Orientadores: Maria Cecilia Amorim Teixeira da Silva, Mario Conrado Cavichia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-27T11:54:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bandini_PedroAlexandreConde_M.pdf: 4052076 bytes, checksum: d472c46210a38be12152d6d9d5366659 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A fim de atender a requisitos de Estados Limites de Serviço, uma estrutura de concreto deve satisfazer critérios, dentre eles o controle de deslocamentos excessivos. As normas de projeto de estruturas de concreto estabelecem limites máximos para flechas em vigas que devem ser verificados em etapa de projeto. Portanto, métodos que estimem os deslocamentos em vigas de concreto armado de maneira satisfatória devem ser utilizados por engenheiros estruturais com o intuito de se projetar estruturas que atendam às condições de segurança e de serviço. No presente trabalho foram desenvolvidos e implementados os procedimentos numéricos FLECHA-0 e FLECHA-T que permitem analisar o comportamento de vigas de seção retangular, bi-apoiadas, de concreto armado submetidas à flexão simples. Os procedimentos consideraram a não-linearidade física para o cálculo de flecha imediata e flecha total, nesta sendo também considerados os efeitos de fluência e retração. Adotou-se a análise da seção transversal em camadas para integração das tensões e obtenção dos esforços internos. A consideração da não-linearidade física foi introduzida através do emprego de modelos constitutivos adequados para concreto e aço, e a colaboração do concreto entre fissuras foi considerada através de modelo de tension-stiffening para o concreto tracionado pós-fissuração em região de tração efetiva. A análise de efeitos diferidos de fluência e retração foi desenvolvida mediante emprego de método para cálculo de curvatura em elementos fletidos. Os procedimentos numéricos foram implementados computacionalmente e foram validados através da comparação com resultados experimentais de vigas ensaiadas à flexão obtidos por outros pesquisadores. Também foram avaliadas as recomendações referentes ao cálculo de flecha em vigas apresentadas pelas normas brasileira e europeia. Devido aos resultados obtidos na análise comparativa a modelos experimentais, procedeu-se uma investigação da influência da taxa de armadura de tração no procedimento para cálculo de flecha imediata em vigas recomendado pela norma brasileira de projeto de estruturas de concreto. Os resultados obtidos pelos procedimentos numéricos desenvolvidos no presente trabalho (FLECHA-0 e FLECHA-T) foram satisfatórios comparados aos experimentais e indicaram que estes podem ser empregados em situações de projeto para verificação de Estado Limite de Serviço de Deformações Excessivas em vigas de concreto armado do grupo I de resistência. A análise da influência da taxa de armadura de tração indicou que pode existir uma limitação ao uso do procedimento recomendado pela norma brasileira para o cálculo de flecha imediata em vigas com taxa de armadura inferior de tração a 0,50% / Abstract: In order to satisfy Serviceability Limits States requirements, a concrete structure must fulfill some criteria; among them is the deflection control. Guidelines for the design of concrete structures set maximum limit to the deflection of beams which ought to be verified at the design stage. Therefore, methods which are able to estimate deflection of reinforced concrete beams satisfactorily should be used by the structural designer in order to design a RC structure that meet safety and serviceability specifications. This work presents the development of numerical procedures called FLECHA-0 and FLECHA-T that allow the assessment of instaneous and long-term (considering creep and shrinkage effects) deflections, respectivly, on reinforced concrete simply supported rectangular beams subjected to bending. A section analysis approach was adopted for the integration of stresses to obtain bending moment and axial load acting on the section and material nonlinearities were introduced by the application of adequate constitutive relations for concrete and steel. The collaboration of concrete in tension between cracks was considered by a tension-stiffening model for post-cracking concrete under tension. The numerical procedures were implemented and their