Load Optimizer - Iterar cargas de forma simples e rápida
O CSiLoadOptimizer é uma ferramenta de valor acrescentado dentro do software da CSI, especificamente concebida para engenheiros de estruturas que trabalham com o SAP2000 bem como com o CSiBridge. Esta ferramenta permite a determinação de um conjunto ótimo de cargas para atingir objetivos estruturais específicos, incluindo, por exemplo, tensionamento de cabos. É versátil, capaz de operar com cargas aplicadas em qualquer caso de carga estático, seja ele linear, não linear ou faseamento construtivo.
Visão Geral das Capacidades do CSiLoadOptimizer
A função principal do CSiLoadOptimizer é determinar os fatores de escala de cargas variáveis dentro de um caso de carga estático para melhor cumprir os objetivos definidos. Estes objetivos são especificados como valores-alvo para várias quantidades de resposta, tais como:
- Deslocamentos ou reações nos nós
- Esforços em elementos (frames, links)
- Tensão em cabos ou em cabos de pré-esforço
- Generalized displacements
- Esforços e momentos na superestrutura de pontes (apenas no CSiBridge)
A ferramenta suporta a otimização de qualquer tipo de carga que possa ser aplicada num caso de carga estático, incluindo gravidade, aceleração, força, deformação, temperatura, deslocamento e pré-esforço. No entanto, não é recomendado o uso de cargas do tipo target-force pois podem entrar em conflito com o processo de otimização.
Compreender as Classes de Problemas
O CSiLoadOptimizer categoriza os problemas com base na relação entre o número de cargas variáveis (NV) e o número de objetivos (NG):
- Problema de Otimização (NV > NG): Neste cenário, podem existir múltiplas soluções, e a ferramenta emprega um algoritmo de otimização para encontrar a melhor. A cada carga variável é atribuído um custo, que é depois minimizado usando a soma dos quadrados como função objetivo. Para problemas de otimização, também se podem especificar limites, que são semelhantes a objetivos, mas são definidos como desigualdades, enquanto os objetivos são igualdades.~
- Problema Determinado (NV = NG): Esta classe tem uma solução única que atinge precisamente os objetivos especificados.
- Problema de Melhor Ajuste (Best-Fit) (NV < NG): Quando não existe uma solução exata que satisfaça todos os objetivos, o CSiLoadOptimizer procura um ajuste por mínimos quadrados. A cada objetivo é atribuído um "benefício", e a solução minimiza o erro, sendo o erro para cada objetivo ponderado pelo seu benefício atribuído.
Como Funciona o CSiLoadOptimizer
Para utilizar o CSiLoadOptimizer, segue-se um procedimento estruturado:
- Definir um Caso de Carga Estático Modelo: Este caso de carga serve como base para as cargas a serem otimizadas. Aplicam-se todos os padrões de carga variáveis dentro deste caso de carga modelo. Para casos lineares, os fatores de escala iniciais para estas cargas variáveis são arbitrários. Para casos não lineares, a escolha de fatores de escala próximos da solução ótima esperada pode melhorar significativamente a convergência. Outras cargas não variáveis também podem ser incluídas neste modelo.
- Especificar Cargas Variáveis: Após iniciar o CSiLoadOptimizer a partir do menu "Tools", seleciona-se quais os padrões de carga do caso de carga modelo que serão "variáveis" (ou seja, otimizados) e quais permanecerão "fixos". Pode-se também atribuir um custo relativo a cada carga variável para problemas de otimização, influenciando os seus fatores de escala finais.
- Definir Objetivos e Limites: Para cada resposta desejada, define-se o seu tipo (p. ex., deslocamento do nó, esforço num elemento de barra), localização, componente e o valor-alvo. Para problemas de melhor ajuste, pode-se atribuir um benefício relativo a cada objetivo para ponderar a sua importância. Para problemas não lineares, definem-se tolerâncias de convergência absolutas para os objetivos.
- Executar a Otimização: Ao executar o Load Optimizer, é criada uma cópia do caso de carga modelo. A ferramenta então perturba cada padrão de carga variável individualmente e realiza análises separadas para medir as variações incrementais nos objetivos. Este processo forma uma matriz de influência. Com base nesta matriz, a ferramenta resolve para os fatores de escala ótimos. Para problemas não lineares, este processo é iterativo, continuando até que a convergência seja alcançada ou o limite máximo de iterações seja atingido.
O resultado inclui o caso de carga modificado no seu modelo SAP2000 ou CSiBridge, juntamente com um ficheiro de registo (log file) e um relatório de resumo. É crucial selecionar cargas variáveis e objetivos que sejam relevantes e independentes para garantir que uma solução razoável possa ser encontrada.
Exercício: Utilizar o CSiLoadOptimizer do SAP2000 para Operações de Elevação com Cabos
Este exercício demonstra como usar a ferramenta CSiLoadOptimizer no SAP2000 para simular a elevação de uma estrutura com recurso a quatro cabos. O processo envolve a otimização do encurtamento aplicado aos cabos para alcançar uma resposta estrutural específica.
Procedimento
- Definir Padrão de Carga Variável: Para os cabos, crie um padrão de carga e aplique uma deformação negativa (por exemplo, -0.01) para simular o encurtamento. Este padrão de carga servirá como a carga variável no processo de otimização.
- Iniciar o CSiLoadOptimizer: Abra a ferramenta CSiLoadOptimizer a partir do menu "Tools".
- Configurar o Caso de Carga: No otimizador, selecione o seu caso de carga "Lift". Designe o padrão de carga que criou no passo 1 como "Variable". Quaisquer outros padrões de carga envolvidos na análise devem ser definidos como "Fixed".
- Definir Objetivos e Limites: Defina os seus alvos de otimização. Para este exercício, especifique um "Target Value" (Valor-Alvo) para o Deslocamento U3 (deslocamento vertical) de 0.5 metros. Com base nos seus dados de entrada, a ferramenta classificará automaticamente a análise como um problema Determinado (NV=NG).
- Gravar e Executar (Save and Run).
- O CSiLoadOptimizer irá então gerar um novo caso de carga (p. ex., "Lift_Lopt1") contendo o fator de escala otimizado necessário para cumprir os objetivos especificados. Neste caso particular seria necessário aplicar um encurtamento de 0.023723 m/m para poder elevar o contentor 0.5m.
Para exemplos mais avançados e estudos de caso aprofundados, por favor consulte o Curso Avançado do SAP2000 (Capítulo 4.1).
Anexos
Modelo.zip