Interação entre Engenheiros de Estruturas e Laboratórios de Túnel de Vento mediante a incorporação do Método HFPI Brasileiro.

Transcrição

1 Interação entre Engenheiros de Estruturas e Laboratórios de Túnel de Vento mediante a incorporação do Método HFPI Brasileiro. Sérgio Pinheiro e Sérgio Stolovas

2 Interação entre Engenheiros de Estruturas SINERGIA significa cooperação para e Laboratórios de Túnel de Vento mediante realizar uma determinada tarefa e a incorporação do Método HFPI Brasileiro. poder atingir seu êxito. Sérgio Pinheiro e Sérgio Stolovas

3 A implementação do Método HFPI Brasileiro visa aperfeiçoar a SINERGIA entre Engenheiros de Estruturas e Laboratórios de Ensaios de Túnel de Vento.

4 Fundamentação Teórica do Método HFPI Brasileiro 4

5 Método HFPI Brasileiro ( HFPI Brazilian Approach ) Inspirado no Método do Vento Sintético do Professor Mário Franco SINERGIA Autoria: STO Análise e Soluções Estruturais (Videira-SC) BRE- Building Research Establishment (Watford-UK) SINERGIA Exemplos-padrão: projetos desenvolvidos pela Kalkulo Projetos Estruturais (Curitiba-PR) SINERGIA Implementado como Aplicativo Computacional para interface Universal com qualquer Software de Análise Estrutural pelo Eng. Sérgio Pinheiro. SINERGIA 5

6 Método HFPI Brasileiro ( HFPI Brazilian Approach ) Aplicativo Computacional para interface Universal com qualquer Software de Análise Estrutural Eng. Sérgio Pinheiro. 6

7 Método HFPI Brasileiro ( HFPI Brazilian Approach ) Objetivo essencial: Aprimorar a maneira de interagir entre Escritórios de Projeto Estrutural e Laboratório de Túnel de Vento - garantindo conclusões confiáveis, - fazendo que o Engenheiro de Estruturas compreenda realmente os resultados do T.de V., - permitindo ajustes da estrutura em tempo real. - Agilizando o processo de otimização

8 Quais são os procedimentos realizados pelos Laboratórios de Túnel de Vento pelos quais deduzem as Forças Estáticas Equivalentes e as acelerações induzidas na estrutura? 8

9 O ensaio de Túnel de Vento permite inferir as Histórias de Campos de Forças Instantâneas e Simultâneas que atuam sobre o edifício para cada direção do Vento.

10 As Histórias de Campos de Forças Instantâneas simultâneas são resumidas em Histórias de Forças generalizadas aferentes aplicadas em cada andar Fy(t) M(t) Fx(t) As Histórias de Forças obtidas no Ensaio são somente a matéria prima para deduzir Forças Estáticas Equivalentes e acelerações induzidas 10

11 Os campos de Força variam com o tempo. Trata-se de processos aleatórios que assumimos estacionários. JAMAIS O VENTO EXERCE CAMPOS DE FORÇAS CONSTANTES.

12 Esperar animação Fy(t) Fx(t) Fx(t) Fy(t) Arrasto Transversal

13 Esperar animação Fy(t) Fx(t) Fx(t) Fy(t) Arrasto Transversal

14 Como o Laboratório deduz as Forças Estáticas Equivalentes e as Acelerações a partir dessas Histórias de Forças instantâneas simultâneas? Geralmente mediante metodologias de Integração em Alta Frequência. Cada laboratório tem um Método HFPI próprio. Para aplicar o HFPI o Laboratório precisa receber do Engenheiro de Estruturas os Atributos modais da Estrutura.

