optimization problem. To validate the studied approach and all necessary computational implementations using MATLAB benchmark side constraint problems with different complexities and reinforced concrete planes frames examples are the applications addressed by the study, all cases are available in literature. For the plane frames, the objective function involves the material and placement costs of concrete, reinforcement and formwork. The design variables are the dimensions of cross section of beams and columns which compose the frame, the standard reinforcement bar diameters and the numbers of bars. The frames are designed considering practical requirements in addition to relevant provisions and the requirements of NBR 6118:2014 to obtain allowable designs. These structural response quantities are computed for each frame design using the Finite Element Method (FEM). A non-linear analysis is performed via FEM each iteration of the optimization for obtaining the current load effects in the frame during the iterative process. Since such applications present many constraints, the adaptive penalty method (APM) is also employed here in order to form an ‘‘unconstrained problem’’ and allow the study of configuring other parameters since MATLAB restricts the change of some parameters configuration for situations of constrained problems in which the constraints are internally dealt by MATLAB´s GA. The results obtained from the design examples optimized are satisfactory and better than those achieved with the nonconfigured MATLAB GA. It clearly indicates the importance of configuring the GA parameters and can be used as a basis of studies for future works in this research line.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um programa para auxílio didático em disciplinas que envolvam a análise estrutural, o dimensionamento e o detalhamento de pórticos planos de concreto armado. O programa age como um pós-processador, obtendo dados, como esforços nos nós e deslocamentos nodais de um processador existente, interpreta esses dados e dimensiona a estrutura para resistir aos esforços de acordo com a NBR 6118:2001. Para verificação dos resultados foi feita uma comparação entre o dimensionamento efetuado pelo programa DTool e o realizado pelo programa TQS, justificando as diferenças que possa haver entre os dois processos. / The purpose of this paper is the development of a program capable to aid didactically in disciplines related to structural analysis, and in designing and projecting reinforced concrete plane frames. This software works as a post-processor, receiving data from a processor such as nodal efforts and displacements. It interprets those data and designs the structure in order they resist acceptably those stresses, using processes that are recommended by the brazilian code NBR 6118:2001. For results verification a comparison between design by DTool and TQS is presented, and eventual differences between them are justified.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um programa para auxílio didático em disciplinas que envolvam a análise estrutural, o dimensionamento e o detalhamento de pórticos planos de concreto armado. O programa age como um pós-processador, obtendo dados, como esforços nos nós e deslocamentos nodais de um processador existente, interpreta esses dados e dimensiona a estrutura para resistir aos esforços de acordo com a NBR 6118:2001. Para verificação dos resultados foi feita uma comparação entre o dimensionamento efetuado pelo programa DTool e o realizado pelo programa TQS, justificando as diferenças que possa haver entre os dois processos. / The purpose of this paper is the development of a program capable to aid didactically in disciplines related to structural analysis, and in designing and projecting reinforced concrete plane frames. This software works as a post-processor, receiving data from a processor such as nodal efforts and displacements. It interprets those data and designs the structure in order they resist acceptably those stresses, using processes that are recommended by the brazilian code NBR 6118:2001. For results verification a comparison between design by DTool and TQS is presented, and eventual differences between them are justified.