efficiencies were verified by the comparison to experimental results of tested RC beams under bending. Specifications related to the subject, established by the Brazilian and European standards guidelines were also investigated. Due to the results gathered in the comparative analysis to experimental data, an investigation was perfomed to assess the influence of the tension reinforcement ratio on the procedure to estimate instantaneous deflection in beam recommended by the Brazilian concrete structures design standards. The results obtained by the numerical procedures developed in the present work (FLECHA-0 and FLECHA-T) showed to be satisfactory and indicate that such procedures are able to be applied at design situations for the assessment of Deflection Control Serviceability Limit State in reinforced concrete beams of the strength group I. The analysis of the influence of the tension reinforcement ratio indicated that a limitation may exist in the procedure recommended by the Brazilian standards when applied to estimate instantaneous deflection of beams with tension reinforcement ratio lower than 0.50% / Mestrado / Estruturas e Geotécnica / Mestre em Engenharia Civil

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lilian pureza.pdf: 2774999 bytes, checksum: 2a074d04ee02c7e1c87fdbe8c2c68ef6 (MD5) Previous issue date: 2006-10-20 / The aim of this work is to present a formulation and corresponding computational implementation for sizing optimization of plane frames and cable-stayed columns considering geometric non liner behavior. The structural analysis is based on the finite element method using the updated lagrangian approach for plane frame and cable elements, which are represented by plane truss elements. The non linear system is solved by the Newton-Raphson method coupled to load increment strategies such as the arch length method and the generalized displacement parameter method, which allow the algorithm to transpose any critical point that happen to appear along the equilibrium path. In the optimization process the design variables are the heights of the crosssection of the frame elements, the objective function represents the volume of the structure and the constraints impose limits to displacements and critical load. Lateral constraints impose limits to the design variables. The finite difference method is used in the sensitivity analysis of the displacement and critical load constraints. The optimization process is carried out using three different optimization strategies: the sequential quadratic programming algorithm; the interior points algorithm; and the branch and bound method. Some numerical experiments are carried out so as to test the analysis and the sensitivity strategies. Numerical experiments are presented to show the validity of the implementation presented in this dissertation. / O objetivo deste trabalho é a otimização de dimensões de pórticos planos e de colunas estaiadas planas pela minimização do volume da estrutura, considerando os efeitos da não-linearidade geométrica em seu comportamento. A formulação utiliza, para análise das estruturas, elementos finitos de pórtico e de treliça planos e referencial lagrangeano atualizado. O método de Newton-Raphson foi utilizado como estratégia para solução do sistema de equações não lineares. Foram acopladas estratégias especiais para ultrapassagem de pontos críticos que possam existir ao longo da trajetória de equilíbrio, tais como o comprimento de arco cilíndrico e o controle dos deslocamentos generalizados. Na otimização, as variáveis de projeto são as alturas das seções transversais dos elementos, a função objetivo é o volume do material e as restrições dizem respeito a limitações impostas a deslocamentos e à carga limite, além de limitações impostas aos valores das variáveis. A sensibilidade da função objetivo foi obtida por diferenciação direta e a sensibilidade das restrições pelo método das diferenças finitas. Foram utilizados o algoritmo de programação quadrática seqüencial, PQS, o algoritmo de pontos interiores, PI, e o algoritmo de Branch and Bound, B&B. São apresentados exemplos de validação das estratégias de análise não linear e da análise de sensibilidade, além dos exemplos de validação da formulação empregada para a otimização resolvidos pelos métodos implementados.

