[pt] As cargas concentradas em vigas de aço são freqüentemente encontradas na prática da engenharia civil. Nas situações onde o local de aplicação da carga é fixo, enrijecedores transversais de alma podem ser usados para aumentar a resistência, mas devem ser evitados sempre que possível por razões econômicas. Para cargas móveis, é fundamental conhecer a resistência última das almas não enrijecidas. Diversas teorias foram desenvolvidas para uma melhor formulação deste problema mas, ainda assim, o erro das fórmulas de previsão é superior a 20%. Duas são as causas desta dificuldade de se encontrar uma equação mais precisa: o grande número de parâmetros que influenciam o comportamento de uma viga sujeita a cargas concentradas, e o número insuficiente de dados experimentais presentes na literatura para o desenvolvimento de uma análise paramétrica completa. Se por um lado a criação de novos resultados experimentais é um processo que envolve tempo e dinheiro, os métodos numéricos utilizados para gerar novos dados ainda apresentam diferenças significativas. As redes neurais foram inspiradas na estrutura do cérebro, a fim de apresentarem características humanas como o aprendizado por experiência e a generalização de novos exemplos a partir dos apresentados. Estas características mostram a possibilidade da utilização das redes neurais no estudo de problemas complexos, de difícil resolução por programas convencionais, como a previsão da carga última de vigas de aço sujeitas a cargas concentradas. Este trabalho tem o objetivo de avaliar e investigar o comportamento estrutural de cargas concentradas, através de uma análise paramétrica que permita identificar a influência dos diversos parâmetros que controlam o problema. Para viabilizar esta análise, torna-se necessária a geração de novos dados. Desta forma, será investigada a possibilidade da aplicação das redes neurais na previsão da carga crítica de vigas sujeitas a cargas concentradas, a partir de um treinamento destas redes utilizando os resultados experimentais existentes na literatura. Uma revisão bibliográfica do problema foi feita, bem como uma avaliação criteriosa dos resultados a serem utilizados no treinamento das redes. Para a avaliação e/ou novo treinamento do modelo de redes neurais, também foi estudada a utilização de resultados numéricos gerados através do método de elementos finitos. Estas simulações numéricas foram executadas utilizando um sistema de interface desenvolvido neste trabalho para integrar programas de pré-processamento, análise e pós- processamento. As simulações numéricas encontradas na literatura também foram analisadas para avaliar sua incorporação ao conjunto de dados de treinamento de redes neurais. A partir da validação do modelo de redes neurais adotado, através de uma comparação dos resultados fornecidos pelas redes com os valores fornecidos pelas fórmulas de previsão existentes, uma análise paramétrica poderá ser executada dentro dos limites do treinamento das redes neurais. Estas redes poderão então ser utilizadas como uma nova ferramenta na previsão da carga crítica de vigas de aço submetidas a cargas concentradas. Os resultados obtidos neste trabalho poderão permitir, no futuro, o desenvolvimento de uma fórmula de projeto mais precisa. De posse desta nova fórmula, uma sugestão para sua incorporação em normas de projeto de estruturas de aço poderá ser feita, garantindo desta forma um dimensionamento mais seguro e econômico. / [en] Concentrated loads on steel beams are frequently found in structural engineering practice. In situations where the location of the load is fixed, traverse web stiffeners can be used to provide an adequate increased resistance, but for economic reasons should be avoided whenever possible. For moving loads, the knowledge of the unstiffened web resistance becomes imperative. Many theories were developed for a better understanding of the problem, however, a 20% error is still present in the current design formulas. A more accurate design formula for this structural problem is very difficult to be obtained, due to the influence of several interdependent parameters. On the other hand, creating new experimental results is very expensive and time consuming. As an alternative, numerical methods were used to generate new data but they still present significant differences. The neural networks were inspired in brain structure, to present human characteristics such as: learning from experience; and generalization of new data from a current set of standards. These characteristics demonstrate the possibility of using the neural networks to investigate complex problems which could not be solved by conventional programs, such