ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DO REFORÇO COM FIBRAS DE CARBONO EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO

Resumen

Neste trabalho foi realizada uma análise da distribuição do reforço externo de vigas de concreto armado, utilizando Polímeros Reforçados por Fibras de Carbono (PRFC), por meio de modelos dimensionados, simulações numéricas e otimização topológica. Foram considerados os reforços pela ação do momento fletor e da força cortante. Devido à alta relação resistência/peso específico do PRFC, pode-se aumentar a resistência e rigidez de elementos estruturais sem aumento significativo do peso. Fazendo uso do método convencional de dimensionamento de reforços, foram realizadas diversas simulações, visando obter uma disposição que reduz a quantidade de material. As simulações numéricas foram realizadas por meio do Método dos Elementos Finitos, fazendo uso do software ANSYS®, onde foi utilizada a otimização topológica como ferramenta para a determinação da região de distribuição ótima do reforço. A comparação com o método convencional mostrou que o uso da otimização topológica pode levar a economia de material de reforço, com o mesmo desempenho estrutural. Palavras-chave: simulação numérica, fibras de carbono, reforço estrutural, vigas de concreto, otimização topológica. ANALYSIS OF THE DISTRIBUTION OF REINFORCEMENT WITH CARBON FIBERS IN CONCRETE BEAMS ABSTRACT In this paper, an analysis of the distribution of external concrete beams reinforcement has been performed, by using Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP), through designed models, numerical simulations and topology optimization. Reinforcement design has been performed considering bending moment and shear actions. Due the CFPR's high strength/weight ratio, the strength and stiffness of structural elements can be raised without significant weight increase. Employing the conventional method for reinforcement design, several simulations were performed in order to obtain an arrangement which reduces the amount of material. Numerical simulations were performed by Finite Element Method, using ANSYS® program, where the topology optimization was used as tool for determining the optimal region to place the reinforcement. Comparison with the conventional method shows that the use of topology optimization minimizes the quantity of material, reducing costs while maintaining the same structural performance. Keywords: numerical simulation, carbon fiber, structural strengthening, reinforced concrete beams, topology optimization.