CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / A nÃo linearidade fÃsica e geomÃtrica tem grande influÃncia sobre o comportamento estrutural de edifÃcios de concreto prÃ-moldado com ligaÃÃes semirrÃgidas, principalmente no que diz respeito a sua estabilidade global. Apesar disto, a maioria dos estudos sobre a estabilidade global de edifÃcios com ligaÃÃes semirrÃgidas à baseada no uso de anÃlises lineares, com os efeitos nÃo lineares sendo considerados atravÃs de mÃtodos simplificados. Assim, este trabalho visa estudar a estabilidade depÃrticos planos de concreto prÃ-moldado considerando o efeito das ligaÃÃes semirrÃgidas e a nÃo linearidade geomÃtrica e fÃsica. As ligaÃÃes sÃo modeladas atravÃs de um elemento finito de ligaÃÃo desenvolvido e implementado neste trabalho. A nÃo linearidade geomÃtrica à tratada atravÃs do uso de um elemento de pÃrtico plano baseado na formulaÃÃo corrotacional. A nÃo linearidade fÃsica à considerada utilizando as curvas tensÃo-deformaÃÃo da NBR 6118:2003 para aÃo e o concreto. A integraÃÃo dos esforÃos à realizada atravÃs do MÃtodo das Fatias,implementado neste trabalho. As formulaÃÃes e implementaÃÃes foram validadas utilizando resultados disponÃveis na literatura. A influÃncia da rigidez das ligaÃÃes sobre a estabilidade global, incluindo deslocamentos e esforÃos, foi estudada utilizando anÃlises lineares e nÃo lineares. Verificou-se que o aumento da rigidez das ligaÃÃes reduz sensivelmente os deslocamentos laterais e efeitos de 2 ordem de pÃrticos de concreto prÃ-moldado, mostrando que as ligaÃÃes semirrÃgidas podem ser utilizadas como alternativa para garantir a estabilidade global. Verificou-se ainda que o parÃmetro γz à uma ferramenta satisfatÃria para avaliar deslocamentos e momentos fletores na maioria dos casos, principalmente para ligaÃÃes com maior rigidez. / The material and geometric nonlinearity has a strong influence on the structural stability of precast concrete buildings with semi-rigid connections. However, most studies about the global stability of such buildings are based on linear analyses, with the nonlinear effects being evaluated using approximate methods. Therefore, this work aims to assess the effect of the connection stiffness in the stability of precast concrete plane frames considering the geometric and material nonlinearities. The semi-rigid connections are modeled using a connection element developed and implemented in this work. The geometric nonlinearity due to large displacements is accounted for using plane frame elements based on the co-rotational formulation. The material nonlinearity is considered using the steel and concrete stress-strain curves of the NBR 6118:2003 standard. The stress integration is carried-out using the fiber method, implemented in this work. The formulations and implementations performed in this work were verified and validated using results available in the literature. After that, the influence of the connection stiffness on the global stability was studied using linear and nonlinear analyses. The results showed that the increase of connection stiffness greatly reduced the lateral displacementsand the second-order effects of precast concrete frames, indicating that semi-rigid connections are an alternative to avoid stability problems of precast concrete frames. It was also concluded that the parameter γz generally leads to accurate displacements and bending moments, especially for frames with high stiffness connections.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Materiais compÃsitos vem sendo amplamente estudados devido aos seus inÃmeros benefÃcios em relaÃÃo aos materiais metÃlicos, principalmente a elevada razÃo resistÃncia/peso, bom iso-lamento tÃrmico e boa resistÃncia à fadiga. CompÃsitos laminados, foco do presente trabalho, sÃo produzidos pelo empilhamento de um conjunto delÃminas, cada uma composta de fibras unidirecionais ou bidirecionais imersas em uma matriz polimÃrica. As estruturas de materiais compÃsitos apresentam comportamento nÃo linear, tanto fÃsico quanto geomÃtrico. Devido à elevada resistÃncia, estruturas de material compÃsito tendem a ser bastante esbeltas, podendo apresentar grandes deslocamentos e problemas de estabilidade. Adicionalmente, a consideraÃÃo da nÃo linearidade fÃsica tambÃm à importante para a simulaÃÃo de falha de estruturas laminadas. Um dos modos de falha mais importantes destas estruturas à a delaminaÃÃo, que consiste no descolamento de duas lÃminas adjacentes. No projeto