In the design of cable-stayed bridges, the construction analysis is very important since the worst stresses are usually reached during the construction process. In addition, if the bridge is made of concrete, the effects of time dependent phenomena have great importance. Some commercial software are able to simulate the construction process, but one of their main drawbacks is that they simulate in a backward approach where creep is difficult to analyze. In this thesis a new criterion to define the Objective Service Stage (OSS) is presented which takes the constructive process into account. Tensioning operations are very expensive, so the main goal is to define the pretension forces in the stays such that only one pretension operation is necessary in each stay.  Furthermore, an algorithm has been developed to simulate the construction process of cable-stayed bridges erected by cantilever method. This algorithm includes the creep effects into the structure. The Dischinger simplification, which is explained in this document, has been improved in order to better take into account the loading time and the age of the concrete in every stage. The creep simulation of the algorithm has been validated with some patch tests. The developed algorithm has been implemented in a full scale FEM model adapted from the Giribaile Dam project developed in 1990. In this study case, the new OSS criterion is implemented. Moreover, the axial forces in the stays, the bending moments, and the displacements are analyzed during the construction process and a comparison is carried out between two cases: with and without taking creep into account. With the new OSS criterion, the Objective Service Stage is achieved without taking the creep into account. However the creep effects, which are of huge importance in concrete bridges built by cantilever method, require the definition of an OSS which considers time dependent phenomena.

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As pontes estaiadas são pontes que consistem de um tabuleiro suportado por cabos retos e inclinados (estais) fixados nos mastros. Este tipo de estrutura é altamente hiperestática, bastante sensível à seqüência construtiva, mas mesmo assim aceitando, por conta a flexibilidade do tabuleiro uma considerável gama de esforços de instalação dos estais. É importante escolher uma distribuição inicial apropriada para esses esforços sob carregamento permanente tal que a flexão no tabuleiro seja limitada. A presente pesquisa tem como objetivo estudar diferentes métodos para a obtenção de uma boa distribuição de esforços nos estais em pontes estaiadas. Os métodos estudados nesta pesquisa são: o método do tabuleiro articulado (uma articulação em cada cruzamento com os estais - MTA), o método de anulação dos deslocamentos (MAD), o método de anulação das reações em apoios fictícios (MAR) e o método de anulação dos deslocamentos ao longo do processo construtivo. A idéia final de todos eles é obter para o tabuleiro uma resposta próxima à de uma viga continua. Porém, se for necessário, pode-se controlar também os deslocamentos do mastro. Os três primeiros métodos são estudados para a configuração final da ponte, mas também foram verificados seus resultados considerando o processo construtivo, já que durante esta etapa ocorrem variações nos esforços internos da ponte alterando assim o resultado final. Todos os resultados são comparados com a finalidade de escolher um método que além de controlar a configuração final da ponte apresente uma distribuição aceitável de esforços ao final da construção. Desta forma, pode-se obter uma boa estimativa dos esforços de instalação dos estais. / Cable-stayed bridges consists of a deck supported by inclined and straight cables anchored to the pylons. This type of structure is highly hyperestatic and quite sensitive to the construction sequence, but yet supporting a considerable range of loadings from the cable installation due to the deck flexibility. Nevertheless, due to the deck flexibility the cables can accept a considerable range of loadings. It is important to choose an appropriate initial distribution for those loadings under permanent load, so that the bending moment on the bridge deck is limited. The main goal of this research is to study the different methods for obtaining a good load distribution in cables in cable-stayed bridges. The methods that are studied in this research are: The articulated deck method (there is a joint in every cable-deck junction - MTA), the zero displacement method (MAD), the ficticious support force equilibrium method (MAR), and the construction process zero displacement method. The objective of them all is to obtain a deck bending moment similar to that of a continuous beam. However, if necessary, the displacements of the pylon can be controlled. The first three methods are studied for the bridge final configuration. However, their results for the initial configuration during the construction process are also verified, since there are significant bridge internal loading variations which may change the final outcome. All the results are evaluated in order to choose a method that not also controls the bridge final configuration, but also presents an acceptable cable loading distribution at the end of the construction. This way, a good estimative of the loadings from the pylons installation can be obtained.

