Dissertação de Mestrado

Nesta pesquisa, o projeto de uma ponte com protensão extra-dorso é otimizado sob cargas estáticas e sísmicas. A investigação é composta pelos processos de análise estrutural, análise de suscetibilidade e otimização. O método dos elementos finitos de barras é usado para a análise tridimensional considerando a carga estática (carregamentos permanentes e do tráfego rodoviário), não linearidades geométricas, efeitos dependentes do tempo e ação sísmica usando uma análise de espectro de resposta modal fornecida pela norma padrão AASHTO LRFD (2024). O projeto de pesquisa é formulado para otimizar o custo mínimo, deslocamentos e tensões (tração, compreensão, flexão, cisalhamento e torção), incluindo critérios de serviço e resistência adotados pela norma padrão citada. As variáveis de projeto são as tensões dos estais e cabos presforçados, as áreas de seção transversal dos estais e cabos presforçados, o tamanho do tabuleiro, as torres e os pilares. Não será utilizado um método analítico para otimização, serão realizados estudos de caso e cada um deles encontrará soluções de custo mínimo com rigidez e distribuição de massa adequadas que satisfaçam os critérios de projeto sob carregamento estático e ação sísmica. Os estudos de caso analisam a mesma estrutura, mas diferem entre si pela aplicação de espectros de diferentes intensidades sísmicas (baixa, média e alta). Realiza-se um exemplo numérico relacionado com a otimização de uma ponte Pearl Harbor Memorial Bridge, com protensão extra-dorso de 3 vãos com vão central de 157 m.

In this research, the design of a bridge with prestress in the extradorsum is optimized under static and seismic loads. The investigation is composed of the processes of structural analysis, susceptibility analysis and optimization. The bar finite element method is used for the three-dimensional analysis considering the static load (dead load and live load of road traffic), geometric nonlinearities, time-dependent effects and seismic action by using a modal response spectrum analysis given by the AASHTO LRFD Standard (2024). The research design is formulated to optimize the minimum cost, deflections and stresses including service and strength criteria. The design variables are the stresses of the extradosed cables and tendons, the cross-sectional areas of the extradosed cables and tendons, the size of the deck, the towers and the piers. An analytical optimization method will not be used; instead, case studies will be conducted, each of which will find minimum-cost solutions with adequate stiffness and mass distribution that satisfy the design criteria under static loading and seismic action. The case studies analyze the same structure but differ in the application of spectra of different seismic intensities (low, medium, and high). A numerical example is carried out related to the optimization of a Pearl Harbor Memorial Bridge, with 3-span extra prestressing with a central span of 157 m.