00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC
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Tipo: Tese
Título: Fundamentos para o projeto de vigas de concreto reforçado com fibras de aço com suporte de técnicas de otimização topológica
Autor(es): Cedrim, Matheus Barbosa Moreira
Primeiro Orientador: Barboza, Aline da Silva Ramos
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Lages, Eduardo Nobre
metadata.dc.contributor.referee1: Amorim, David Leonardo Nascimento de Figueiredo de
metadata.dc.contributor.referee2: Araújo, Daniel de Lima
metadata.dc.contributor.referee3: Cunha, Jesiel
metadata.dc.contributor.referee4: Almeida, Valério da Silva
Resumo: Nos últimos anos, os elementos estruturais de concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) tiveram sua utilização impulsionada em razão do desenvolvimento técnico e de pesquisas que possibilitaram a compreensão do comportamento mecânico deste material. Com o objetivo de melhorar a ductilidade e tenacidade do concreto, as fibras de aço incorporadas de maneira randômica à mistura são uma alternativa para reforçar o concreto em um estágio pós-fissuração. No entanto, apesar de diversos avanços nas aplicações, ainda há um campo de pesquisa aberto sobre o emprego de técnica de otimização estrutural para este material. Em termos de modelos constitutivos, o CRFA é considerado um material heterogêneo. Com a teoria de homogeneização, baseada na micromecânica dos campos médios, pode-se definir as propriedades elásticas efetivas para o material homogeneizado, de posse das propriedades dos constituintes e da dosagem da mistura. Buscando-se a previsão do comportamento pósfissuração, pode-se adotar um critério de resistência para a caracterização do compósito. Nesse contexto, o modelo de Drucker-Prager é utilizado como um critério da avaliação dos parâmetros de resistência do material homogeneizado. Neste trabalho, contribui-se para os fundamentos de projeto de estruturas assistido por técnicas de otimização topológica, por meio da análise numérica em elementos finitos no software ABAQUS®, com a utilização de modelos de homogeneização em associação com o método SIMP. Nos exemplos apresentados, valida-se a otimização topológica para materiais elastoplásticos, especificamente para a análise de vigas. Observa-se nos resultados a influência dos parâmetros do procedimento de otimização, a dosagem da mistura e os requisitos de projeto de acordo com as referências normativas. Com o objetivo de fundamentar uma metodologia de análise que proporcione a utilização de elementos mais leves e resistentes, sem as tradicionais barras de aço incorporadas ao concreto, verifica-se no estudo de caso que, para os elementos de CRFA, as armaduras são necessárias para a garantia de uma ruptura dúctil.
Abstract: In recent years, the use of steel fiber-reinforced concrete (SRFC) structural elements has been driven by technical developments and research that have enhanced our understanding of the mechanical behavior of this material. Aimed at improving the ductility and toughness of concrete, randomly incorporating steel fibers into the mix presents an alternative for reinforcing concrete in a post-cracking stage. However, despite various advancements in applications, there is still an open research field regarding the application of structural optimization techniques for this material. In terms of constitutive models, SRFC is considered a heterogeneous material. Using homogenization theory, based on micromechanics of mean fields, effective elastic properties can be defined for the homogenized material, given the properties of the constituents and mix proportions. To predict post-cracking behavior, a strength criterion can be adopted for composite characterization. In this context, the Drucker-Prager model is used as a criterion for evaluating the strength parameters of the homogenized material. This study contributes to the fundamentals of structural design assisted by topology optimization techniques, through numerical analysis in finite element software ABAQUS®, employing homogenization models in conjunction with the SIMP method. In the presented examples, topology optimization is validated for elastoplastic materials, specifically for beam analysis. Results demonstrate the influence of optimization parameters, mix proportions, and design requirements in accordance with normative references. With the goal of establishing a methodology of analysis that facilitates the use of lighter and stronger elements, without the traditional incorporation of steel bars into concrete, the case study indicates that, for the elements of SFRC, reinforcements are necessary to ensure ductile failure.
Palavras-chave: Concreto com fibras de aço
SIMP
ABAQUS®
Plasticidade
Drucker-Prager
Steel fiber-reinforced concrete
SIMP
ABAQUS®
Plasticity
Drucker-Prager
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação: CEDRIM, Matheus Barbosa Moreira. Fundamentos para o projeto de vigas de concreto reforçado com fibras de aço com suporte de técnicas de otimização topológica. 2025. 182 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/15911
Data do documento: 14-ago-2024
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