as the forecasting of the ultimate strength of steel beams subjected to concentrated loads. The main objective of this work is to investigate the structural behavior of concentrated loads, by means of a parametrical analysis. This analysis can surely help to identify the influence of the several interdependent parameters. Thus, the possibility of using neural networks to generate new data is investigated. A literature survey of the problem is presented, as well as a critical evaluation of the experimental results to be used as the training data set of the neural networks. In order to evaluate or train the neural networks, the use of finite element simulations will be analyzed. These numerical simulations will be performed using a finite element method interface system which was developed to integrate the preprocessing, analysis and post-processing programs. The use of numerical results present in the literature is also analyzed and discussed. In order to validate the neural networks model, the results are compared with existing design formulas enabling the parametrical analysis to be executed. The neural networks model can also be used as a new tool to forecast the ultimate load of steel beams subjected to concentrated loads. / [es] Las cargas concentradas en vigas de acero son frecuentemente encontradas en la práctica de la ingeniería civil. En las situaciones donde el local de aplicación de la carga es fijo, enrijecedores transversales de alma pueden ser usados para aumentar la resistencia, mas deben ser evitados siempre que sea posible por razones económicas. Para cargas móviles, es fundamental conocer la resistencia de las almas no enrijecidas. Aunque diversas teorías han sido desarrolladas para obtener una mejor formulación de este problema, todavía el error de las fórmulas de previsión es superior al 20%. La dificuldad de encontrar una ecuación más precisa tiene dos causas: el gran número de parámetros que influyen en el comportamiento de una viga sujeta a cargas concentradas, y el número insuficiente de datos experimentales presentes en la literatura para el desarrollo de un análisis paramétrico completo. Si por un lado la creación de nuevos resultados experimentales es un proceso que lleva tiempo y dinero, los métodos numéricos utilizados para generar nuevos datos presentan diferencias significativas. Las redes neurales fueron inspiradas en la extructura del cerebro, con el objetivo de representar características humanas como el aprendizaje por experiencia y la generalización de nuevos ejemplos a partir de los presentados. Estas características indican la posibilidad de utilizar las redes neurales en el estudio de problemas complejos, de difícil resolución por programas convencionales, como la previsión de la carga de vigas de acero sujetas a cargas concentradas. Este trabajo tiene como objetivo evaluar e investigar el comportamiento extructural de cargas concentradas, a través de un análisis paramétrico que permita identificar la influencia de los diversos parámetros que controlan el problema. Para realizar este análisis, se hace necesario generar nuevos datos. De esta forma, se investigará la posibilidad de aplicar redes neurales en la previsión de la carga crítica de vigas sujetas a cargas concentradas, utilizando los resultados experimentales existentes en la literatura como conjunto de entrenamiento. Fue realizada una revisión bibliográfica del problema, así como una evaluación de los resultados a utilizar en el entrenamiento de las redes. Para la evaluación y/o nuevo entrenamiento del modelo de redes neurales, se estudió la utilización de resultados numéricos generados a través del método de elementos finitos. Estas simulaciones numéricas se ejecutaron utilizando un sistema de interface desarrollado en este trabajo para integrar programas de preprocesamiento, análisis y posprocesamiento. Las simulaciones numéricas encontradas en la literatura también fueron analizadas para evaluar su incorporación al conjunto de datos de entrenamiento de la red neural. A partir de la evaluación del modelo de redes neurales adoptado, se comparan los resultados obtenidos a través de la red neural con los resultados que arrojan las fórmulas de previsión existentes. Estas redes podrán ser utilizadas como una nueva herramienta en la previsión de la carga crítica de vigas de acero sometidas a cargas concentradas. Los resultados obtenidos en este trabajo podrán permitir, en el futuro, el desarrollo de una fórmula de proyecto más precisa. Ya con esta nueva fórmula, se podrá sugerir su incorporación en normas de proyecto de extructurasde acero, garantizando de esta forma un dimensionamento más seguro y económico.