Este trabalho apresenta desenvolvimentos na modelagem mecânica de estruturas de barras em concreto armado, bem como no acoplamento entre modelos de confiabilidade e otimização do tipo RBDO para obtenção de dimensões ótimas, respeitando os requisitos de segurança especificados em projeto. Quanto à modelagem mecânica via Método dos Elementos Finitos (MEF), além do comportamento não-linear geométrico e dos materiais, foi considerada a contribuição dos mecanismos complementares de resistência ao cisalhamento, dados pelo engrenamento de agregados e efeito de pino das armaduras longitudinais. Além disso, um modelo simplificado que avalia a contribuição da armadura transversal também foi proposto. Foi desenvolvida uma formulação de otimização que deixa a posição da linha neutra livre, ao contrário de formulações existentes. Esta formulação resultou em projetos mais economicos dos que aqueles encontrados na literatura. Na questão do acoplamento de confiabilidade e otimização, foram exploradas melhorias no Método de Superfície de Resposta e no acoplamento direto via Método de Confiabilidade de Primeira Ordem e Técnica dos Gradientes Numéricos. Estas resultaram em maior precisão dos resultados e aumento na velocidade de convergência. Os modelos mecânicos, incluindo análise não-linear e mecanismos complementares, a formulação de otimização e as técnicas de confiabilidade foram implementados em um programa computacional para dimensionamento ótimo de elementos em concreto armado. O programa foi utilizado na resolução de vários problemas-exemplo. Verificou-se que a consideração dos mecanismos complementares de resistência ao cisalhamento produziram acréscimo na carga última, quando comparadas com as respostas sem tais efeitos. Verificou-se também que os mesmos mecanismos produziram um aumento, até mais significativo, nos índices de confiabilidade obtidos. As dimensões ótimas de elementos estruturais também foram comparadas, considerando-se modelos lineares e não-lineares dos materiais. O estudo mostrou que os custos da estrutura otimizada são menores, quando se considera os efeitos de comportamento não-linear dos materiais. / This work presents some developments in the mechanical modeling of reinforced concrete bar structures, as well in the coupling of reliability and RBDO optimization models, with the purpose of obtaining optimal dimensions considering the safety requirements specified in design. As for the mechanical modeling via Finite Element Method (FEM), in addition to geometrical and material nonlinear behaviors, the contribution of shear resistance complementary mechanisms (aggregate interlock and dowel action of longitudinal reinforcement) was taken into account. Moreover, a simplified model that evaluates the contribution of shear reinforcement was also proposed. In an improvement of existing formulations, an optimization scheme was developed which leaves the position of the neutral axis free. This improvement resulted in more economical cross-sections, than those found in the literature. With respect to the coupling of reliability and optimization methods, improvements were sought in the Response Surface Method and in the direct coupling via First Order Reliability and Numerical Gradients methods. These improvements resulted in greater precision and in increased convergence speed. The mechanical models, including non linear effects and complementary mechanisms , the optimization and reliability formulations were implemented in a computational code for the optimum design of reinforced concrete structures. The program was used to solve a number of example problems. It was found that the complementary mechanisms resulted in an increase of ultimate loads, when compared to the response obtained without these effects. These mechanisms also resulted in an even greater increase of the elements reliability. Optimal dimensions of the structural elements were also compared, considering linear and non-linear material models. The cost of the optimum structure was found to be smaller when non linear effects are taken into account.

A interação entre fluidos e estruturas caracteriza um problema multi-físico não linear e está presente numa grande variedade de áreas da engenharia. Este trabalho apresenta o desenvolvi mento de ferramentas computacionais com base no Método dos Elementos Finitos (MEF) para a análise de interação fluido-estrutura (IFE) considerando escoamentos com baixas velocidades. Dada a interdisciplinaridade do tema, se faz necessário o estudo em três diferentes assuntos: a dinâmica das estruturas computacional, a dinâmica dos fluidos computacional, e o problema de acoplamento. No caso da dinâmica das estruturas empregar-se um elemento finito que seja adequado para a simulação de problemas de IFE, que claramente demandam uma análise não linear geométrica, optando-se pelo emprego de uma formulação descrita em posições, a qual evita problemas relativos à aproximação de rotações finitas. Quanto à dinâmica dos fluidos computacional, é empregado um método estável e ao mesmo tempo sensível à movimentação da estrutura, utilizando a descrição Lagrangeana-Euleriana Arbitrária (ALE). Os casos considerados neste trabalho, assim como muitos dos problemas de engenharia, ocorrem com escoamentos em baixas velocidades, implicando na incompressibilidade do fluido, o que demanda, para um método estável, a utilização de elementos que atendam à condição de Ladyzhenskaya-Babuska-Brezzi (LBB). Além disso, é necessário também o emprego de métodos que consigam neutralizar as variações espúrias decorrentes da não-linearidade de possíveis escoamentos com convecção dominante e que surgem com a aplicação do processo clássico de Galerkin. Para superar esse problema, é aplicado o método Streamline-Upwind/Petrov-Galerkin (SUPG), que adiciona difusividade artificial na direção do escoamento, controlando a amplitude dos termos convectivos. No que se refere ao acoplamento fluido-casca, buscam-se modularidade e versatilidade adotando-se o modelo particionado. O modelo de acoplamento implementado