A evolução das pontes estaiadas modernas mostra a procura da engenharia de pontes por sistemas estruturais cada vez mais leves e esbeltos. No intuito de dar contexto ao problema de análise de estruturas esbeltas, de maneira geral e desde a perspectiva da concepção, se discutem os vários arranjos estruturais que podem se obter ao combinar o pilão, o sistema de suspensão por estais e o tabuleiro, elementos que compõem qualquer sistema estrutural de ponte estaiada. Este trabalho apresenta um método de análise estrutural estático não linear que considera os efeitos decorrentes da mudança da geometria da estrutura sob carregamentos (não linearidade geométrica) e os efeitos da resposta não linear da seção de concreto estrutural quando solicitada por flexão oblíqua composta (comportamento não linear do material). O programa ANLST foi elaborado para obter as relações momento-normal-curvatura e as rigidezes secantes na flexão oblíqua composta para uma seção de concreto de geometria arbitraria, esses resultados são integrados com uma análise elástica de segunda ordem, que é executada no programa SAP2000 para análise estrutural por elementos finitos. Mostra-se a formulação do método de análise elástica de segunda ordem pelo princípio dos deslocamentos virtuais, que leva em consideração os efeitos dos deslocamentos finitos dos nós do modelo para a resposta da estrutura, por meio da matriz de rigidez geométrica do elemento barra no espaço. Finalmente são apresentados dois exemplos de estruturas planas para validar o método e um exemplo de uma estrutura espacial para a aplicação do método. Todos esses exemplos mostram que os esforços e deslocamentos de segunda ordem, em este tipo de estruturas, não podem ser desprezados. / Modern cable stayed bridges evolution shows the bridge engineering searching for lightweight and slender structural systems. Trying to give context for the problem of analysis of slender structures, of a general mode and from the conception perspective, is discussed the several structural layouts that can be obtained from the combination of pylon, cable stayed suspension system and girder, elements that compose any structural system of cable stayed bridges. This work presents a method of non-linear static structural analysis that consider the resulting effects of geometry change under loading (geometric non linearity), and the effects of nonlinear response of the structural concrete section when it is loading for biaxial bending and axial force interaction (material non linearity). The ANLST program was developed to obtain the moment-axial-curvature relationships and the secant stiffness for biaxial bending and axial force interaction for a concrete section of arbitrary geometry. These results are integrated with the second order elastic static analysis, which is executed in the finite element program SAP2000 for structural analysis. A formulation of method for second order elastic analysis is shown by the virtual displacement principle, which leads in consideration the effects of finite displacement of the model\'s nodes for the structural behavior, by means of geometric stiffness matrix for space frame element. Finally are shown two examples of plane structures for the validation of the method and one example of space structure for the application of the method. All of these examples showed that second order forces and displacements can\'t be despised in this type of structures.

Este trabalho de doutorado versa sobre a simulação numérica das etapas construtivas de pontes estaiadas através do método dos elementos finitos, utilizando a plataforma ANSYS, versão 14.5. A justificativa da realização deste trabalho vem da crescente utilização deste tipo de estrutura de ponte no Brasil, devido, principalmente, ao seu bom comportamento estrutural e pela possibilidade de uso de uma estrutura mais leve, esbelta e econômica. Inicialmente, foi feita uma pesquisa abrangente sobre os componentes estruturais e concepções de projetos mais utilizados. Em seguida, estudaram-se as relações constitutivas de cada material constituinte, a fim de melhor representá-los na simulação numérica. Para a representação das equações constitutivas do concreto, implementou-se um novo modelo de material visco-elastoplástico com fissuração, com a ajuda da ferramenta de customização UPF (User Programmable Features), onde foram adicionadas novas sub-rotinas ao programa principal em linguagem FORTRAN. Como o objetivo final desta tese era trabalhar com análise estrutural das etapas construtivas de pontes estaiadas, envolvendo um número muito grande de elementos finitos, a implementação deste novo modelo possibilitou a utilização de elementos tridimensionais quadráticos de 20 nós (SOLID186) com armadura incorporada (REINF264), tornando a solução do problema mais rápida e eficaz. A fim de validar as sub-rotinas acrescentadas ao sistema, foram simuladas dezesseis vigas em concreto armado, ensaiadas por Leonhardt e Walther (1962) e por Bresler e Scordelis (1963), e uma viga segmentada com protensão externa, ensaiada por Aparicio et al (2002). A comparação de resultados das análises numéricas e experimentais mostraram boa aproximação. Após a validação das sub-rotinas, foi modelada