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Análise mecânica e probabilística da corrosão de armaduras de estruturas de concreto armado submetidas à penetração de cloretos / Mechanical and probabilistic analysis of reinforcement corrosion of reinforced concrete structures subjected to chlorides penetrationGiovanni Pais Pellizzer 11 March 2015 (has links)
O presente estudo trata do problema da corrosão de armaduras em estruturas de concreto armado submetidas à penetração de cloretos. É amplamente reconhecido nos meios técnico e científico que, dentre os diversos processos causadores de patologias nas estruturas de concreto armado, destacam-se aqueles que desencadeiam a corrosão das armaduras. O processo de corrosão é iniciado quando a concentração de cloretos na interface armadura/concreto atinge um valor limite, despassivando a camada química protetora ao redor da armadura. A utilização de uma abordagem probabilística é capaz de tratar o problema de forma mais consistente, uma vez que as variáveis envolvidas no fenômeno possuem um alto grau de aleatoriedade associado. A formulação utilizada para a análise não linear mecânica emprega o método dos elementos finitos, utilizando o modelo de dano de Mazars para descrever o comportamento do concreto e o modelo elastoplástico para descrever o comportamento do aço. A lei de Fick é empregada para descrever o mecanismo de difusão dos íons cloretos no interior dos elementos de concreto armado e leis empíricas são utilizadas para representar a penalização das áreas de aço das armaduras bem como a redução de sua tensão de escoamento. A formulação utilizada para a análise probabilística emprega o FORM (First Order Reliability Method), o método de superfície de resposta e a simulação de Monte Carlo. Enfoque especial é dado na análise de estruturas hiperestáticas, com o objetivo de determinar a probabilidade de falha do sistema, sendo esta uma das contribuições desse estudo. Os resultados obtidos indicam de que forma os efeitos corrosivos considerados contribuem para a redução da durabilidade estrutural. / This work deals with the problem of reinforcement corrosion of concrete structures subjected to chloride penetration. It is widely recognized in the technical and scientific communities that, among the different processes which cause pathologies in reinforced concrete structures, reinforcement corrosion is one of the most relevant. The corrosion process starts when chloride concentration at the reinforcement/concrete interface reaches a threshold value, causing depassivation of the protecting chemical layer surrounding the armor. A probabilistic approach is capable of dealing with the problem in a more consistent manner, since the variables involved in the phenomenon have a high degree of randomness. The formulation used in the mechanical non-linear analysis utilizes the finite element method, employing Mazars\' damage model to describe the concrete behavior and the elastoplastic model to describe the steel behavior. Fick\'s law is used to describe the diffusion mechanism of chloride ions inside the concrete elements and empirical laws are used to represent the steel area reduction as well as the reduction of steel yield stress. The formulation used for the probabilistic analysis employs the FORM (First Order Reliability Method), the response surface method and the Monte Carlo simulation. A contribution of this study concerns the analysis of hyper-static structures, in order to evaluate the failure probability of the system, giving special attention to this type of problem. The obtained results show how the considered corrosive effects influences the structural durability reduction.
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Identificação de danos estruturais utilizando dados no domínio do tempo provenientes de ensaios de vibração / Structural damage identification using time domain data from vibration testsLuciano dos Santos Rangel 17 February 2014 (has links)
Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O presente trabalho aborda o problema de identificação de danos em uma estrutura
a partir de sua resposta impulsiva. No modelo adotado, a integridade estrutural
é continuamente descrita por um parâmetro de coesão. Sendo assim, o Modelo de
Elementos Finitos (MEF) é utilizado para discretizar tanto o campo de deslocamentos,
quanto o campo de coesão. O problema de identificação de danos é, então, definido
como um problema de otimização, cujo objetivo é minimizar, em relação a um vetor de
parâmetros nodais de coesão, um funcional definido a partir da diferença entre a resposta
impulsiva experimental e a correspondente resposta prevista por um MEF da estrutura.
A identificação de danos estruturais baseadas no domínio do tempo apresenta
como vantagens a aplicabilidade em sistemas lineares e/ou com elevados níveis de
amortecimento, além de apresentar uma elevada sensibilidade à presença de pequenos
danos. Estudos numéricos foram realizados considerando-se um modelo de viga
de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada. Para a determinação do posicionamento
ótimo do sensor de deslocamento e do número de pontos da resposta impulsiva, a serem
utilizados no processo de identificação de danos, foi considerado o Projeto Ótimo
de Experimentos. A posição do sensor e o número de pontos foram determinados segundo
o critério D-ótimo. Outros critérios complementares foram também analisados.
Uma análise da sensibilidade foi realizada com o intuito de identificar as regiões da estrutura
onde a resposta é mais sensível à presença de um dano em um estágio inicial.