15 Modelo Analítico Kalkulo Projetos Estruturais (Curitiba-PR)

16 Análise Modal Modo Tp 1 6, , , , , , , , , ,43478

19 Oscilação Livre de cada modo por separado (em escala uniforme do tempo) para o andar 56 Modo 1 T=6,59 s Modo 4 T=1,50 s Modo 7 T=0,76 s Modo 2 T=4,59 s Modo 5 T=1,30 s Modo 8 T=0,58 s Modo 3 T=3,03 s Modo 6 T=0,89 s Modo 9 T=0,51s

20 História de deslocamentos da estrutura obtida mediante a Integração de Pressões oriundas da Ação do Vento

21

22 A amplificação dos efeitos transversais são críticas no caso do exemplo

23 As ações exercidas pelo vento são sempre de natureza dinâmica Daí que a deformação e os esforços internos da estrutura em cada instante serão função tanto da História das Ações (Túnel de Vento) como dos Atributos Modais da Estrutura (Engenheiro de Estruturas)

24 Por que a SINERGIA entre Engenheiros de Estruturas e Laboratórios de Túnel de Vento é crítica? Para obter os parâmetros de dimensionamento e de qualificação do desempenho funcional é necessário Integrar a Equação do Movimento da Estrutura. Para isso se precisa levar em conta: a) História das Ações exercidas pelo Vento: b) Atributos estruturais : Laboratório de Túnel de Vento Escritório de Projeto Estrutural

25 Por que a SINERGIA entre Engenheiros de Estruturas e Laboratórios de Túnel de Vento é crítica? Para obter os parâmetros de dimensionamento e de qualificação do desempenho funcional é necessário Integrar a Equação do Movimento da Estrutura. Para isso se precisa levar em conta: a) História das Ações exercidas pelo Vento: b) Atributos estruturais : Laboratório de Túnel de Vento Escritório de Projeto Estrutural Interação entre Escritório de Projeto e Laboratório de Ensaio de Túnel de Vento.

26 Interação entre Escritório de Projeto e Laboratório de Ensaio de Túnel de Vento. Escritório de Projeto Estrutural O Escritório de Projeto Estrutural envia ao Laboratório de Túnel de Vento: a) Listagem de Nós do modelo estrutural com as coordenadas. b) Listagem da Massa Solidária para cada Nó. c) Listagem de Formas Modais com os deslocamentos modais para cada nó. e) Listagem de Frequências (ou Períodos) de Vibração para cada forma modal. f) Posição (coordenadas) do Referencial Laboratório de Túnel de Vento Usando os dados recebidos e as Histórias de Forças Instantâneas que obteve dos registros do Ensaio calcula mediante HFPI (Integração de pressões em alta frequência) ou métodos alternativos a História de deformações máximas da Estrutura e as Acelerações Extremas nos nós críticos. A partir disso emite o relatório completo no qual são enunciados: a) Qualificação do desempenho funcional de acordo a critérios de conforto. b) Os estados de Carga em termos de Forças Estáticas Equivalentes para cada direção de incidência do Vento. 26

27 Interação entre Escritório de Projeto e Laboratório de Ensaio de Túnel de Vento. Forças Estáticas Equivalentes e Otimização Escritório de Projeto Estrutural Laboratório de Túnel de Vento Estrutura V1 Análise Modal V1 HFPI V1 Forças Est.Equiv. V1 Estrutura V2 Análise Modal V2 HFPI V2 Forças Est.Equiv. V2 Estrutura V3 Análise Modal V3 HFPI V3 Forças Est.Equiv. V3 27

28 Interação entre Escritório de Projeto e Laboratório de Ensaio de Túnel de Vento. Forças Estáticas Equivalentes e Otimização Escritório de Projeto Estrutural Laboratório de Túnel de Vento Modificação Estrutura Análise Modal A otimização do projeto obrigaria a iterações entre Escritório de projeto e Laboratório (tempo e falta de agilidade do processo) Forças Estáticas Equivalentes HFPI 28