numericamente a Ponte do Saber, localizada na cidade do Rio de Janeiro, seguindo fielmente as etapas construtivas adotadas na construção da ponte. A partir dos dados de monitoramento desta ponte, durante a fase executiva, foi possível comparar os valores obtidos no modelo numérico com as informações coletadas em campo, obtendo-se bons resultados. / This doctoral thesis presents the numerical simulation of the construction stages of cable-stayed bridges using the finite element method, through the ANSYS software, version 14.5. This work is justified by the increasing use of such structures in Brazil, mainly due to its good structural behavior and the possibility of using a lighter, slender and economic structure. Initially, it presents the results of a research about the structural components and the commonly used design concepts. Then, the constitutive relations of each constituent material were studied, in order to best represent them in the numerical simulation. For the representation of the constitutive equations of concrete, it was implemented a new model of visco-elastoplastic material with cracking. That was made with the help of the customization tool UPF (User Programmable Features), where new subroutines were added to the main program in FORTRAN language. The final goal of this thesis is to work with structural analysis of the construction stages of cable-stayed bridges, involving a very large number of finite elements. Therefore, the implementation of this new model enabled the use of three-dimensional quadratic elements of 20 nodes (SOLID186) with embedded reinforcement (REINF264), making the solution of the problem faster and more effective. In order to validate the subroutines added to the system, sixteen reinforced concrete beams tested by Leonhardt and Walther (1962) and by Bresler and Scordelis (1963), and a segmental beam with external prestressing, tested by Aparicio et al (2002) were simulated. The comparison of results of numerical and experimental analyzes showed good approximation. After validation of the subroutines, it was numerically modeled the Saber Bridge, located in the city of Rio de Janeiro, following exactly the constructive steps taken in the construction of the bridge. Based on the monitoring data of the bridge during the construction phase, it was possible to compare the values obtained from the numerical model with the information collected in the field, obtaining good results.

É inegável a importância do desenvolvimento de tecnologias de uso racional da madeira e de solução de problemas de transportes em nossas cidades, principalmente por causa do processo crescente de urbanização do mundo. Existe também, a necessidade estética de se unir à alta tecnologia, o belo. As passarelas estaiadas com tabuleiro de madeira laminada protendida, em módulos curvos, atendem a todas estas exigências. A construção de um protótipo permitiu que a realização de ensaios estáticos e dinâmicos, cujos resultados evidenciaram a viabilidade técnica e econômica de passarelas estaiadas usando madeira de reflorestamento, de tabuleiros compostos apenas por placas de madeira laminada protendida e da construção de placas curvas de madeira laminada protendida. Também foi possível comprovar que as vibrações induzidas por pedestres são a condição mais crítica de projeto. A investigação da perda de curvatura do tabuleiro demonstrou o sucesso do projeto, embora mais estudos ao longo do tempo sejam necessários. Baseando-se nos resultados experimentais, realizou-se a calibração do modelo numérico, que permitiu realizar simulações para determinar quais variáveis definem a resposta da passarela construída. Sugestões de procedimentos de elaboração e construção de passarelas, assim como de criação de norma brasileira específica para pontes e passarelas de madeira, são apresentadas. / The ongoing, worldwide, large scale urbanization is stressing more and more the importance of developing new technologies concerned with the rational use of timber and with the solution of transportation problems in cities. There is also an aesthetical need of showing the melting of up-to-date high technology with beauty. The cable-stayed stress laminated timber footbridge, with curved modules meets all these needs. The buildings of a prototype, enable static and dynamic tests to be carried out. The experimental results revealed the technical and economical feasibility of the following items: a) cable stayed footbridges with timber from reforestation, b) decks only made of stress laminated timber, c) curved plates of stress laminated timber. It also revealed that the human induced vibrations leads to the most critical design condition. The loss of deck curvature study indicated the need of further research considering the time effect, to confirm the initial sucess achieved. Based on the results of these testings, the calibration of the numerical model was done. In order to investigate which variables are responsible for the footbridge response, several simulations were performed with the calibrated model. Guidelines for design and building of timber footbridges are presented. The creation of a brazilian code for timber bridges and footbridges is also suggested.