garante ainda a utilização de malhas do fluido e da estrutura sem a necessidade de coincidência de nós. / Interaction between fluids and structures characterizes a nonlinear multi-physics problem presente in a wide range of engineering fields. This works presets the development of computational tools based on finite element method (FEM) for fluid-structure interaction (FSI) analysis considering low speed flows (incompressible), as a great part of the engineering problems. Given the topic multidisciplinary nature, it is necessary to study three different subjects: the computational structural dynamics, the computational fluid mechanics and the coupling problem. Regarding structural mechanics, we seek to employ a finite element adequate to FSI simulation, what clearly demands a geometric nonlinear analysis. We chose to employ shell elements with formulation in terms of positions, which avoids problems related to finite rotations approximations. Concerning computational fluid dynamics, we employ a stable method, at same time sensible o structural movements, which is written in the arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) description. The flow incompressibility demands, for a stable method, the use of elements according to the Ladyzhenskaya-Bbuska-Brezzi (LBB) condition. It is also necessary to employ methods able to neutralize the spurious variations that appears from convection dominated flows when applying the standard Galerking method. In order to overcome this problem, we apply the Streamline-Upwind/Petrov-Galerkin (SUPG) method, which adds artificial diffusivity to the streamline direction, controlling spurious variations. Considering the fluid-shell coupling, we seek modularity and versatility, adopting the partitioned model. The developed coupling model ensure the use of fluid and structure meshes with no need for matching nodes.

Neste trabalho apresenta-se uma formulação para modelagem não linear geométrica e não linear elástica de materiais compósitos através da imersão de elementos finitos de barra simples em elementos finitos triangulares do tipo chapa utilizando uma formulação inovadora do método dos elementos finitos baseada em posições. Essa formulação posicional utiliza funções de forma para aproximar grandezas definidas na Teoria da Elasticidade Não Linear e propõe que a energia específica de deformação e o potencial das cargas externas sejam escritos em função das posições nodais definidas a partir de uma função mudança de configuração. Assumindo as posições nodais valores atuais em cada nó, esse método considera naturalmente a não linearidade geométrica, ao passo que relações não lineares entre tensão e deformação podem ser consideradas através de uma teoria elástica não linear denominada hiperelasticidade que permite obter leis constitutivas linearizadas em formato variacional. Utilizando malhas independentes para os elementos de barras e chapa, a técnica para a imersão das barras adota funções de forma para escrever a posição de qualquer ponto de um elemento de barra em função dos nós dos elementos de chapa, não ocorrendo, portanto, nem o aumento do número de graus de liberdade nem a necessidade de que os nós dos elementos de barra coincidam com os nós dos elementos de chapa. Além disso, nesse trabalho propõe-se também uma formulação posicional para os elementos de barra simples que utiliza uma medida de deformação chamada de não linear de engenharia, a qual permite introduzir facilmente um comportamento tanto ativo quanto viscoso nos elementos de barra imersos. As formulações propostas são idealizadas para a modelagem de tecidos musculares, não estando, no entanto, limitadas somente a esse tipo de aplicação. Os quatro primeiro exemplos escolhidos são casos simples, alguns inclusive com soluções analíticas, e são destinados principalmente à validação das formulações apresentadas. Através da modelagem de uma estrutura formada por braço e antebraço, o quinto e último exemplo demonstra as potencialidades dos conceitos trabalhados e das formulações propostas durante este trabalho. / This work presents a formulation for material and geometrical nonlinear analysis of composite materials by immersion of truss finite elements into triangular 2D solid ones using a novel formulation of the finite element method based on positions. This positional formulation uses the shape functions to approximate some quantities defined in the Nonlinear Theory of Elasticity and proposes to describe the specific strain energy and the potential of the external loads as function of nodal positions which are set from a deformation function. Because the nodal positions have current values in each node, this method naturally considers the geometric nonlinearities while the nonlinear relationships between stress and strain may be considered by a pure nonlinear elastic theory called hyperelasticity which allows to obtain linearized constitutive laws in its variational form. If independent meshes are used for the truss elements and for the 2D solid elements, the immersion technique of the trusses adopts shape functions to write the position of any point of a truss as a function of the nodal positions of the 2D solid elements, therefore there is neither an increase in the number of degrees of freedom nor the need that the nodes of the trusses elements coincide with the nodes of the 2D solid elements. Moreover, this work also proposes a positional formulation for the truss elements using a so called nonlinear engineering strain which allows to easily introduce both active and viscous behavior in the immersed truss elements. The proposed formulations are idealized for muscle tissue modeling, however they are not limited only to this type of application. The first 4 chosen examples are simple cases, some of them even with analytical solutions, mainly for validation purposes of the presented formulations. By modeling a structure formed by an arm and an forearm, the 5th and last example shows the potentialities of the concepts and proposed formulations during this work.