Neste trabalho são discutidos os aspectos referentes à análise não-linear física de painéis de contraventamento em alvenaria estrutural. O objetivo foi a obtenção de coeficientes a serem aplicados ao produto de rigidez à flexão (EI) para a consideração da não-linearidade física de forma simplificada. As estruturas foram analisadas de forma paramétrica através de um modelo de elementos finitos lineares (pórtico plano), com a utilização de duas diferentes taxas de armaduras para uma combinação de ação horizontal e vertical aplicada. A ação horizontal limitou o deslocamento do topo do painel em H/3500, nas análises lineares. A ação vertical simulou a reação de uma laje com peso próprio e sobrecargas de utilização. A alvenaria foi considerada como um meio contínuo e homogêneo (macro-modelos). Foi apresentada uma metodologia para a obtenção do coeficiente de rigidez à flexão para ser aplicado nas análises lineares e simular o efeito da não-linearidade física. Os valores do coeficiente de redução do produto de rigidez à flexão apresentaram-se muito baixos, com uma variação de 0,1 a 0,4, sugerindo a verificação do modelo matemático bem como do programa utilizado nas análises. / This study deals with aspects related to the nonlinear analysis of physical shear walls in masonry. The objective was to obtain coefficients to be applied to the product of bendind stiffness (EI) for considering physically nonlinear behavior in a simplified analysis. The structures were analyzed usig a parametric finit element model using linear elements (plane frame), with two different reinforcement ratios for one combination of horizontal and vertical actions. The horizontal action limited de top displacement of the shear wall in H/3500. The vertical loads simulated the reaction of a slab with self-weight and burdens of use. The masonry was considered as a means continuous and homogeneous (Macro-models). Was presented a methodology for obtaining the coefficient of bending stiffness to be applied in linear analysis and simulate the effect of non-linearity. The coefficient of reduction product of bending stiffness were very low, with a variation of 0.1 to 0.4, suggesting the verification of mathematical model and the program used in the analysis.

Neste trabalho problemas não lineares geométricos envolvendo pórticos planos e sólidos tridimensionais são analisados através do método dos elementos finitos com formulação posicional. A formulação posicional utiliza como incógnitas as posições dos nós ao invés de deslocamentos. O referencial adotado da formulação é o lagrangiano total. Também se utiliza o algoritmo de Newton-Raphson para solução iterativa do problema não linear. Para problemas envolvendo dinâmica, a matriz de massa é consistente e o integrador temporal é o algoritmo de Newmark. Para o pórtico plano, a cinemática adotada é a de Reissner, onde a seção plana do pórtico não necessariamente permanece perpendicular ao seu eixo central após deformação. Com relação à formulação de sólido tridimensional, é adotada aproximação cúbica de variáveis com elementos finitos tretraédricos de 20 nós. É apresentada também a análise de impacto em anteparo rígido para estruturas tridimensionais utilizando o integrador de Newmark modificado para se garantir a estabilidade do problema. A formulação aqui proposta é validade em comparação com exemplos clássicos da literatura especializada. / Non linear geometric analysis for 2D frames and 3D solids are analyzed in this work by employing the finite element method with positional description. The present formulation does not use the concept of displacement; it considers positions as the real variables of the problem. In addition, the formulation is developed through total lagrangian description. Besides, the Newton-Raphson method is applied for solving the iterative linear system. For dynamic problems, the mass matrix is consistent and it is applied the Newmark algorithm for time integration. For 2D frame analysis, Reissner kinematics is adopted, that is, initial plane cross-sections remain plane after deformation and angles are independent of the slope of central line. In respect to 3D solids, a cubic approximation for the variables is employed through tetraedric finite elements with 20 nodes. Moreover, impact analysis against rigid wall is performed for 3D solids by applying the modified Newmark procedure in order to guarantee a stabilized response. In order to validate the herein proposed formulation, numerical examples are compared to those in the specialized literature.

Neste trabalho são discutidos os aspectos referentes à análise não-linear física de painéis de contraventamento em alvenaria estrutural. O objetivo foi a obtenção de coeficientes a serem aplicados ao produto de rigidez à flexão (EI) para a consideração da não-linearidade física de forma simplificada. As estruturas foram analisadas de forma paramétrica através de um modelo de elementos finitos lineares (pórtico plano), com a utilização de duas diferentes taxas de armaduras para uma combinação de ação horizontal e vertical aplicada. A ação horizontal limitou o deslocamento do topo do painel em H/3500, nas análises lineares. A ação vertical simulou a reação de uma laje com peso próprio e sobrecargas de utilização. A alvenaria foi considerada como um meio contínuo e homogêneo (macro-modelos). Foi apresentada uma metodologia para a obtenção do coeficiente de rigidez à flexão para ser aplicado nas análises lineares e simular o efeito da não-linearidade física. Os valores do coeficiente de redução do produto de rigidez à flexão apresentaram-se muito baixos, com uma variação de 0,1 a 0,4, sugerindo a verificação do modelo matemático bem como do programa utilizado nas análises. / This study deals with aspects related to the nonlinear analysis of physical shear walls in masonry. The objective was to obtain coefficients to be applied to the product of bendind stiffness (EI) for considering physically nonlinear behavior in a simplified analysis. The structures were analyzed usig a parametric finit element model using linear elements (plane frame), with two different reinforcement ratios for one combination of horizontal and vertical actions. The horizontal action limited de top displacement of the shear wall in H/3500. The vertical loads simulated the reaction of a slab with self-weight and burdens of use. The masonry was considered as a means continuous and homogeneous (Macro-models). Was presented a methodology for obtaining the coefficient of bending stiffness to be applied in linear analysis and simulate the effect of non-linearity. The coefficient of reduction product of bending stiffness were very low, with a variation of 0.1 to 0.4, suggesting the verification of mathematical model and the program used in the analysis.