[pt] Este trabalho tem como objetivo principal a aplicação do método híbrido dos elementos de contorno a problemas da mecânica da fratura linearmente elástica. São apresentados os desenvolvimentos de várias formulações e os principais aspectos das implementações computacionais referentes a cada uma delas. A consistência mecânica do método híbrido dos elementos de contorno facilita sobremaneira a compreensão dos diversos fatores envolvidos em sua aplicação à mecânica da fratura. Isto ocorre porque o apelo físico do método garante a interpretação adequada dos problemas presentes na análise dos mais diversos fenômenos da mecânica do contínuo. A contribuição mais relevante deste trabalho consiste na determinação de maneira rápida e direta do fator de intensidade de tensão em estruturas bidimensionais da elasticidade plana. Os efeitos de abertura e deslizamento das faces da trinca são considerados a partir da introdução de uma solução fundamental hipersingular, cujo entendimento físico é facilitado devido à consistência variacional do método híbrido. É proposta a utilização de uma função de Green, referente à série de Williams, nos nós do modelo estrutural correspondentes às pontas das trincas. Esta sistemática introduz os fatores de intensidade de tensão, modos I e II, como incógnitas do problema, sendo obtidos a partir da resolução do sistema de equações provenientes do método. Durante todo o desenvolvimento, são mostrados vários exemplos que validam e comprovam a aplicabilidade das formulações propostas, demonstrando a potencialidade do método quando aplicado à mecânica da fratura. / [en] Aim of this work is the application of the hybrid boundary element method to problems of the linear elastic fracture mechanics. Several formulations are introduced and the most relevant aspects of computational implementation are discussed. The mechanical consistency of the hybrid boundary element method enables the adequate mathematical description of the stress field related to a cracked continuum. The main attempt of this dissertation is to develop a computationally simples and fast procedure for the determination of stress intensity factors in two- dimensional elasticity. The effects of opening and sliding of the crack surfaces are considered by means of a hipersingular stress function, which are dealt with adequately in the frame of the variational formulation. It is shown that the stress series proposed by Williams for the local field around a crack tip may be considered as a Green´s function. As a consequence, the stress intensity factors corresponding to both Modes I and II are obtained as primary unknowns of the problem. Several numerical examples are presented in order top validate the formulations proposed. This shows the potentiality of the hybrid boundary element method for dealing with problems of the fracture mechanics. / [es] Este trabajo tiene como objetivo principal la aplicación del método híbrido de los elementos de contorno a problemas de mecánica de fracturas linealmente elásticas. Se describen varias formulaciones y los principales aspectos de su implementación computacional. La consistencia mecánica del método híbrido de los elementos de contorno facilita la comprensión de los diversos factores involucrados en su aplicación a la mecánica de fracturas. Esto ocurre porque el caracter físico del método garantiza la interpretación adecuada de los problemas que se presentan en el análisis de los más diversos fenómenos de la mecánica del contínuo. La contribuición más relevante de este trabajo consiste en la determinación de manera rápida y directa del factor de intensidad de tensión en extructuras bidimensionales de elasticidad plana. Son considerados los efectos de abertura y deslizamiento de las caras de la trinca a partir de la introducción de una solución fundamental hipersingular, cuya comprensión física se facilita debido a la consistencia variacional del método híbrido. Se propone la utilización de una función de Green, de la serie de Williams, en los nodos del modelo extructural correspondiente a las puntas de las trincas. Esta sistemática introduce los factores de intensidad de tensión, modos I y II, como incógnitas del problema, y se obtienen a partir de la resolución del sistema de ecuaciones provenientes del método. Durante todo el desarrollo, se muestran varios ejemplos que evalúan y comprueban la aplicabilidad de las formulaciones propuestas, demostrando la potencialidad del método cuando se aplica a la mecánica de fracturas.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo das ligações viga x coluna em estruturas de aço. As ligações são classificadas como: flexíveis, com alta capacidade de rotação, rígidas, que transmitem todo o momento de engastamento perfeito, e, situadas em um nível intermediário, as semi-rígidas, que são mais compatíveis com o comportamento real. Posteriormente, é mostrado detalhadamente o método de projeto de ligações mais usual, a partir de um sistema de trajetória de forças. Este conceito é baseado na identificação e dimensionamento de todos os elementos que compõem uma ligação, garantindo-se a compatibilidade entre o comportamento destes e as premissas assumidas no projeto estrutural. A influência das ligações no projeto global de pórticos deslocáveis e indeslocáveis também foi estudada neste trabalho. Foram analisados os processos de dimensionamento de pórticos deslocáveis com ligações rígidas, indeslocáveis com ligações flexíveis, deslocáveis com ligações semi-rígidas