Terremotos recientes han demostrado la gran vulnerabilidad de algunos puentes ante movimiento fuerte. Los de tipo atirantado constituyen una tipología estructural muy atractiva, y que actualmente es empleada para muchos fines prácticos, por lo que es necesaria su protección sísmica. Entre las actuales estrategias de protección, el uso de dispositivos pasivos es la más robusta, económica y apropiada opción para mejorar el desempeño sísmico de estructuras, de entre los que destacan los sistemas de disipación de energía adicional como una buena alternativa. Debido a sus capacidades, fácil recambio y mantención, así como su buen comportamiento mecánico, los amortiguadores de fluidos viscosos son un excelente sistema de disipación de energía para proteger grandes estructuras contra eventos sísmicos intensos. Es por ello que el análisis, evaluación y comparación de la respuesta sísmica no lineal de puentes atirantados de hormigón, con y sin la incorporación de amortiguamiento viscoso suplementario, con el propósito de investigar su efectividad ante eventos sísmicos, es el principal objetivo de esta investigación aplicada. Para alcanzar lo antes expuesto, se definieron previamente ocho modelos teóricos de puentes atirantados basados en los internacionalmente conocidos puentes de Walter [Walter, 1999], considerando variaciones del esquema de atirantamiento, nivel del tablero, tipo de tablero y espaciamiento de los cables. Como punto de partida para el análisis dinámico no lineal, se realizó un análisis estático no lineal para todos los casos. Luego, se llevó a cabo una caracterización dinámica de los puentes mediante un análisis modal. Como primera aproximación a la respuesta sísmica de los modelos, se ejecutó un análisis mediante espectros de respuesta para cada caso, con el propósito de comparar el comportamiento sísmico en función de las principales variaciones consideradas, y para seleccionar los dos modelos más representativos para ser analizados usando análisis no lineal paso-a-paso. En seguida, se analizaron las estructuras elegidas en el paso previo mediante uso de análisis temporal no lineal por integración directa, sin la consideración de amortiguamiento viscoso suplementario, y tomando en cuenta sismos de campo lejano y campo cercano. En este sentido, se aplicaron cinco eventos sísmicos artificiales para el análisis de campo lejano, y cinco eventos reales que incorporasen pulsos de velocidad de período largo para el análisis de campo cercano, según el Capítulo 3. Finalmente, el análisis de la ubicación óptima de los amortiguadores, un estudio paramétrico tendiente a seleccionar los parámetros óptimos de los mismos, y el análisis paso-a-paso no lineal considerando los amortiguadores viscosos definitivos, fueron investigados con la idea de comparar las respuestas en función de la naturaleza del evento sísmico y el tipo de atirantamiento de los cables, considerando los mismos eventos sísmicos antes expuestos. Los resultados de la investigación muestran que la aplicación de amortiguamiento viscoso suplementario es una eficiente estrategia para incrementar el amortiguamiento de una estructura, absorbiendo una gran cantidad de la energía de entrada, y controlando la respuesta de estructuras de período largo, sobre todo en la dirección longitudinal, en donde se manifiestan las mayores respuestas. Más de un 55% de la energía de entrada puede ser disipada usando éstos dispositivos, los cuales resultan ser igualmente efectivos para sismos de campo lejano y campo cercano, con independencia del esquema de atirantamiento empleado, por lo que constituyen una excelente estrategia de protección pasiva. Debido a la gran no linealidad de éstas estructuras, el método del espectro de respuesta debe ser considerado sólo como primera aproximación al problema, y para propósitos comparativos. Para resultados más precisos, y para aplicaciones de diseño, el análisis no lineal paso-a-paso es siempre la mejor opción. Por otro lado, ésta investigación prueba el despreciable efecto del esquema de atirantamiento en la respuesta sísmica, así como el importante aumento de la respuesta cuando son tomados en cuenta los efectos tipo pulso de la directividad de la falla, característicos de sismos de fuente cercana. / Recent seismic events have demonstrated the vulnerability of some bridges under strong ground motions. Cable-stayed bridges are an attractive bridge typology currently used for many practical purposes, constituting important structural systems to be protected against earthquakes. Amongst the current seismic protection strategies, the use of passive devices is the most robust, economic and well-suited option to improve the seismic performance of structures, in which additional energy dissipation systems is good choice. Because of their capacities, easy replacement and maintenance, as well as their interesting mechanical properties, fluid viscous dampers could be an excellent additional energy dissipation system to protect large structural systems against strong earthquakes. For that reason, the analysis, assessment and comparison of the nonlinear seismic response of concrete cable-stayed bridges, with and without the incorporation of nonlinear fluid viscous dampers in order to investigate their effectiveness for seismic protection purposes, is the main objective of this applied research. To reach the proposed objectives, firstly, eight