Segundo a legislação brasileira, as estruturas de concreto armado devem ser verificadas em situação de incêndio, de modo a assegurar a capacidade portante para permitir a fuga dos usuários e o combate ao fogo com segurança e minimizar a propagação do incêndio para outros compartimentos. Para estruturas de concreto armado, especial atenção deve ser dada aos pilares. A redução da capacidade portante desses elementos é significativa em situação de incêndio e seu colapso pode resultar na instabilidade global da estrutura em certos casos. O cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado, em fase de projeto, é feito normalmente usando métodos simplificados dados pelas normas técnicas. Esses métodos possuem campos de validade limitados e podem apresentar resultados excessivamente seguros (antieconômicos) e em alguns casos contra a segurança. Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta computacional para o cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado em situação de incêndio, dados os campos de temperaturas simétricos na seção transversal em função do tempo de exposição ao incêndio-padrão. O cálculo do pilar foi baseado no método da estimativa da curvatura dado pelo Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). A seção transversal foi discretizada em elementos (concreto e aço), na qual as deformações térmicas e as propriedades termomecânicas de cada elemento foram calculadas de acordo com sua temperatura. O método da estimativa da curvatura permite ainda considerar os efeitos da não linearidade geométrica, que geralmente se tornam importantes devido à redução da rigidez do pilar sob temperaturas elevadas. Foram modelados pilares sob flexão normal composta considerando a seção transversal aquecida de forma simétrica. Os resultados do programa foram comparados a resultados de ensaios de laboratórios internacionais, com o objetivo de validar as hipóteses de cálculo adotadas. / According to Brazilian Codes, reinforced concrete structures must be verified under high temperatures, in order to assure the load bearing capacity to allow the safe evacuation of the users and the fire fighting and to reduce the fire spread to other compartments. For reinforced concrete structures, the columns must be analyzed carefully. The significant reduction in the load bearing capacity of reinforced concrete columns in fire can lead to collapse, which could result in global instability of the structure in some cases. The calculation of the fire resistance time of reinforced concrete columns, in the design phase, is usually done by means of simplified methods given by the standards. These methods are very limited and can result in excessively safe solutions (uneconomical) or unsafe solutions in some cases. A computational tool was developed for calculating the fire resistance time of reinforced concrete columns in fire, given symmetrical temperature fields in cross section as a function of exposure time to standard fire. The calculation method was developed using the method based on estimation of curvature given by Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). The cross section was divided into elements (concrete and steel), in which the thermal strain and thermomechanical properties of each element were calculated according to its temperature. The mechanical behavior of the column under uniaxial bending considered the geometrically nonlinear effects of the structure, which generally become important due to reduced stiffness of the column at elevated temperatures. The results of the numerical analysis and experimental results of full-scale laboratory fire tests on concrete columns performed by international researchers were compared in order to validate the main hypothesis adopted.

Nas últimas décadas, considerável evidência tem sido direcionada no desenvolvimento de métodos computacionais que analisam os comportamentos não lineares das estruturas. O método da corda é considerado o tipo de método de seguimento de trajetórias que possui a técnica mais comum e versátil para analisar tais comportamentos não lineares. No entanto, testes realizados pelos autores concluem que tais métodos ainda apresentam algumas dificuldades quando as estruturas possuem formas complexas e comportamentos fortemente não lineares. Devido a isso, o objetivo do trabalho em questão é acrescentar duas modificações ao método da corda, a fim de desenvolver um modelo mais seguro e estável. A esses métodos, inclui-se (i) uma equação alternativa para o passo previsor, que tornará o método mais estável ao ultrapassar pontos críticos; e (ii) um parâmetro de controle, que através do conceito de soma dos comprimentos de corda, é chamado de método da corda acumulado. Ao final, por consequência destas alterações, um procedimento mais robusto para o método da corda é obtido. Sua validação é apresentada, pelos autores, através de exemplos utilizando estruturas treliçadas (bidimensionais e tridimensionais) em um programa de simulação numérica desenvolvida. / In the last decades, a considerable effort has been directed to develop of computational