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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25349| Tipo de Documento: | Dissertação |
| Título: | Geração de modelos de bielas e tirantes para estruturas de concreto armado por otimização topológica discreta via método ground structure |
| Autor(es): | Brito, Thalyson Issac de Jesus |
| Data do documento: | 6-Fev-2026 |
| Orientador: | Andrade, Nilma Fontes de Araújo |
| Coorientador: | Canha, Rejane Martins Fernandes |
| Resumo: | O Modelo de Bielas e Tirantes (STM) é amplamente utilizado no dimensionamento de estruturas de concreto armado em Regiões-D, nas quais a hipótese de distribuição linear de deformações não é válida. Tradicionalmente, a definição do STM depende da interpretação subjetiva do fluxo de forças pelo engenheiro, o que pode conduzir a soluções conservadoras ou pouco eficientes. Nesse contexto, esta dissertação investiga o uso da otimização topológica discreta, via Método Ground Structure, como ferramenta auxiliar para a geração automatizada de modelos de bielas e tirantes. A metodologia emprega um modelo material bilinear que diferencia o comportamento em tração e compressão, associado a filtros discretos e geométricos para obtenção de topologias simplificadas e diretamente interpretáveis. Foram analisados cinco exemplos numéricos: uma viga biapoiada, utilizada como problema de referência, uma viga contínua e três estruturas representativas de Regiões-D — uma parede de cisalhamento acoplada, uma viga-parede com abertura e uma viga com extremidade entalhada. Os resultados demonstram que o método é capaz de identificar os mecanismos fundamentais de transferência de carga, produzindo modelos de bielas e tirantes fisicamente coerentes e compatíveis com soluções da literatura. A aplicação de filtros separados para elementos tracionados e comprimidos mostrou que a sensibilidade da topologia ótima depende da natureza estrutural do problema, permitindo explorar soluções alternativas sem comprometer a viabilidade estrutural. Conclui-se que a otimização topológica discreta via Método Ground Structure constitui ferramenta promissora para auxiliar a concepção de modelos de bielas e tirantes em estruturas de concreto armado. |
| Abstract: | The Strut-and-Tie Model (STM) is widely used for the design of reinforced concrete structures in D-regions, where the assumption of linear strain distribution is no longer valid. Traditionally, the definition of a STM relies heavily on the engineer’s experience and subjective interpretation of force flow, which may lead to conservative or inefficient solutions. In this context, this dissertation investigates the use of discrete topology optimization, based on the Ground Structure Method, as an auxiliary tool for the automated generation of strut-and-tie models. The proposed approach employs a bilinear material model that distinguishes between tensile and compressive behavior, combined with discrete and geometric filtering techniques to obtain simplified and directly interpretable topologies. Five numerical examples were analyzed: a simply supported beam used as a reference problem, a continuous beam and three structures representative of D-regions — a coupled shear wall, a deep beam with an opening, and a dapped beam. The results show that the method successfully identifies the fundamental load transfer mechanisms, producing physically consistent strut-and-tie models that are in good agreement with solutions reported in the literature. The application of separate filters for tension and compression elements revealed that the sensitivity of the optimal topology depends on the structural nature of the problem, allowing the exploration of alternative layouts without compromising structural feasibility. The study concludes that discrete topology optimization via the Ground Structure Method is a promising tool to support the design of strut-and-tie models in reinforced concrete structures. |
| Palavras-chave: | Engenharia civil Concreto armado Construção subterrânea Otimização matemática Funções convexas Regiões-D Otimização topológica Método ground structure Modelo de bielas e tirantes Reinforced concrete D-Regions Topology optimization Ground structure method Strut-and-tie model |
| área CNPQ: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
| Agência de fomento: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES |
| Idioma: | por |
| Sigla da Instituição: | Universidade Federal de Sergipe (UFS) |
| Programa de Pós-graduação: | Pós-Graduação em Engenharia Civil |
| Citação: | BRITO, Thalyson Issac de Jesus. Geração de modelos de bielas e tirantes para estruturas de concreto armado por otimização topológica discreta via método ground structure. 2026. 94 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Cívil) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026. |
| URI: | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25349 |
| Aparece nas coleções: | Mestrado em Engenharia Civil |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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