theoretical cable-stayed bridge models based on the well-known Walter's Bridges [Walter, 1999] were defined; considering variations of the stay cable layout, deck level, deck type and stay spacing. As a starting point of the nonlinear dynamic analysis, a nonlinear static analysis was performed for all the cases. After that, the dynamic characterization of the models was carried out by means of a modal analysis. As a first approach of the seismic response of the bridges, response spectrum analysis was performed in order to compare the seismic behaviour as function of the main variations considered, and to select the two most representative bridges to be analyzed using nonlinear time history analysis. The following stage was the seismic analysis of the selected bridge models from the previous step, applying nonlinear direct integration time history analysis, without additional energy dissipation devices, and considering both far-fault and near-fault ground motions. In these sense, five artificially generated earthquake events were considered for the far-fault analysis, as long as five real earthquake events containing long-period velocity pulses were included for the near-fault analysis, according to Chapter 3. Finally, the analysis of the optimal layout of the dampers, a parametric study to select the optimal damper parameters and the nonlinear step-by-step analysis considering the incorporation of the definitive fluid viscous dampers were investigated in order to compare the seismic responses as a function of the earthquake nature and stay cable layout, taking into account the same earthquake events before mentioned. Results of this investigation show that application of fluid viscous dampers as additional passive energy dissipation systems is a very efficient strategy to increase the damping of a structure, absorbing a significant amount of the seismic input energy, and controlling the seismic response of long-period structures, mainly in the longitudinal direction, where the main responses occur. More than 55% of the input energy can be dissipated with these devices, being equally efficient for far-fault and near-fault ground motions, independent on the stay cable layout, which constitutes a very promising strategy to protect cable-stayed bridges against earthquakes. Because of the highly nonlinear behaviour of those structures, response spectrum analysis must be considered only as first approach to the seismic response and for comparative purposes. For more accurate analysis results, and for design applications, nonlinear time-history analysis is a necessary choice. Likewise, it is demonstrated that the effect of the stay cable layout on the nonlinear seismic response of the bridges is not very important, as well as an important increase of the seismic response when forward rupture directivity pulse effects are considered, a characteristic of near-source ground motions.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-09T14:06:57Z No. of bitstreams: 1 ARMANDO WILMANS NUNES DA FONSECA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 5713433 bytes, checksum: aba957d62b27260ecd8141ce8547fa05 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-09T14:06:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ARMANDO WILMANS NUNES DA FONSECA JÚNIOR - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2018.pdf: 5713433 bytes, checksum: aba957d62b27260ecd8141ce8547fa05 (MD5) Previous issue date: 2018-08-31 / Capes / No decorrer dos anos, com a construção de pontes cada vez mais longas e leves, o comportamento dinâmico passa a ser um fator limitante no projeto dessas estruturas. Portanto, é de grande interesse que sistemas de controle de vibrações estruturais sejam desenvolvidos. Entre os vários materiais utilizados atualmente para supressão de vibrações, estão as ligas com memória de forma (LMF). Estas vêm ganhando popularidade graças a sua capacidade de sofrer grandes deformações reversíveis, aliadas às suas propriedades de dissipação de energia. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo realizar o controle passivo de vibrações num protótipo de ponte estaiada, em escala reduzida, utilizando molas superelásticas de uma LMF Ni-Ti (Nitinol). Foram realizadas análises dinâmicas na estrutura utilizando ferramentas analíticas, numéricas e experimentais. Nos resultados experimentais, obteve-se uma redução de até 75% de transmissibilidade de força em vibração livre, em comparação com a estrutura com molas equivalentes, de aço. Em vibração forçada, o valor de redução de transmissibilidade de força chegou a um máximo de 85,5%. Os resultados numéricos mostraram boa coerência na determinação dos parâmetros modais da estrutura e na resposta em vibração livre, com maior erro associado aos resultados em vibração forçada, mais especificamente no segundo modo de vibrar do sistema. Concluiu-se que as molas de LMF têm capacidade de dissipação de energia vibracional para a aplicação em estruturas de pontes e os modelos numéricos permitem uma boa previsão da resposta da estrutura. / Over the years, with the construction of increasingly longer and lighter bridges, dynamic behavior becomes a limiting factor in the design of these structures. Therefore, it is important that structural vibration control systems are developed. Among the various materials currently used for vibration suppression are the shape memory alloys (SMA). These have been gaining popularity as a result of their ability to undergo large reversible deformations, coupled with their energy dissipating properties. In this context, the objective of this dissertation is to perform the passive vibration control of a cable-stayed bridge prototype, in small scale, using SMA Ni-Ti (Nitinol) superelastic springs. Dynamic analyses were performed using analytical, numerical and experimental tools. In the experimental results, a reduction of 75% of force transmissibility in free vibration was obtained, compared to the structure with equivalent steel springs. In forced vibration, the value of reduction of force transmissibility reached a maximum of 85.5%. The numerical results showed good coherence in the determination of the modal parameters of the structure and the response of the latter in free vibration, with the largest error associated to the second mode of vibration of the structure, in forced vibration. It was concluded that the SMA springs have the capacity to dissipate vibrational energy, for the application in bridges structures, and the numerical models allow a good prediction of the structure response.

Este trabalho de doutorado versa sobre a simulação numérica das etapas construtivas de pontes estaiadas através do método dos elementos finitos, utilizando a plataforma ANSYS, versão 14.5. A justificativa da realização deste trabalho vem da crescente utilização deste tipo de estrutura de ponte no Brasil, devido, principalmente, ao seu bom comportamento estrutural e pela possibilidade de uso de uma estrutura mais leve, esbelta e econômica. Inicialmente, foi feita uma pesquisa abrangente sobre os componentes estruturais e concepções de projetos mais utilizados. Em seguida, estudaram-se as relações constitutivas de cada material constituinte, a fim de melhor representá-los na simulação numérica. Para a representação das equações constitutivas do concreto, implementou-se um novo modelo de material visco-elastoplástico com fissuração, com a ajuda da ferramenta de customização UPF (User Programmable Features), onde foram adicionadas novas sub-rotinas ao programa principal em linguagem FORTRAN. Como o objetivo final desta tese era trabalhar com análise estrutural das etapas construtivas de pontes estaiadas, envolvendo um número muito grande de elementos finitos, a implementação deste novo modelo possibilitou a utilização de elementos tridimensionais quadráticos de 20 nós (SOLID186) com armadura incorporada (REINF264), tornando a solução do problema mais rápida e eficaz. A fim de validar as sub-rotinas acrescentadas ao sistema, foram simuladas dezesseis vigas em concreto armado, ensaiadas por Leonhardt e Walther (1962) e por Bresler e Scordelis (1963), e uma viga segmentada com protensão externa, ensaiada por Aparicio et al (2002). A comparação de resultados das análises numéricas e experimentais mostraram boa aproximação. Após a validação das sub-rotinas, foi modelada numericamente a Ponte do Saber, localizada na cidade do Rio de Janeiro, seguindo fielmente as etapas construtivas adotadas na construção da ponte. A partir dos dados de monitoramento desta ponte, durante a fase executiva, foi possível comparar os valores obtidos no modelo numérico com as informações coletadas em campo, obtendo-se bons resultados. / This doctoral thesis presents the numerical simulation of the construction stages of cable-stayed bridges using the finite element method, through the ANSYS software, version 14.5. This work is justified by the increasing use of such structures in Brazil, mainly due to its good structural behavior and the possibility of using a lighter, slender and economic structure. Initially, it presents the results of a research about the structural components and the commonly used design concepts. Then, the constitutive relations of each constituent material were studied, in order to best represent them in the numerical simulation. For the representation of the constitutive equations of concrete, it was implemented a new model of visco-elastoplastic material with cracking. That was made with the help of the customization tool UPF (User Programmable Features), where new subroutines were added to the main program in FORTRAN language. The final goal of this thesis is to work with structural analysis of the construction stages of cable-stayed bridges, involving a very large number of finite elements. Therefore, the implementation of this new model enabled the use of three-dimensional quadratic elements of 20 nodes (SOLID186) with embedded reinforcement (REINF264), making the solution of the problem faster and more effective. In order to validate the subroutines added to the system, sixteen reinforced concrete beams tested by Leonhardt and Walther (1962) and by Bresler and Scordelis (1963), and a segmental beam with external prestressing, tested by Aparicio et al (2002) were simulated. The comparison of results of numerical and experimental analyzes showed good approximation. After validation of the subroutines, it was numerically modeled the Saber Bridge, located in the city of Rio de Janeiro, following exactly the constructive steps taken in the construction of the bridge. Based on the monitoring data of the bridge during the construction phase, it was possible to compare the values obtained from the numerical model with the information collected in the field, obtaining good results.

