[en] MULTI-OBJECTIVE OPTIMIZATION OF STEEL FRAMES CONSIDERING THE BRACING SYSTEM AS A DESIGN VARIABLE

Autor: CLAUDIO HORTA BARBOSA DE RESENDE
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2024
Předmět:
Druh dokumentu: TEXTO
DOI: 10.17771/PUCRio.acad.68544
Popis: [pt] Os pórticos espaciais de aço são amplamente utilizados na engenharia civil, desempenhando um papel essencial em diversas construções, como centros comerciais, residências e estádios. Apesar de suas vantagens em resistência e leveza, o aumento da altura dessas estruturas apresenta desafios significativos, tais como deslocamentos devido ao vento e comprometimento do comportamento dinâmico. Para lidar com tais questões, sistemas de contraventamento são empregados, sendo essenciais para garantir também a estabilidade estrutural. A presente tese propõe uma abordagem abrangente para otimizar pórticos espaciais de aço, com o objetivo de equilibrar custo e desempenho. Além da minimização de custos, os objetivos incluem maximizar a frequência natural de vibração, o fator de carga crítica relacionado à flambagem global, bem como reduzir o máximo deslocamento no topo, o número de perfis distintos e o peso total da estrutura. A metodologia adotada envolve a aplicação de quatro algoritmos evolutivos baseados em evolução diferencial e uma análise multicritério de tomada de decisões para a extração das soluções das frentes de Pareto, considerando diferentes cenários de estudo. Destaca-se como aspecto inovador a consideração conjunta de variáveis de projeto, como o sistema de contraventamento, o conjunto de orientações dos eixos principais de inércia dos pilares e perfis comerciais, permitindo a avaliação simultânea de até quatro funções objetivo, além da inclusão de restrições adicionais. Os experimentos numéricos realizados demonstram a eficácia das metodologias propostas, fornecendo soluções viáveis para diferentes cenários com objetivos diversos. Também é explorada a automatização do agrupamento de pilares nos experimentos numéricos, através da formulação multiobjetivo, bem como a consideração de efeitos de segunda ordem na análise estrutural. Os resultados obtidos oferecem informações valiosas aos projetistas, permitindo a extração de soluções da frente de Pareto que balanceiam os objetivos conflitantes, resultando em estruturas mais eficientes, econômicas e sustentáveis.
[en] Steel space frames are widely used in various civil engineering projects such as shopping centers, residences, and stadiums. Despite their strength and lightness, increasing their height poses challenges like wind-induced displacements and compromised dynamic behavior. To address these issues, bracing systems are employed to also ensure the structural stability. This thesis presents a comprehensive approach to optimizing steel space frames, aiming to balance cost and performance. Alongside cost reduction, objectives include maximizing natural frequency of vibration, the critical load factor for global buckling, and minimizing maximum displacement at the top, the number of distinct profiles, and total weight of the structure. The methodology involves using four evolutionary algorithms based on differential evolution and a multi-criteria decision-making analysis to extract solutions from the Pareto front for different study scenarios. An innovative aspect is the integrated assessment of design variables, including the bracing system configuration, orientations of the principal inertia axes of the columns, and commercial profiles. This allows simultaneous evaluation of up to four objective functions, along with additional design constraints. Numerical experiments demonstrate the effectiveness of the proposed methodologies, offering feasible solutions for various scenarios with different objectives. The automation of column grouping and consideration of second-order effects in structural analysis are also explored. The results provide valuable insights to designers, enabling them to extract solutions from the Pareto front that balance conflicting objectives, resulting in more efficient, economical, and sustainable structures.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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