e, mais detalhadamente, de pórticos indeslocáveis com ligações semi-rígidas, estes últimos adotados neste trabalho.Objetivou-se o desenvolvimento de um módulo de dimensionamento e detalhamento automático de procedimentos de análise e projeto de ligações através de uma interface gráfica tridimensional. Esta interface permite ao usuário tanto o dimensionamento de ligações preexistentes, quanto a criação de novos modelos. Esta criação é feita através do conceito “building up”, ou seja, da montagem passo a passo, peça a peça da ligação, em procedimentos simples do tipo “arrastar e soltar”. Definida a ligação, procede-se com a sua identificação através de comparação com um “banco de ligações viáveis” e seu posterior dimensionamento. Como resultados finais, o módulo fornece uma memória de cálculo, uma estimativa de custos e o detalhamento completo da ligação no padrão DXF, “AutoCAD Drawing Interchange File”. Uma avaliação do comportamento semi-rígido da ligação, através do método dos três parâmetros, proposto por Chen [CHEN85], também é apresentado. / [en] This work presents an investigation of beam vs. column connections in steel structures . The steel connections can be classified as: flexible, with high rotation capacity, rigid, that fully transmit beam ends moments to the column, and semi-rigid, an intermediate level between the two above mentioned, more compatible with the real behavior. A description of the traditional method for connections design, using the forces path method is also presented. This concept, based on the identification and design of all the elements that compose a connection, is guaranteed by the compatibility among the behavior of the connection parts and the hypothesis assumed in the structural design. The influence of the connections in the global design of sway and non-sway frames is also depicted in this work. The design processes of sway frames with rigid connections, non-sway frames with flexible connections, sway frames with semi-rigid connections and, non-sway frames with semi-rigid connections, these last ones adopted in this work, are discussed in this investigation. The main objective of this work was the development of an automatic connection´s design and detailing module through a three- dimensional graphic interface. This interface allows the user to design standardized connections, as well as create new models. The creation of a new connection is made through a building up concept, with a step by step assembly, using simple drag and drop procedures. The identification of the newly crated connection is made through a comparison with a viable connections database. This is followed by the complete structural design of the connections. As final results, the program supplies a detailed description of the design procedures, costs estimation and the complete connection detailing in a standard DXF, AutoCAD Drawing Interchange File. An evaluation of the connection´s semi-rigid behavior, through the three parameters method, proposed by Chen [CHEN85], is also described and discussed. / [es] Este trabajo presenta un estudio de las ligaduras viga x columna en extructuras de acero. Las ligaduras son clasificadas como: flexíveis, con alta capacidade de rotación, rígidas, que transmiten todo o momiento de desgaste perfecto; y situadas a un nível intermediário, las semirígidas, que son más compatibles con el comportamiento real. Posteriormente, se muestra detalladamente el método de proyecto de ligaduras de mayor uso, a partir de un sistema de trajectoria de fuerzas. Este concepto tiene como base la identificación y dimensionamiento de todos los elementos que componen una ligadura, garantizando la compatibilidad entre el comportamiento de éstos y las premisas asumidas en el projecto extructural. La influencia de las ligadura en el proyecto global de pórticos deslocables e indeslocables también fue estudiada en este trabajo. Se analizaron los procesos de dimensionamiento de pórticos deslocables con ligaduras rígidas, indeslocables con ligaduras flexibles, deslocables con ligaduras semirígidas y, más detalladamente, de pórticos indeslocables con ligaduras semirígidas, estes últimos adoptados en este trabajo. El objetivo propuesto era el desarrollo de un módulo de dimensionamiento y detallamiento automático de procedimientos de análise y proyecto de ligaduras, a través de una interface gráfica tridimensional. Esta interface permite al usuario tanto el dimensionamiento de ligaduras pre-existentes, como la creación de nuevos modelos. Esta creación se realiza a través del concepto building

[pt] As ligações estruturais desempenham um papel fundamental no comportamento global das estruturas de aço. Muitos ensaios experimentais desta ligações têm sido desenvolvidos para que se possa avaliar corretamente a influência dos parâmetros físicos e geométricos que influenciam no comportamento destas ligações. Hoje em dia, as ligações no eixo de menor inércia da coluna de pórticos contraventados são dimensionadas como flexíveis. Maiores problemas ocorrem quando este contraventamento não é possível e as ligações rígidas são utilizadas. Todavia, garantir que esta ligação tenha um comportamento rígido, principalmente no eixo de menor inércia, é algo um tanto quanto discutível. Sendo assim, a utilização de ligações semi-rígidas tornou-se viável porque tem um comportamento estrutural que melhor se aproxima da realidade e ainda possibilita uma diminuição do preço final da estrutura. Este trabalho apresenta uma avaliação do