Orientador: Isaias Vizotto

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo

Resumo: Esse trabalho foi inspirado principalmente em obras projetadas por Heinz Isler e Félix Candela, e apresenta uma contribuição ao pré-processamento e geração computacional de cascas otimizadas de formas livres e cascas de formas analíticas. São abordados dois modelos de concepção de estruturas...

Resumo: Esse trabalho foi inspirado principalmente em obras projetadas por Heinz Isler e Félix Candela, e apresenta uma contribuição ao pré-processamento e geração computacional de cascas otimizadas de formas livres e cascas de formas analíticas. São abordados dois modelos de concepção de estruturas para cobertura: as cascas de formas livres, geradas a partir da simulação computacional de modelos físicos experimentais em que as superfícies médias não podem ser descritas por meio de funções matemáticas; e as definidas por formas analíticas ou geométricas, em que as superfícies médias podem ser determinadas por funções analíticas através de modelos de geração por processos de translação ou revolução. O objetivo principal é a concepção de estruturas em cascas em concreto por meio de modelo computacional de geração otimizada de formas com a aplicação do Método dos Elementos Finitos e técnicas de programação matemática, com a proposição de metodologias computacionais de pré-processamento para geração da malha inicial de elementos finitos e a posterior obtenção de estruturas em cascas de formas livres e analíticas. São propostos modelos para geração de malhas de estruturas em cascas de formas livres com projeções poligonais regulares e quadriláteras com arestas retas e/ou parabólicas. As malhas planas que constituem membranas finas e flexíveis, através da ação do peso próprio da membrana ou da aplicação de pressão sobre as superfícies com quaisquer configurações de apoios, são utilizadas para geração de cascas de formas livres por meio de um programa computacional desenvolvido por Vizotto (1993), e que também podem ser geradas por meio do software ANSYS. A geração das formas analíticas tridimensionais das estruturas em cascas é realizada através de curvas diretrizes e geratrizes a partir das malhas planas. Variando-se alguns parâmetros obtêm-se composições de paraboloides hiperbólicos, paraboloides elípticos, cilindros parabólicos, etc. Após a geração das formas tridimensionais, são realizadas análises estruturais de algumas estruturas em cascas de concreto armado observando os estados de tensão das estruturas. Diversas estruturas são geradas e os resultados obtidos apresentados

Abstract: This work was mainly inspired in structures designed by Heinz Isler and Félix Candela, and it presents a contribution to preprocessing and computational generation of optimized free-form shells and the analytical shells. Two models of conceptions of roofs structures are discussed: the...

Abstract: This work was mainly inspired in structures designed by Heinz Isler and Félix Candela, and it presents a contribution to preprocessing and computational generation of optimized free-form shells and the analytical shells. Two models of conceptions of roofs structures are discussed: the free-form shells, generated by computational simulation of the experimental physical models, and the structures defined by analytical functions. The middle surfaces of the first model cannot be determined by analytical equations. On the second model, however, they can be generated by translational and revolution processes. The main objective is the conception of concrete shell structures using a computational model to generate optimized shapes with the application of the Finite Element Method and mathematical programming techniques. Computational methodologies for the generation of the finite elements initial mesh and the obtention of the freeform shells and analytical shells structures are proposed. Models are proposed for the meshing of the free-form shells structures with either regular polygonal projections or quadrilateral with straight and / or parabolic edges. Properties of thin and flexible membranes are attributed to the planar meshes with any support configuration. Free form shells are generated using a software developed by Vizotto (1993) which is able to generate free-form shells by applying pressure on the surfaces or by the action of the membrane's own weight. Free form shells can also be generated using the software ANSYS. As a result, the three-dimensional shapes of the shells are obtained. From the plane meshes obtained the three-dimensional shapes of the analytical form shells are determined through guidelines and generatrices curves. By varying some parameters compositions of hyperbolic paraboloids, elliptic paraboloids, cylinders parabolic, etc, are obtained. After the generation of three-dimensional shapes, structural analyses of some reinforced concrete shell structures are performed and the tension states of the structures are observed. Several structures are generated and the results obtained are presented