Para a resolução do problema inverso de identificação de danos foram considerados
os métodos de otimização Evolução Diferencial e Levenberg-Marquardt. Simulações
numéricas, considerando-se dados corrompidos com ruído aditivo, foram realizadas
com o intuito de avaliar a potencialidade da metodologia de identificação de danos,
assim como a influência da posição do sensor e do número de dados considerados
no processo de identificação. Com os resultados obtidos, percebe-se que o Projeto
Ótimo de Experimentos é de fundamental importância para a identificação de danos. / The present work deals with the damage identification problem in mechanical
structures from their impulse response. In the adopted model, the structural integrity
is continually described by a cohesion parameter and the finite element model
(FEM) is used to spatially discretize both the displacement and cohesion fields. The
damage identification problem is then posed as an optimization one, whose objective
is to minimize, with respect to the vector of nodal cohesion parameters, a functional
based on the difference between the experimentally obtained impulse response and
the corresponding one predicted by an FEM of the structure. The damage identification
problem built on the time domain presents some advantages, as the applicability
in linear systems with high levels of damping an/or closed spaced modes, and in nonlinear
systems. Besides, the time domain approaches present high sensitivities to the
presence of small damages. Numerical studies were carried out considering a simply
supported Euler-Bernoulli beam. Optimal experiment design techniques were considered
with the aim at determining the optimal position of the displacement sensor and
also the number of points of the impulse response to be considered in the identification
process. The Differential Evolution optimization method and the Levenberg-Marquardt
method were considered to solve the inverse problem of damage identification. Numerical
analysis were carried out in order to assess the influence, on the identification
results, of noise in the synthetic experimental data, of the sensor position, and of the
number of points retained in the impulse response. The presented results shown the
potentiality of the proposed damage identification approach and also the importance
of the optimal experiment design for the quality of the identification. al importance for
the identification of damage.
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Identificação de danos estruturais utilizando dados no domínio do tempo provenientes de ensaios de vibração / Structural damage identification using time domain data from vibration testsLuciano dos Santos Rangel 17 February 2014 (has links)
Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O presente trabalho aborda o problema de identificação de danos em uma estrutura
a partir de sua resposta impulsiva. No modelo adotado, a integridade estrutural
é continuamente descrita por um parâmetro de coesão. Sendo assim, o Modelo de
Elementos Finitos (MEF) é utilizado para discretizar tanto o campo de deslocamentos,
quanto o campo de coesão. O problema de identificação de danos é, então, definido
como um problema de otimização, cujo objetivo é minimizar, em relação a um vetor de
parâmetros nodais de coesão, um funcional definido a partir da diferença entre a resposta
impulsiva experimental e a correspondente resposta prevista por um MEF da estrutura.
A identificação de danos estruturais baseadas no domínio do tempo apresenta
como vantagens a aplicabilidade em sistemas lineares e/ou com elevados níveis de
amortecimento, além de apresentar uma elevada sensibilidade à presença de pequenos
danos. Estudos numéricos foram realizados considerando-se um modelo de viga
de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada. Para a determinação do posicionamento
ótimo do sensor de deslocamento e do número de pontos da resposta impulsiva, a serem
utilizados no processo de identificação de danos, foi considerado o Projeto Ótimo
de Experimentos. A posição do sensor e o número de pontos foram determinados segundo
o critério D-ótimo. Outros critérios complementares foram também analisados.
Uma análise da sensibilidade foi realizada com o intuito de identificar as regiões da estrutura
onde a resposta é mais sensível à presença de um dano em um estágio inicial.
Para a resolução do problema inverso de identificação de danos foram considerados
os métodos de otimização Evolução Diferencial e Levenberg-Marquardt. Simulações
numéricas, considerando-se dados corrompidos com ruído aditivo, foram realizadas
com o intuito de avaliar a potencialidade da metodologia de identificação de danos,
assim como a influência da posição do sensor e do número de dados considerados
no processo de identificação. Com os resultados obtidos, percebe-se que o Projeto
Ótimo de Experimentos é de fundamental importância para a identificação de danos. / The present work deals with the damage identification problem in mechanical
structures from their impulse response. In the adopted model, the structural integrity
is continually described by a cohesion parameter and the finite element model
(FEM) is used to spatially discretize both the displacement and cohesion fields. The
damage identification problem is then posed as an optimization one, whose objective
is to minimize, with respect to the vector of nodal cohesion parameters, a functional
based on the difference between the experimentally obtained impulse response and
the corresponding one predicted by an FEM of the structure. The damage identification
problem built on the time domain presents some advantages, as the applicability
in linear systems with high levels of damping an/or closed spaced modes, and in nonlinear
systems. Besides, the time domain approaches present high sensitivities to the
presence of small damages. Numerical studies were carried out considering a simply
supported Euler-Bernoulli beam. Optimal experiment design techniques were considered
with the aim at determining the optimal position of the displacement sensor and
also the number of points of the impulse response to be considered in the identification
process. The Differential Evolution optimization method and the Levenberg-Marquardt
method were considered to solve the inverse problem of damage identification. Numerical
analysis were carried out in order to assess the influence, on the identification
results, of noise in the synthetic experimental data, of the sensor position, and of the
number of points retained in the impulse response. The presented results shown the
potentiality of the proposed damage identification approach and also the importance
of the optimal experiment design for the quality of the identification. al importance for
the identification of damage.
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