comportamento estrutural de ligações viga-coluna em estruturas de aço no eixo de menor inércia. Uma investigação dos modelos existentes de ligações semi- rígidas na literatura foi realizada e identificou dois modelos estruturais fundamentais para esta investigação: o de Kishi e Chen para o eixo de maior inércia e o de Teixeira Gomes para a menor inércia. Os sistemas de classificação de ligações existentes foram avaliadas mas ainda não se tem conhecimento de um sistema específico para o eixo de menor inércia ou da validade do uso dos sistemas de classificação gerados para maior inércia quando aplicados na menor inércia. Uma análise experimental onde três ensaios de ligação de aço viga x coluna, em escala real foi executada. Esta análise possibilitou a determinação da curva momento x rotação, resistência a flexão da ligação, evolução das tensões e deformações e possíveis modos de ruína. O presente trabalho também propõe um modelo preliminar de ligação semi-rígida com dupla cantoneira de alma e cantoneira de apoio, ou enrijecedor, no eixo de menor inércia visando sua utilização em edificações de estruturas de aço. Uma validação deste modelo preliminar foi realizada através de uma comparação com os resultados experimentais gerados. / [en] Connections perform a fundamental hole in the steel structure´s global behaviour. In order to evaluate the real influence of the physical and geometrical parameters that controls their behaviour, many experimental tests and analysis have been developed but a definitive answer to the problem in question still stands. Nowadays, the non-sway portal frame design still adopts bolted flexible connections in the column´s minor axis. Unfortunately, in the case of sway frames, the majority of connections are rigid, despite the fact that rigid connections have higher costs and rigid connections in the column minor axis have questionable true behaviour. To overcome these difficulties the use of semi-rigid connections can decrease the global structure cost, having an extra advantage of being closer to reality. This background served as motivation for the present investigation on the an evaluation of the structural behaviour of beam-column semi-rigid steel connections working in the column minor axis. A literature survey on the semi-rigid models currently in use in literature was accomplished. Two fundamental structural models were identified: the Kishi and Chen model for the bending on the column major axis and the model proposed by Gomes for the minor axis bending. A specific connection classification system developed for the major axis for the column minor axis was not found in the literature. The use of general classification for this task still deserves a validations study. An experimental programme consisting of three full scale tests of beam to column connections was carried out. This analysis enable the assessment of the moment versus rotation curve, moment capacity of the connection, stress patterns, strains and collapse mechanisms. This work also presents a preliminary semi-rigid model for the column´s minor axis, made with a double web angle and a support angle or a stiffner. A validation study of this preliminary model was accomplished through a comparison with the acquired experimental results. / [es] Las ligaduras extructurales desempeñam un papel fundamental en el comportamiento global de las extructuras de acero. Muchos ensayos experimentales han sido desarrollados para poder evaluar correctamente la influencia de los parámetros físicos y geométricos que influeyen en el comportamiento de estas ligaduras. Hoy en dia, las ligaduras en el eje de menor inercia de la columna de pórticos contraventados son dimensionadas como flexíbles. Mayores problemas ocurren cuando este contraventamento no es posible y se utilizan ligaduras rígidas. Pero garantizar que esta ligadura tenga un comportamiento rígido, principalmente en el eje de menor inercia, es algo bastante discutible. Así, la utilización de ligaduras semi-rígidas se hizo posible, porque tiene un comportamiento extructural que se aproxima mejor de la realidad y posibilita una diminuición del precio final de la extructura. Este trabajo presenta una evaluación del comportamiento extructural de ligaduras viga-columna en extructuras de acero en el eje de menor inercia. Se realizó una investigación de los modelos existentes de ligaduras semirígidas en la literatura y se identificó dos modelos extructurales fundamentales para esta investigación: el de Kishi y Chen para el eje de mayor inercia y el de Teixeira Gomes para el de menor inercia. Los sistemasde clasificación de ligaduras existentes fueron evaluados pero aún no se tiene conocimiento de un sistema específico para el eje de menor inercia o de la validad del uso de los sistemasde clasificación generados para mayor inercia cuando aplicados en menor inercia. Un análisis experimental donde tres ensayos de ligadura de acero viga x columna, en escala real fue ejecutada. Este análisis posibilitó la determinación de la curva momento x rotación, resistencia a la fexión de la ligadura, evolución de las tensiones y deformaciones y posibles modos de ruína. El presente trabajo propone un modelo preliminar de ligadura semirígida con dupla esquinera de alma y de apoyo, o enrijecedor, en el eje de menor inercia con el objetivo de utilizarlo en edificaciones de extructuras de acero. Una evaluación de este modelo preliminar fue realizada através de una comparación con los resultados experimentales generados.