methods to analyze the nonlinear behavior of structures. The arc-length method is considered the type of path following method which have the most common and versatile techniques for analyzing such nonlinear behaviors. Nevertheless, tests performed by the authors conclude that such methods present some difficulties when the structures possess complex shapes and strongly nonlinear behaviors. Due to this, the purpose of the present work is to add two amendments to the arc-length method, in order to develop a model safer and more stable. In such methods, it is included (i) an alternative equation for the predictor step, that will make the method most stable to overcoming critical points, and (ii) a control parameter, through the concept of sum of the arc length up to now, referred to as accumulated arc-length method. By the end, as a result of these modifications, a more robust procedure for the method of the string is obtained. And its validation is presented by the authors through examples using truss structures in a two-dimensional and three-dimensional numerical simulation program developed.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-08-04T12:13:43Z No. of bitstreams: 1 137164.pdf: 1880313 bytes, checksum: 378297a924c3eee8ba94f3701e4a1d73 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-04T12:13:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 137164.pdf: 1880313 bytes, checksum: 378297a924c3eee8ba94f3701e4a1d73 (MD5) Previous issue date: 1974-12 / O processo semi-analítico em elementos finitos é aqui utilizado na análise estática linear de estruturas tridimensionais particulares. É dada ênfase à análise de estruturas de pontes, de seções transversais arbitrárias e de eixos reto, circular ou oblíquo, tendo ou não transversinas intermediárias e com extremos apoiados. As variações, tanto das características dos materiais quanto da geometria do sólido, segundo o eixo da estrutura, são conseguidas representando por séries as variações das propriedades mecânicas dos materiais. Além das propriedades dos materiais, também são representadas por expansões em séries de FOURIER da coordenada segundo o eixo da estrutura, todas as demais variáveis dependentes. Devido ao desenvolvimento em série das variações das propriedades mecânicas, o sistema de equações resultante torna-se completamente acoplado e necessita ser resolvido simultaneamente. Grupando todos os coeficientes de FOURIER em cada ponto nodal, consegue-se tornar com características de faixa, a matriz de rigidez acoplada da estrutura. A solução do sistema é obtida pelo Método de Gauss, em blocos. Apresenta-se um programa automático e sua aplicação a alguns exemplos. / In this dissertation it is presented a numerical analysis of tridimensional structures, using the semi-analytical finite element process. The analysis is focused on simple supported, curved, skew or retangular bridges with arbitrary cross section. The analysis allows the consideration of diaphragms. The mechanical properties are expanded into FOURIER series, allowing for variations in the material and geometric characteristics of the structure. Besides the mechanical properties, all the other dependent variables are also expanded into FOURIER series. As a consequence of the series expansion of the mechanical properties, the system of equations becomes fully coupled and must be solved simultaneously. By grouping all FOURIER coefficients together at each nodal point the structural stiffness matrix, that results from the coupling between the harmonics, can be banded. The solution of the system of linear equations is obtained by the Gaussian elimination method, employing a block solver. A computer program is presented and applied to some examples.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-08-11T17:28:19Z No. of bitstreams: 1 135349.pdf: 1219969 bytes, checksum: 50e8b1e7731fbd5a2f1ab6ee295c5a7b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-11T17:28:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 135349.pdf: 1219969 bytes, checksum: 50e8b1e7731fbd5a2f1ab6ee295c5a7b (MD5) Previous issue date: 1974-06 / Apresenta-se um método interativo para a determinação das cargas críticas de flambagem de estruturas reticuladas planas e espaciais. São levados em consideração na análise dois efeitos: as forças axiais afetando a matriz de rigidez dos elementos e as variações de geometria da estrutura, decorrentes de grandes deslocamentos. Elaborou-se um programa automático em linguagem FORTRAN II, ilustrando-se a sua aplicação com alguns exemplos numéricos. / An iteration procedure is presented to determine the buckling loads of plane and space framed structures taking into account non-linear behavior. Two effects are included in the analysis: the axial forces on the member stiffness matrix and the changes of geometry caused by large displacements. A computer program writed in FORTRAN II is presented and numerical examples are included to illustrate the application.