Neste trabalho problemas não lineares geométricos envolvendo pórticos planos e sólidos tridimensionais são analisados através do método dos elementos finitos com formulação posicional. A formulação posicional utiliza como incógnitas as posições dos nós ao invés de deslocamentos. O referencial adotado da formulação é o lagrangiano total. Também se utiliza o algoritmo de Newton-Raphson para solução iterativa do problema não linear. Para problemas envolvendo dinâmica, a matriz de massa é consistente e o integrador temporal é o algoritmo de Newmark. Para o pórtico plano, a cinemática adotada é a de Reissner, onde a seção plana do pórtico não necessariamente permanece perpendicular ao seu eixo central após deformação. Com relação à formulação de sólido tridimensional, é adotada aproximação cúbica de variáveis com elementos finitos tretraédricos de 20 nós. É apresentada também a análise de impacto em anteparo rígido para estruturas tridimensionais utilizando o integrador de Newmark modificado para se garantir a estabilidade do problema. A formulação aqui proposta é validade em comparação com exemplos clássicos da literatura especializada. / Non linear geometric analysis for 2D frames and 3D solids are analyzed in this work by employing the finite element method with positional description. The present formulation does not use the concept of displacement; it considers positions as the real variables of the problem. In addition, the formulation is developed through total lagrangian description. Besides, the Newton-Raphson method is applied for solving the iterative linear system. For dynamic problems, the mass matrix is consistent and it is applied the Newmark algorithm for time integration. For 2D frame analysis, Reissner kinematics is adopted, that is, initial plane cross-sections remain plane after deformation and angles are independent of the slope of central line. In respect to 3D solids, a cubic approximation for the variables is employed through tetraedric finite elements with 20 nodes. Moreover, impact analysis against rigid wall is performed for 3D solids by applying the modified Newmark procedure in order to guarantee a stabilized response. In order to validate the herein proposed formulation, numerical examples are compared to those in the specialized literature.