A utilização de materiais compósitos tornou-se uma alternativa importante em muitas aplicações dentro de diversas áreas da engenharia, pois seus constituintes podem agregar propriedades mecânicas, térmicas e acústicas ao compósito, garantindo eficiência e baixo custo. Com isso, faz-se necessário um maior conhecimento do comportamento mecânico desses materiais diante das solicitações, principalmente no que diz respeito aos campos de deslocamento, deformações e tensões. O presente trabalho tem por finalidade a análise, em nível macroscópico, de estruturas bidimensionais elásticas constituídas de materiais compósitos particulados, utilizando formulação desenvolvida no contexto do Grupo de Mecânica Computacional (GMEC), do Departamento de Engenharia de Estruturas (SET), da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), da Universidade de São Paulo (USP), no qual se insere a presente pesquisa. A formulação utilizada baseia-se no Método dos Elementos Finitos Posicional (MEFP) e foi desenvolvida em nível mesoscópico por tratar da interação entre matriz e partículas. Tal formulação possibilita a consideração da interação partícula-matriz sem a necessidade de coincidência entre as malhas da matriz e das partículas e sem o aumento do número de graus de liberdade dos problemas, admitindo-se aderência perfeita entre as fases. A formulação considera material isotrópico e comportamento não-linear geométrico das fases. A aplicação da formulação foi aqui proposta com o intuito de avaliar a influência da geometria, tamanho, fração volumétrica, distribuição e propriedades mecânicas das partículas adotadas, no comportamento global da estrutura em nível macroscópico. Foram desenvolvidos e apresentados exemplos de aplicação, com comparação dos resultados numéricos das análises com resultados de ensaios experimentais encontrados na literatura, bem como com resultados de modelos matemáticos de homogeneização e modelos numéricos propostos por outros autores, que utilizaram o método dos elementos finitos e técnicas de homogeneização assintótica. / The use of composite materials has become an important alternative in many applications in different areas of engineering, because their constituents can add mechanical, thermal and acoustic properties to the composite, ensuring efficiency and low cost. Thus, it is necessary a better understanding of the mechanical behavior of these materials, mainly regarding displacement, stress and strain fields. This study aims to analyze, in macroscopic scale, two-dimensional elastic structures made of particulate composite materials, using formulation developed in the context of the Grupo de Mecânica Computacional (GMEC), of Departamento de Engenharia de Estruturas (SET), of Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), of Universidade de São Paulo (USP). The formulation is based on the Positional Finite Element Method and was developed in mesoscopic level, considering the matrix-particles interaction and neglecting the interface, by means of kinematic relations used to ensure adherence of the particles to the matrix without introducing new degrees of freedom in the problem. The formulation considers isotropic material and geometric non-linear behavior of the composite phases. The application of the formulation was proposed in this work in order to evaluate the influence of geometry, size, volume fraction, distribution and mechanical properties of the particles adopted in the global behavior of the structure in macroscopic level. Numerical examples were developed and presented in order to compare the numerical results of the analysis with results obtained in experimental studies found in the literature, as well as results of mathematical models and numerical models using finite element method and the asymptotic homogenization technique.