de estruturas laminadas, o MÃtodo dos Elementos Finitos à a ferramenta de anÃlise mais utilizada devido a sua robustez, precisÃo e relativa simplicidade. Afim de permitir a anÃlise nÃo linear de estruturas laminadas submetidas a grandes deslocamentos, foi desenvolvida neste trabalho uma formulaÃÃo de elementos finitos sÃlidos laminados baseados na abordagem Lagrangiana Total. A simulaÃÃo do inÃcio e propagaÃÃo da delaminaÃÃo foi realizada neste trabalho utilizando Modelos de Zona Coesiva. Para este fim, foi desenvolvida uma formulaÃÃo de elementos isoparamÃtricos de interface com espessura nula e utilizados diferentes modelos constitutivos para representar a relaÃÃo entre as tensÃes e os deslocamentos relativos das faces da trinca coesiva, incluindo tanto o caso de modo I puro quanto de modo misto. As formulaÃÃes desenvolvidas neste trabalho foram implementadas no software de cÃdigo aberto FAST utilizando afilosofiade ProgramaÃÃo Orientada a Objetos. Estas implementaÃÃes sÃo apresentadas utilizando as convenÃÃes da UML. VÃrios exemplos foram utilizados para verificar e validar as implementaÃÃes realizadas. Excelentes resultados foram obtidos utilizando elementos sÃlidos laminados na anÃlise de estruturas de casca, mesmo empregando malhas com apenas um elemento sÃlido na espessura. No que diz respeito à delaminaÃÃo, verificou-se que o uso de Modelos de Zona Coesiva requer muito cuidado na escolha dos parÃmetros utilizados na anÃlise, principalmente no que diz respeito à relaÃÃo tensÃo-deslocamento relativo, tamanho dos elementos e mÃtodo de integraÃÃo numÃrica. Contudo, utilizando-se a integraÃÃo de Newton-Cotes e elementos de interface de tamanho adequado, obteve-se uma concordÃncia muito boa com resultados teÃricos e experimentais disponÃveis na literatura. De forma geral,verificou-se que o modelo coesivo exponencial apresenta maior robustez e eficiÃncia computacional que o modelo bilinear. / Composite materials has been widely studied thought the years because of it benefits compared to metals (elevated resistance/weight ratio, good thermal isolation and good fatigue resistance). Laminate composites are the focus of this work. Produced by stacked layers of fibers embed- ded on polymeric matrices, structures of composite materials presents material and geometrical non-linear behavior. Because of it elevated resistance, composite materials allow designers to create very slender structures which might present large displacements and stability problems. Additionally, considering material non-linearity is also important for collapse simulation of la- minated structures. One of the most important failure modes on laminated structures is delami- nation. Delamination is the detachment of adjacent layers. On laminated structures simulation, the Finite Element Method is one of the most used analysis tool. It is a robust, precise and relative simple operating tool. Intending analyzing non-linear behavior of laminated structures subjected to large displacements, was developed on this work a laminated solid finite element formulation based on Full Lagrangian formulation. Simulation of delamination beginning and propagation was developed on this work using Cohesive Zone models. To achieve this goal, an isoparametric formulation of interface finite elements without thickness and many constitutive models to represent the relation tension à displacement jump (relative displacement between crack faces) were developed. These models consider pure mode I and mixed mode. The formu- lations developed on this work were implemented on the open source finite element code FAST using Oriented Object Programing philosophy. These implementations are presented on UML conventions. Many examples were tested for verifying and validating all the implementations. Excellent results were obtained using laminated solid elements on the analysis of a shell struc- ture, even using meshes with only one element though thickness. On the delamination analysis, was verified that Cohesive Zone Models are very sensible related to the parameters used on the analysis, mainly tension à displacement jump model, size of elements and numerical integra- tion. Spite of it, using Newton-Cotes integration and interface elements of appropriate size, good agreements were obtained compared with theoretical results obtained on literature. In general, was observed that cohesive exponential model presents greater robustness and compu- tational efficiency than bilinear model.