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver processos analíticos e programas computacionais para avaliação da estabilidade global e pré-dimensionamento de pórticos planos em concreto pré-moldado com base na garantia da estabilidade global. Em relação à avaliação da estabilidade global, são propostas duas expressões. A primeira está relacionada à expressão do limite do parâmetro de estabilidade aplicada a pórticos planos em concreto pré-moldado. A segunda expressão tem o objetivo determinar o deslocamento horizontal de topo de pórticos planos em concreto pré-moldado de um pavimento. A expressão do limite alternativo do parâmetro de estabilidade é deduzida a partir dos valores obtidos da relação entre o deslocamento horizontal médio e de topo de 1320 pórticos. A expressão é função do fator de restrição da ligação, contemplando, dessa forma, os efeitos causados pela semirrígidez das ligações no comportamento da estabilidade global desse sistema estrutural. A equação de determinação do deslocamento horizontal de topo de pórticos planos em concreto pré-moldado de um pavimento é deduzida com base no método dos deslocamentos. Em relação ao pré-dimensionamento de pórticos planos em concreto pré-moldado, são propostos processos analíticos para o pré-dimensionamento dos pilares de pórticos de um pavimento com ligação semirrígida e de pórticos de múltiplos pavimentos com ligações rígidas e articuladas. Os processos analíticos são constituídos pela expressão da rigidez equivalente de estabilidade de pórticos, desenvolvida através das equações do parâmetro de estabilidade e do seu limite alternativo. O trabalho ainda apresenta o Programa de Avaliação da Estabilidade Global e Pré-dimensionamento de Pórticos Planos em Concreto Pré-moldado, denominado PRE-MOLDIM. O programa é constituído por quatro módulos. O primeiro módulo realiza a avaliação da estabilidade global e verificação da deslocabilidade lateral de pórticos planos em concreto pré-moldado. O segundo módulo tem o objetivo de definir as dimensões mínimas dos pilares em função da garantia da estabilidade global e do deslocamento lateral admissível. O terceiro módulo define o valor da rigidez das ligações necessário para que sejam atendidos os quesitos de estabilidade global e deslocamento lateral admissível. O quarto módulo realiza o dimensionamento da armadura de continuidade de uma típica ligação viga-pilar em concreto pré-moldado. O dimensionamento da armadura de continuidade é realizado em função da garantia da estabilidade global e do deslocamento lateral admissível de pórticos planos em concreto pré-moldado. A aplicação dos processos analíticos e programas computacionais em exemplos comprovaram, de forma satisfatória, o desempenho de suas funções. Os valores obtidos pela expressão alternativa do limite do parâmetro de estabilidade são compatíveis com o limite do coeficiente \'gama\'z. Os valores do deslocamento de topo de pórticos de um pavimento com ligações semirrígidas, obtidos pelo processo analítico, são próximos dos valores obtidos pela simulação numérica. Os pilares pré-dimensionados pelos processos analíticos conseguem garantir de forma satisfatória estabilidade global dos pórticos planos em concreto pré-moldado. / The present work aims to develop analytical processes and computer programs for the evaluation of global stability and preliminary design of plane frames in precast concrete based on ensuring global stability. Regarding the evaluation of global stability, two analytical expressions are proposed. The first is related to the expression of the limit of the stability parameter applied to plane frames in precast concrete. The second expression has the objective to determine the horizontal displacement of the top of plane frames in precast concrete for a floor. The expression of the alternative stability limit of the parameter is deduced from the values obtained from the relationship between the average and the top horizontal displacement of 1320 frames. The expression is a function of the limiting factor of the connection, thus contemplating the effects caused by the semi-rigidity of the connection on the global stability behavior of this structural system. The equation for determining the horizontal displacement of the top of plane frames in precast concrete pavement is obtained based on the displacement method. Regarding the preliminary design of plane frames in precast concrete, analytical procedures are proposed for the preliminary design of column of an one store frame with semi-rigid connection and a multiple store frames with rigid and articulated connections. The analytical processes are constituted by the expression of equivalent stiffness of frame stability, developed through the equations of the stability parameter and its alternative limit. The work also presents the Program of Global Stability Evaluation and Preliminary Design of Plane Frames in Precast Concrete, called PRE-MOLDIM. The program consists of four modules. The first module performs the evaluation of global stability and verification of lateral plane frames displaceability in precast concrete. The second module aims to set minimum dimensions for the pillars due to guarantee the global stability and check the allowable lateral displacement. The third module defines the value of the connections stiffness so the matter of global stability and allowable lateral displacement are satisfied. The fourth module performs the design of continuity armor of a typical beam-column connection in precast concrete. The design armour continuity is made on the basis of ensuring the global stability and lateral displacement allowable plane frames in precast concrete. The application of analytical processes and computer programs in examples proved satisfactorily, the performance of its functions. The values obtained by the alternative expression of the limit of stability parameter are compatible with the limit of the coefficient \'gama\'z. The offset values top venting a pavement with semi-rigid connections, obtained by the analytical process, are close to the values obtained by numerical simulation. The preliminary designed pillars by analytical processes can ensure a satisfactory global stability of the plane frames in precast concrete.