Neste estudo se propõe o desenvolvimento de um modelo numérico para a ligação deslizante entre elementos sólidos bidimensionais, aplicável à simulação de sistemas deslizantes de isolação de base para estruturas. A formulação implementada é baseada no Método dos Elementos Finitos Posicional (MEFP) para análise dinâmica não linear geométrica de estruturas escrita na forma Lagrangeana total. Elementos triangulares planos e isoparamétricos de aproximação cúbica com matriz de massa completa são utilizados principalmente na elaboração da parte sólida dos dispositivos de ligação entre estruturas reticuladas e a base móvel. Esses elementos também poderm ser utilizados na modelagem da estrutura em si, porém, para esse fim, elementos finitos isoparamétricos de barra geral com massa distribuída por unidade de comprimento foram implementados. As equações de movimento são integradas no tempo aplicando o método de Newmark e o problema de deslizamento é resolvido com o algoritmo baseado na técnica dos multiplicadores de Lagrange, onde a restrição das posições de um nó escravo é feita em relação a uma sequência de superfícies mestres. Elementos de barra geral foram usados para simular as superfícies mestres de contato, o que aumenta as possibilidades de aplicações, incluindo mecanismos compostos apenas por barras gerais. Analisam-se exemplos disponíveis na literatura para a validação da formulação proposta e propõem-se aplicações diversas na engenharia das estruturas. / This study proposes the development of a numerical model for the sliding joint between two-dimensional solid elements, applicable to the simulation of sliding base isolation systems. The implemented formulation is based on the Positional Finite Element Method (PFEM) for geometrical nonlinear dynamic analysis of structures written in the total Lagrangian form. Plane and isoparametric triangular cubic approximation elements with full mass matrix are mainly used in the elaboration of the solid part of the devices of joints between reticulated structures and mobile base. These elements can also be used in the modeling of the structure itself, however, for that purpose, isoparametric elements of general bar with mass distributed per unit of length were implemented. The motion equations are integrated in time by applying the Newmark method and the sliding problem is solved with the algorithm based on the technique of Lagrange multipliers, where the constraint of the positions of a slave node is made in relation to a sequence of master surfaces. General bar elements were used to simulate the master contact surface, which increases the possibilities of applications, including mechanisms composed only of general bars. Analyze examples available in the literature for the validation of the proposed formulation and proposed diverse applications in the engineering of the structures.

The Generalized Finite Element Method (GFEM) is a numerical method based on the Partition of Unity (PU) concept and inspired on both the Partition of Unity Method (PUM) and the hp-Cloud method. According to the GFEM, the PU is provided by first-degree Lagragian interpolation functions, defined over a mesh of elements similar to the Finite Element Method (FEM) meshes. In fact, the GFEM can be considered an extension of the FEM to which enrichment functions can be applied in specific regions of the problem domain to improve the solution. This technique has been successfully employed to solve problems presenting discontinuities and singularities, like those that arise in Fracture Mechanics. However, most publications on the method are related to linear analyses. The present thesis is a contribution to the few studies of nonlinear analyses of Solid Mechanics by means of the GFEM. One of its main topics is the derivation of a segment-to-segment generalized contact element based on the mortar method. Material and kinematic nonlinear phenomena are also considered in the numerical models. An Object-Oriented design was developed for the implementation of a GFEM nonlinear analyses framework written in Python programming language. The results validated the formulation and demonstrate the gains and possible drawbacks observed for the GFEM nonlinear approach. / O Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) é um método numérico baseado no conceito de partição da unidade (PU) e inspirado no Método da Partição da Unidade (MPU) e o método das Nuvens-hp. De acordo com o MEFG, a PU é obtida por meio de funções de interpolação Lagragianas de primeiro grau, definidas sobre uma rede de elementos similar àquela do Método dos Elementos Finitos (MEF). De fato, o MEFG pode ser considerado uma extensão do MEF para a qual se pode aplicar enriquecimentos em regiões específicas do domínio, buscando melhorias na solução. Esta técnica já foi aplicada com sucesso em problemas com descontinuidades e singularidades, como os originários da Mecânica da Fratura. Apesar disso, a maioria das publicações sobre o método está relacionada a análises lineares. A presente tese é uma contribuição aos poucos estudos relacionados a análises não-lineares de Mecânica dos Sólidos por meio do MEFG. Um de seus principais tópicos é o desenvolvimento de um elemento de contato generalizado do tipo segmento a segmento baseado no método mortar. Fenômenos não lineares devidos ao material e à cinemática também são considerados nos modelos numéricos. Um projeto de orientação a objetos para a implementação de uma plataforma de análises não-lineares foi desenvolvido, escrito em linguagem de programação Python. Os resultados validam a formulação e demonstram os ganhos e possíveis desvantagens da abordagem a problemas não lineares por meio do MEFG.