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-06T13:37:47Z No. of bitstreams: 1 141780.pdf: 1801784 bytes, checksum: 9f0b536c7bc656f6741e3e62f2d72cc8 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-06T13:37:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 141780.pdf: 1801784 bytes, checksum: 9f0b536c7bc656f6741e3e62f2d72cc8 (MD5) Previous issue date: 1976-02 / Representa um passo a mais dentro de um estudo mais teórico e aprofundado sobre estruturas planas de concreto armado. É apresentado um programa para análise de pórticos planos de concreto armado em que dois tipos de não linearidades são levados em conta: 1) Não linearidade geométrica: é tratada aqui, levando-se em consideração os efeitos de segunda ordem decorrentes da interação axial flexão; 2) Não linearidade física: consiste em considerar as características físicas dos materiais (concreto e aço), tendo em vista as recomendações CEB-FIP. O programa foi desenvolvido para barras de eixo reto de seção qualquer (simétricas em relação ao plano da estrutura) e com qualquer distribuição de armadura. Quanto as suas aplicações, podemos utilizá-lo para uma análise de esforços e deslocamentos mediante um carregamento definido, bem como, para uma pesquisa da capacidade de carga, na qual seu comportamento não linear é analisado para cada intensidade de carregamento, até que seja atingida a carga máxima admitida pela estrutura. Estão incluídos, ao final do trabalho, alguns exemplos e comparações com outros métodos do gênero, bem como algumas observações a respeito da consideração dos efeitos da fluência no concreto sob carga de longa duração. / This work is a further step into a more theoretical and profound study on reinforced concrete structures. A program is presented for analysis of reinforced concrete plane frames, where two different types of non linearities are dealt with: 1) Geometrical non linearity: considering the second-order effects, resulting from axial-flexural interaction; 2) Physical non linearity: considering the physical characteristics of materials (concrete and steel), through the approach adopted by the CEB-FIP recommendations. This program was developed for straight members, with any cross-section (symmetrical to the structure plane), and with any reinforcement distributions. As for its applicability, it may be employed for an analysis of forces and displacements for a definite loading, as well as for a research on load-bearing capacity, in which its non linear performance is analysed for each loading intensity, until the structure maximum load-bearing capacity is obtained. At the end of this study, a few examples and comparisons with other approaches of the sort are included, as well as some remarks on the effects of creep in concrete under sustained loads.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-19T13:37:24Z No. of bitstreams: 1 146156.pdf: 1836282 bytes, checksum: 4d1968601e24b62c35be46bccf70ed61 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-19T13:37:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 146156.pdf: 1836282 bytes, checksum: 4d1968601e24b62c35be46bccf70ed61 (MD5) Previous issue date: 1977-07 / Neste trabalho, aplica-se o método dos elementos finitos à análise do comportamento não-linear geométrico de estruturas laminares, sob ação de cargas estáticas e dinâmicas. Dois tipos de formulação são estudadas. Na primeira, através de elementos degenerados de elementos isoparamétricos, utiliza-se diretamente a teoria da elasticidade tridimensional, não introduzindo restrições quanto à grandeza das deformações. A outra, derivada das equações de von Kármán para grandes deflexões de estruturas delgadas, é específica para problemas de pequenas deformações. Resultados de diversas análises são apresentados. Discutem-se vantagens e limitações das aproximações desenvolvidas e eficiência dos modelos implementados. / ln this work, the finite element method is applied to problems involving the geometrically non-linear behaviour of surface structures, subjected to static and dynamic loads. Two kinds of formulations are studied. ln the first one, through isoparametric degenerated elements, the tridimensional theory of elasticity is directly used. There are no restrictions for the magnitude of the deformations. The other one, derived from the von Kármán strain expressions for large deflections of thin plates, is limited to problems involving small deformations. Results from several analysis are presented. Advantages and limitations of the developed aproximations are discussed, as well as the efficiency of the implemented models.