Publicação: Estudo da distribuição do reforço de lajes de concreto armado com fibras de
carbono, usando otimização topológica
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Resumo
O objetivo deste trabalho é estudar a distribuição do reforço externo de lajes de concreto
armado, utilizando Polímeros Reforçados por Fibras de Carbono (PRFC), através de
simulações numéricas e otimização topológica. A otimização topológica entra como uma
ferramenta para a determinação da distribuição ótima do reforço. Devido à alta relação
resistência/peso específico dos PRFC, pode-se aumentar a resistência e a rigidez de
elementos estruturais sem aumento significativo do peso. As simulações foram feitas
através do Método dos Elementos Finitos. Diversas configurações geométricas, de
contorno e de carregamento foram analisadas. A fissuração do concreto foi considerada nas
análises, pois tem influência no comportamento estrutural da laje. Para alguns casos de
lajes, o reforço foi dimensionado no Estado Limite Último, permitindo a comparação da
técnica convencional de reforço com aquela gerada pela otimização topológica. Foram
verificados os ganhos em termos de rigidez e de resistência das peças reforçadas. A
comparação com o método convencional mostrou que o uso da otimização topológica pode
levar a uma economia de material de reforço, com o mesmo desempenho estrutural.
Abstract
The objective of this work is to study the external reinforcement of concrete slabs, using
Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP), through numerical simulations and topology
optimization. The topology optimization enters as a tool for determining the optimal
distribution of the reinforcement. Due to the high ratio strength / specific weight of CFRP,
we can increase the strength and stiffness of structural elements without significant
increase in the weight. The simulations were performed by using Finite Element Method.
Several geometric configurations, boundary conditions and loading were analyzed. The
cracking of the concrete was considered in the analysis, because this effect influences the
structural behavior of the slab. For some cases of concrete slabs, the reinforcement was
calculated in the Ultimate Limit State, in order to compare the conventional and optimized
distributions. Gains in terms of stiffness and strength of the reinforced piece have been
verified. Comparison with conventional method shows that the use of topology
optimization can lead to an economy of reinforcement material, with the same structural
performance.
Palavras-chave
Reforço estrutural, Lajes de concreto, Materiais compostos, Fibras de carbono, Otimização topológica, Structural reinforcement, Concrete slabs, Composite materials, Carbon fibers, Topology optimization, Método dos elementos finitos, Otimização matemática
Citação
CHAVES, Luciano Pereira. Study of the distribution of the reinforcement in reinforced concrete slabs
with carbon fibers, using topology optimization. 2010. 135 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2010.