29 Método HFPI Brasileiro ( HFPI Brazilian Approach ) Aspectos singulares do método: a)transforma os registros de túnel de Vento (Series temporais) mediante algoritmos DCT em Cargas Harmônicas reduzindo a 1/1000 o input do programa estrutural sem perder exatidão. b) Compacta massas trabalhando com um modelo auxiliar que reduz os graus de liberdade do sistema sem perder exatidão, otimizando a eficiência da análise. c) Permite obter as acelerações e as cargas estáticas equivalentes a partir das Series Temporais em interfase com qualquer software de análise estrutural. Foi concebido para ser usado pelo Engenheiro de Estruturas. 29

30 Método HFPI Brasileiro visa otimizar o processo e ganhar em confiabilidade na análise de projetos de Edifícios Elevados Escritório de Projeto Estrutural Laboratório de Túnel de Vento HFPI Estrutura Análise Modal HFPI Séries temporais HFPI Forças Est.Equiv. e acelerações ForçasEst.Equiv. e acelerações Com as Series Temporais e ferramentas HFPI o Escritório de Projetos pode checar a consistência dos resultados emitidos pelo Laboratório e também modificar e obter quantas vezes seja necessário as Forças Estáticas Equivalentes até otimizar a estrutura.

31 Interação com o Laboratório de Túnel de Vento usando o Método Brasileiro Método Brasileiro (HFPI Brazilian Approach) Modelo Analítico - Listagem de Nós e coordenadas, - Listagem de massas associadas aos nós, - Modos de Vibração (deslocamentos modais correlacionados aos nós), - Frequências naturais correlacionadas aos modos, - Um eixo vertical referencial, Modelo Analítico Auxiliar Simplificado (Dog-bone) DCT (Transformada cosseno discreta ) HFPI Túnel de Vento - Acelerações, - Cargas estáticas equivalentes, Series Temporais de Ações do Vento Modelo Analítico Ajustes no Modelo Analítico Não Conformidade? Sim

32 Aplicativo HFPI Brasileiro Funcionamento do aplicativo

33 Dados de Entrada

34 Análise Modal Coordenadas Nodais Frequências Formas Modais Massas Dados enviados normalmente para ensaios em túneis Obtidos de qualquer software de análise estrutural

35 Séries Temporais de Vento Registros para cada direção de vento 2048 registros por direção (FX, FY, MZ) Frequência padrão de registro: 4 hertz Registros obtidos pelo ensaio de túnel de vento Fornecido para o engenheiro estrutural

36 Ponto de Referência Necessário para definição de Mz Geralmente tomado como CG do tipo Extremamente importante que engenheiro estrutural e túnel trabalhem com o mesmo referencial Caso contrário, resultados inválidos

37 Processamento Grande quantidade de dados Método HFPI Sérgio Stolovas

38 Resultados

39 Forças Estáticas Equivalentes Direção principal Direção transversal Estado de carga único para cada direção de vento Maior energia de deformação Forças na direção principal e transversal Trio de carregamentos por pavimento aplicados no seu ponto de referência: FX, FY, MZ

40 Acelerações Aceleração máxima em nós selecionados pelo usuário Verificação de conforto

41 Escritório de Projeto Estrutural HFPI Estrutura Análise Modal HFPI Laboratório de Túnel de Vento Séries temporais HFPI Forças Est.Equiv. e acelerações ForçasEst.Equiv. e acelerações Com as Series Temporais e ferramentas HFPI o Escritório de Projetos pode checar a consistência dos resultados emitidos pelo Laboratório e também modificar e obter quantas vezes seja necessário as Forças Estáticas Equivalentes até otimizar a estrutura. 41

42 Aplicação Edifício residencial 54 pisos acima do térreo Altura: 165m Escritório responsável: Kalkulo Projetos Estruturais- Curitiba

43 Processamento Modelo original: TQS com Modelo nós graus de liberdade modos de vibração: 10 DogBone 216 graus de liberdade Tempo Menos de 2 minutos por direção de vento Resultado Forças Estáticas Equivalentes

44 Reanálise Modelo original TQS recarregado Forças Estáticas Equivalente FX Direção Transversal FY Direção Principal Mz

45 Deslocamentos

46 Esforços Solicitantes

47 Dimensionamento

48 Obrigado!