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-29T13:09:07Z No. of bitstreams: 1 149231.pdf: 3021284 bytes, checksum: 534bb196af08597a3b9425f50b9ff9b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T13:09:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 149231.pdf: 3021284 bytes, checksum: 534bb196af08597a3b9425f50b9ff9b7 (MD5) Previous issue date: 1978-12 / O presente trabalho objetiva o desenvolvimento e comparação das formulações Lagrangeana e Lagrangeana Atualizada para a análise não-linear geométrica e física de treliças espaciais, além da apresentação e confronto de diversos métodos de solução de equações não-lineares. Estas formulações, juntamente com duas de outros autores, são implementadas no programa ANALITE. As formulações Lagrangeana e Lagrangeana Atualizada são desenvolvidas a partir dos princípios gerais da mecânica do contínuo. Possibilitam a análise não-linear de grandes deslocamentos e deformações. A estrutura é discretizada pelo método dos elementos finitos, modelo deslocamento. A solução do sistema de equações não-lineares pode ser efetuada por diversos processos incrementais: iterativos tipo Newton (Neton-Raphson e Newton-Raphson modificado), incremental convencional, incremental modificado, incremental autocorretivo de primeira ordem e de integração numérica (Runge-Kutta de quarta ordem e "predictor-corrector" de Hamming). Vários exemplos comparando as diversas possibilidades do programa são apresentados e comentados. / The main objective of this work is to examine the numerical performance of the Total Lagrangean and Updated Lagragean formulations for geometrically and materially nonlinear analysis of space trusses, and the most commonly used nonlinear equation solution algorithms. These formulations, and two others; are implemented in the ANALITE program. The Total Lagrangean and Updated Lagrangean formulations are developed based on general principles of continuum mechanics. They make possible the nonlinear analysis of large displacements and large deformations. The structure is discretizeted by the finite element method, using the displacement model. The solution of the nonlinear equation system can be carried out by several incremental procedures: Newton iteration type (Newton-Raphson and modified Newton-Raphson), conventional incremental, improved incremental, first-order self-correcting incremental, and some numerical integration techniques (fourth-order Runge-Kutta and Hamming's predictor-corrector). Several examples comparing the different possibilities of the program are presented and commented.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-29T14:33:02Z No. of bitstreams: 1 150109.pdf: 3374001 bytes, checksum: 312e0f38069763b9fc4bb68fbcc666bd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T14:33:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 150109.pdf: 3374001 bytes, checksum: 312e0f38069763b9fc4bb68fbcc666bd (MD5) Previous issue date: 1979-02 / Numa análise estática, podemos encontrar os deslocamentos, tensões e deformações de uma estrutura sujeita a quaisquer solicitações através da fatoração de sua matriz de rigidez. Um dos processos mais conhecidos é a decomposição numa matriz triangular superior, o fator de Cholesky. Apresenta-se aqui um processo em que, através da fatoração da matriz de rigidez do elemento, obtém-se um fator representativo do sistema estrutural e, então, o fator de Cholesky. Os resultados obtidos através do programa de computador desenvolvido, mostraram a maior precisão deste processo e as vantagens de sua utilização em estruturas mal condicionadas. As ideias básicas desta formulação foram desenvolvidas na Alemanha pelos autores do sistema ASKA. No presente trabalho, estudamos, programamos e sugerimos caminhos para aplicação deste processo. Implementamos o cálculo automático dos elementos de treliça, pórtico plano e elementos finitos triangulares para o estado plano. / In a static analysis the unknowns may be found by rneans of obtaining a factor of the stiffness matrix of the structure. The most popular solution method involves the transformation of this matrix into an upper triangular matrix, the Cholesky factor. Here, it is shown how this factor may be obtained directly from the factor of the elemental stiffness matrix and a representative factor of the structural matrix. The results from the computers program which was developed for the new method have garanteed its precision and the advantage of employing it to solve ill-conditioned problems. The basic ideas of this formulation were developed in Germany by other authors for the ASKA system. These ideas have been worked up here, an automatic program has been obtained for bearn and triangular finite elements and some suggestions are given for the further development of the new method.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-10-09T12:42:44Z No. of bitstreams: 1 150332.pdf: 2963671 bytes, checksum: 3c78186429fe82b6f5fd8d7542207a4d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-09T12:42:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 150332.pdf: 2963671 bytes, checksum: 3c78186429fe82b6f5fd8d7542207a4d (MD5) Previous issue date: 1979-03 / Apresenta um programa automático para a análise não-linear de estruturas reticuladas espaciais de concreto armado, compreendendo tanto a verificação de uma estrutura sob a ação de um carregamento definido, como a pesquisa de sua capacidade de carga para uma dada disposição de cargas. Em sua elaboração foram levados em conta além da não-linearidade dos diagramas tensão-deformação dos materiais (não-linearidade física), os efeitos de segunda ordem decorrentes da interação axial flexão (não-linearidade geométrica). No caso de estruturas solicitadas à torção, combinada