No presente trabalho foram estudadas duas ligações viga-pilar de estruturas de concreto pré-moldado com ênfase na deformabilidade ao momento fletor. A primeira é muito utilizada em galpões com sistema estrutural de pórticos para telhado com duas águas. A segunda é utilizada em estruturas de edifícios com múltiplos pavimentos. Foram realizados ensaios físicos em dois modelos de cada tipo de ligação. Com base nos resultados experimentais, foram propostos modelos analíticos, baseados no Método dos Componentes, e realizadas simulações numéricas, baseadas no Método dos Elementos Finitos, através dos quais determinou-se a curva momento-rotação das ligações em estudo. As curvas momento rotação teóricas, para as duas ligações estudadas, ficaram bastante próximas das experimentais. De acordo com os resultados, pode-se dizer que a primeira ligação teve um comportamento próximo ao de uma ligação perfeitamente rígida. Isso porque, para uma estrutura típica, ela transmitiu mais de 90% do momento equivalente ao de uma estrutura monolítica. A segunda ligação também garantiu uma boa transferência de momento fletor. Observou-se que, ao considerar a semi-rigidez dessa ligação na análise estrutural, há uma redução significativa no momento na base dos pilares mais solicitados, o que permite uma redução na armadura dos pilares e nas dimensões da fundação / The present research deals with the study of two types of precast beam-to-column connections with emphasis on the deformability analysis. The first one is extensively used in precast concrete portal frames with sloping beams. The second one is used in multi-storey framed structures. Experimental tests on two models of each type of beam-to-column connections were done. Based on the experimental results, analytical models, based on the Component Method, were proposed and numerical simulations, based on the Finite Element Method, were developed, which provide the moment-rotation curves of the studied connections. The theoretical moment-rotation curves, for both studied connections, are in good agreement with the experimental ones. According to the results, the first connection had almost the same behaviour of a rigid one. It transmitted about 90% of the bending moment of an equivalent monolithic structure. The second connection also transmitted a good portion of bending moment. It was observed that when its semi-rigidity is considered on the structural analysis there was a significant reduction on the column base bending moment and on the foundation dimensions

Os sistemas pré-fabricados vêm conquistando espaço em todo o Brasil. Dentre eles, os pórticos planos de elementos pré-fabricados de concreto com sistema estrutural para telhado de duas águas, comumente denominados de galpões, tem sido amplamente aplicados. Os galpões, como a matona das estruturas pré-moldadas de concreto, apresentam suas ligações, em maior ou menor grau, deformáveis. Portanto, este trabalho refere-se ao estudo da deformabilidade de uma de suas ligações: a ligação viga-pilar executada através de consolo e chumbador, e da sua influência na distribuição dos esforços solicitantes destas estruturas. Neste sentido, foram realizadas simulações numéricas, com o emprego do Método dos Elementos Finitos e ensaios físicos. Através do ensaio físico realizado no modelo da ligação viga-pilar foi possível determinar sua deformabilidade à flexão e observar seu modo de ruptura. As simulações numéricas foram realizadas tanto para obter teoricamente o valor da deformabilidade à flexão da ligação em análise, como para avaliar sua influência no comportamento estrutural dos galpões pré-moldados. Com base nos resultados obtidos, foram elaboradas algumas recomendações de projeto para os galpões pré-moldados. / The use of precast concrete structures has increased in Brazil. Among them, the precast concrete portal frames with sloping beams have been extensively used in storehouses and commercial and industrial buildings. This type of portal frame, as the most precast concrete structures, has semirigid connections. So, this work deals with the study of the semi-rigid behavior of one beam-column connection type frequently used in these structures. In this kind of connection the beam rests on a corbel which has two projecting bolts connecting it. The aim of this thesis is also to determine the influence of the flexibility connection on the structure behavior. Numerical modeling applying the Finite Element Method and experimental tests were done to analyse these aspects. The test results of a beam-column model allowed the construction of the moment-rotation diagram and the failure mode observation. The numerical modeling was done to get the value of the connection flexibility and to study its influence on the precast concrete portal frame behavior. Based on the results some design recommendations were established.