Este trabalho de doutorado versa sobre a simulação numérica das etapas construtivas de pontes estaiadas através do método dos elementos finitos, utilizando a plataforma ANSYS, versão 14.5. A justificativa da realização deste trabalho vem da crescente utilização deste tipo de estrutura de ponte no Brasil, devido, principalmente, ao seu bom comportamento estrutural e pela possibilidade de uso de uma estrutura mais leve, esbelta e econômica. Inicialmente, foi feita uma pesquisa abrangente sobre os componentes estruturais e concepções de projetos mais utilizados. Em seguida, estudaram-se as relações constitutivas de cada material constituinte, a fim de melhor representá-los na simulação numérica. Para a representação das equações constitutivas do concreto, implementou-se um novo modelo de material visco-elastoplástico com fissuração, com a ajuda da ferramenta de customização UPF (User Programmable Features), onde foram adicionadas novas sub-rotinas ao programa principal em linguagem FORTRAN. Como o objetivo final desta tese era trabalhar com análise estrutural das etapas construtivas de pontes estaiadas, envolvendo um número muito grande de elementos finitos, a implementação deste novo modelo possibilitou a utilização de elementos tridimensionais quadráticos de 20 nós (SOLID186) com armadura incorporada (REINF264), tornando a solução do problema mais rápida e eficaz. A fim de validar as sub-rotinas acrescentadas ao sistema, foram simuladas dezesseis vigas em concreto armado, ensaiadas por Leonhardt e Walther (1962) e por Bresler e Scordelis (1963), e uma viga segmentada com protensão externa, ensaiada por Aparicio et al (2002). A comparação de resultados das análises numéricas e experimentais mostraram boa aproximação. Após a validação das sub-rotinas, foi modelada numericamente a Ponte do Saber, localizada na cidade do Rio de Janeiro, seguindo fielmente as etapas construtivas adotadas na construção da ponte. A partir dos dados de monitoramento desta ponte, durante a fase executiva, foi possível comparar os valores obtidos no modelo numérico com as informações coletadas em campo, obtendo-se bons resultados. / This doctoral thesis presents the numerical simulation of the construction stages of cable-stayed bridges using the finite element method, through the ANSYS software, version 14.5. This work is justified by the increasing use of such structures in Brazil, mainly due to its good structural behavior and the possibility of using a lighter, slender and economic structure. Initially, it presents the results of a research about the structural components and the commonly used design concepts. Then, the constitutive relations of each constituent material were studied, in order to best represent them in the numerical simulation. For the representation of the constitutive equations of concrete, it was implemented a new model of visco-elastoplastic material with cracking. That was made with the help of the customization tool UPF (User Programmable Features), where new subroutines were added to the main program in FORTRAN language. The final goal of this thesis is to work with structural analysis of the construction stages of cable-stayed bridges, involving a very large number of finite elements. Therefore, the implementation of this new model enabled the use of three-dimensional quadratic elements of 20 nodes (SOLID186) with embedded reinforcement (REINF264), making the solution of the problem faster and more effective. In order to validate the subroutines added to the system, sixteen reinforced concrete beams tested by Leonhardt and Walther (1962) and by Bresler and Scordelis (1963), and a segmental beam with external prestressing, tested by Aparicio et al (2002) were simulated. The comparison of results of numerical and experimental analyzes showed good approximation. After validation of the subroutines, it was numerically modeled the Saber Bridge, located in the city of Rio de Janeiro, following exactly the constructive steps taken in the construction of the bridge. Based on the monitoring data of the bridge during the construction phase, it was possible to compare the values obtained from the numerical model with the information collected in the field, obtaining good results.