ou não com outros esforços, são considerados os efeitos da torção de maneira aproximada, tendo por base o modelo da treliça espacial, adotado pelo C.E.B. Em sua parte final o trabalho apresenta exemplos de aplicação do programa e comparações com outros métodos de análise e pesquisas experimentais. Estão incluídos, também, comentários sobre os resultados obtidos e sugestões para aprimoramento deste trabalho. / Present an automatic program for non-linear analysis of spacial frames of reinforced concrete, including verification of structures under definite loading and research on its load-bearing capacity for a given disposition of loads. On its development are considered both the non-linearity of the stress-strain diagrams of the materials (physical non-linearity) and the second order effects of the axialflexural interaction (geometrical non-linearity). ln the case of structure loaded by torsion, combined or not with others efforts, the effects of torsion are considered on an approximative way, based on the spacial truss model, adopted by the C.E.B. The final part presents some examples of application of the automatic program and some comparisons with others methods of analysis and experimental investigations. Some comments about the results obtained and suggestions for more advanced studies in the future are also included.

Segundo a legislação brasileira, as estruturas de concreto armado devem ser verificadas em situação de incêndio, de modo a assegurar a capacidade portante para permitir a fuga dos usuários e o combate ao fogo com segurança e minimizar a propagação do incêndio para outros compartimentos. Para estruturas de concreto armado, especial atenção deve ser dada aos pilares. A redução da capacidade portante desses elementos é significativa em situação de incêndio e seu colapso pode resultar na instabilidade global da estrutura em certos casos. O cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado, em fase de projeto, é feito normalmente usando métodos simplificados dados pelas normas técnicas. Esses métodos possuem campos de validade limitados e podem apresentar resultados excessivamente seguros (antieconômicos) e em alguns casos contra a segurança. Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta computacional para o cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado em situação de incêndio, dados os campos de temperaturas simétricos na seção transversal em função do tempo de exposição ao incêndio-padrão. O cálculo do pilar foi baseado no método da estimativa da curvatura dado pelo Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). A seção transversal foi discretizada em elementos (concreto e aço), na qual as deformações térmicas e as propriedades termomecânicas de cada elemento foram calculadas de acordo com sua temperatura. O método da estimativa da curvatura permite ainda considerar os efeitos da não linearidade geométrica, que geralmente se tornam importantes devido à redução da rigidez do pilar sob temperaturas elevadas. Foram modelados pilares sob flexão normal composta considerando a seção transversal aquecida de forma simétrica. Os resultados do programa foram comparados a resultados de ensaios de laboratórios internacionais, com o objetivo de validar as hipóteses de cálculo adotadas. / According to Brazilian Codes, reinforced concrete structures must be verified under high temperatures, in order to assure the load bearing capacity to allow the safe evacuation of the users and the fire fighting and to reduce the fire spread to other compartments. For reinforced concrete structures, the columns must be analyzed carefully. The significant reduction in the load bearing capacity of reinforced concrete columns in fire can lead to collapse, which could result in global instability of the structure in some cases. The calculation of the fire resistance time of reinforced concrete columns, in the design phase, is usually done by means of simplified methods given by the standards. These methods are very limited and can result in excessively safe solutions (uneconomical) or unsafe solutions in some cases. A computational tool was developed for calculating the fire resistance time of reinforced concrete columns in fire, given symmetrical temperature fields in cross section as a function of exposure time to standard fire. The calculation method was developed using the method based on estimation of curvature given by Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). The cross section was divided into elements (concrete and steel), in which the thermal strain and thermomechanical properties of each element were calculated according to its temperature. The mechanical behavior of the column under uniaxial bending considered the geometrically nonlinear effects of the structure, which generally become important due to reduced stiffness of the column at elevated temperatures. The results of the numerical analysis and experimental results of full-scale laboratory fire tests on concrete columns performed by international researchers were compared in order to validate the main hypothesis adopted.