[pt] As cargas concentradas em vigas de aço são freqüentemente encontradas na prática. Nas situações onde o local de aplicação da carga é fixo, enrijecedores transversais de alma podem ser usados para aumentar a sua resistência, mas devem ser evitados por razões econômicas. Para cargas móveis, é fundamental conhecer a resistência última das almas não enrijecidas. Diversas teorias foram desenvolvidas para este problema, mas ainda assim, o erro das fórmulas de previsão é superior a 40%. 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. Por outro lado, o colapso da estrutura pode ocorrer por: plastificação, flambagem global da alma, enrugamento (crippling) ou uma combinação destes estados limites. Apesar disto, nenhum estudo foi desenvolvido para avaliar a participação total ou parcial de cada comportamento no colapso. As redes neurais são modelos computacionais inspirados na estrutura do cérebro, que apresentam características humanas como o aprendizado por experiência e a generalização do conhecimento a partir dos exemplos apresentados. Estas características permitiram, em estudos preliminares, a utilização das redes neurais na previsão da carga última de vigas de aço sujeitas a cargas concentradas. A Lógica Nebulosa tem como objetivo modelar o modo aproximado de raciocínio, tentando imitar a habilidade humana de tomar decisões racionais em um ambiente de incerteza e imprecisão. Deste modo, a Lógica Nebulosa é uma técnica inteligente que fornece um mecanismo para manipular informações imprecisas, como conceitos de esbeltez, compacidade, flexibilidade e rigidez, além de estabelecer limites mais graduais entre os fenômenos físicos do problema. Os Algoritmos Genéticos foram inspirados no princípio Darwiniano da evolução das espécies (sobrevivência dos mais aptos e mutações) e na genética. São algoritmos probabilísticos, que fornecem um mecanismo de busca paralela e adaptativa, e têm sido empregados em diversos problemas de otimização. Este trabalho é a continuação do estudo desenvolvido na dissertação de mestrado (Fonseca, 1999) e tem o objetivo de propor um sistema de avaliação do comportamento estrutural de cargas concentradas, através de uma identificação da influência dos diversos parâmetros na carga e nos tipos de comportamento resultantes (plastificação, enrugamento e flambagem global), estabelecendo limites mais flexíveis entre cada um destes. Esta análise será executada empregando um sistema neuro- fuzzy (híbrido de redes neurais e de lógica nebulosa). Para viabilizar esta análise, torna-se necessária a apresentação de dados de treinamento onde o comportamento estrutural é conhecido. Este trabalho também apresenta um estudo de otimização das fórmulas de projeto existentes empregando algoritmos genéticos. Os resultados obtidos neste trabalho contribuem para, 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 engineering practice. In situations where the load application point is fixed, transversal web stiffeners can be used to provide an adequate 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 40% 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 and to the insufficient number of experiments found in literature. On the other hand, the structural collapse can be associated to: web yielding, web buckling, web crippling or by their combined influence. Despite this fact, no investigations were found in literature to access their partial of global influence on the beam patch load resistance Neural networks were inspired in the brain structure in order to present human characteristics such as: learning from experience; and generalization of new data from a current set of standards. Preliminary studies used the neural networks potential to forecast the ultimate load of steel beams subjected to concentrated loads. The main aim of Fuzzy Logic is to model the complex approximated way of inference, trying to represent the human ability of making sensible decisions when facing uncertainties. Thus, fuzzy logic is an artificial intelligence technique capable of generating a mechanism for treating inaccurate and incomplete information such as: slenderness, flexibility and stiffness, still being capable of establishing gradual boundaries among the physical phenomena involved. Genetic algorithms are inspired on the Darwins principle of the species evolution and genetics. They are probabilistic algorithms that generate a mechanism of parallel and adaptive best fit survival principle and their reproduction and have been long used in several optimisation problems. This work extends the research developed in a previous MSc. program (Fonseca, 1999) and intends to evaluate and investigate the structural behaviour of steel beams subjected to concentrated loads, identifying the influence of several related parameters. This will be achieved by the use of a neuro-fuzzy system, able to model the intrinsic relationships between the related parameters. The proposed system aim is to relate the physical and geometrical variables that govern the ultimate load with its associated physical behaviour (web yielding, web crippling and web buckling), being capable of establishing gradual boundaries among the physical phenomena involved. This investigation was focused on the development of a neuro fuzzy system. The proposed neuro fuzzy system was trained with data where the collapse mechanism were properly identified validating its results. This investigation also presents a study of patch load design formulae optimization based on genetic algorithm principles. The obtained results may help the future development of a more accurate design formula, that could be incorporated in steel structures design codes, allowing a safer and economical design.

[pt] Estruturas cada vez mais esbeltas têm sido usadas para otimizar edifícios de grande porte e reduzir custos, inclui-se nisto o pé-direito das edificações e portanto a altura das vigas. Grandes vãos são cada vez mais comuns, principalmente quando se utiliza aço em edificações, gerando então amplos espaços de serviço em uma direção, mas obstáculos na outra pela continuidade das vigas. A utilização de aberturas na alma das vigas para passagem de tubulações de ar-condicionado, incêndio, etc., evita um acréscimo na altura. Em consequência há uma grande diminuição da capacidade resistente nestes elementos estruturais que dependem diretamente da forma, do tamanho e da posição destas aberturas. A presente dissertação descreve alguns métodos construtivos de aberturas em almas de vigas de aço, cálculos de dimensionamentos e normas relacionadas. Alguns estudos numéricos com aplicações do método dos elementos finitos foram realizados investigando: angulação de aberturas hexagonais, vigas com três aberturas nos terços médios, vigas casteladas (tipo Litzka, com quantidades diferentes de aberturas), vigas expandidas em altura e uma viga Litzka Expandida. Para tal, utilizou-se de seis perfis de uso prático e comparando-os entre estas alternativas descritas. A viga Litzka Expandida se destacou em resistência quando comparada com outros métodos de fabricação, como também pelo menor peso linear, praticidade na fabricação e posicionamento das aberturas. / [en] More slender structures are used in order to reduce costs, floors depht and floor to ceiling clear heights. Steel construction and composite construction for buildings often employs long spans for beams and girders, offering service room between beams in one direction only. The use of web openings for passage of service ducts avoids increasing the depth of construction. Beams with web openings have reductions on flexural and shear resistances depending on the geometry, size and position of such openings on the beam. This dissertation presents some construction methods of beam web openings, analysis and design recommendations, related standards and codes. Some numerical studies by the finite elements method were carried out and results are presented for: type of openings, number and spacing of openings, castelled beams (Litzka type and nonuniform distribution of openings) and expanded in depth beams. For this purpose, six commonly used profiles were used for testing the described web openings solutions. Some comparison results are presented. The Litzka type of web expanded beam presented the best performance in terms of strength, easy of fabrication and reduction of material costs.