O trabalho dedica-se ao estudo das torres eólicas protendidas de concreto, com a finalidade de promover a discussão sobre os critérios de dimensionamento, tema de grande relevância na atualidade. Para tal, foi considerada uma torre eólica de 100 m de altura provida de turbina de 5 MW, cujas ações foram obtidas da literatura. O carregamento de vento ao longo da torre foi tratado como estático equivalente de acordo com disposições normativas, através de uma forma simplificada para a adoção de uma velocidade de projeto equivalente à incidente no rotor. Com base na literatura, apenas as condições mais críticas foram adotadas no dimensionamento. As combinações entre os carregamentos e os coeficientes parciais de segurança foram delineados a partir do método dos estados limites, o qual se encontra amplamente difundido em normas de projeto. Os esforços e deslocamentos na torre foram obtidos pelo método dos elementos finitos com discretização em elementos finitos unidimensionais, considerando as não linearidades física e geométrica por intermédio do acoplamento de um programa comercial de elementos finitos com algoritmo desenvolvido em linguagem MATLAB, que tanto define as diversas geometrias de cada elemento ao longo da torre (seção variável), como obtém para cada um: a armadura ativa longitudinal a partir de perdas de protensão recalculadas, o diagrama momento-curvatura-força normal, e a armadura passiva longitudinal escalonada, que é otimizada durante o processo do dimensionamento. Quanto à resistência ao esforço cortante das seções anulares, foi proposto um modelo que apresentou boa concordância com os resultados experimentais obtidos na literatura. Além dos concretos convencionais, é discutido o estado-da-arte do concreto de ultra-alto desempenho reforçado com fibras, CUADRF, tratando sobre seu desenvolvimento histórico, composição, diferentes tipos, propriedades mecânicas, aplicações, recomendações para projeto e as simplificações adotadas quanto ao seu uso nas torres eólicas. Ao final foram realizadas análises paramétricas relativas à geometria e à classe de concreto para dois tipos de torres: em tronco de cone e de variação parabólica. Uma das principais conclusões do trabalho é que a otimização da área de aço passivo ocorre de forma sistemática para as torres de frequência natural mais baixa, tornando indispensável o uso de um modelo não linear para o correto dimensionamento. Além disso, as torres obtidas foram comparadas através do custo material total, constatando-se que as torres mais econômicas possuíam variação parabólica. Isso permitiu aferir um valor inicial para o qual o uso do CUADRF em torres eólicas passaria a ser competitivo. / The work is dedicated to the study of prestressed wind towers of concrete, in order to promote discussion on the design criteria, highly relevant topic today. For this purpose, it was considered a wind tower 100 m high provided with 5 MW turbine, whose actions were obtained from the literature. The wind loading along the tower was treated as static equivalent in accordance with design codes, through a simplified way for the adoption of a design speed equivalent to that incident on the rotor. Based on the literature, only the most critical conditions were adopted in the design. The combinations between loads and partial safety factors were outlined by the limit states method, which is widespread in design standards. The forces and displacements in the tower were obtained by the finite element method with discretization in frame elements, through material and geometric nonlinearities. This was done through coupling of a commercial finite element program with algorithm developed in MATLAB language, which defines both the various geometries of each element along the tower (variable section), and obtains for each: prestressing reinforcement from recalculated prestressing losses, the moment-curvature-normal diagram, and the stepped longitudinal passive reinforcement that is optimized during the design process. For the shear strength of the annular sections, a model that showed good agreement with the experimental results obtained in the literature was proposed. In addition to conventional concrete, the state-of-the art of ultra-high performance fiber reinforced concrete, UHPFRC, is discussed, dealing on its historical development, composition, different types, mechanical properties, applications, recommendations for design and simplifications adopted on its use in wind towers. At the end were performed parametric analyzes of the geometry and the concrete class for two types of towers: frustoconical and with parabolic variation. One of the main conclusions is that the optimization of passive steel area occurs systematically to the lower natural frequency towers, making it essential to use a nonlinear model for proper design. Moreover, the towers obtained were compared with the total material cost, having noticed that most economical towers had parabolic variation for the constraints here imposed. This allowed the assessment of an initial value for which the use of UHPFRC in wind turbine towers would be competitive.

Atualmente, dentre os perfis de aço formados a frio (PFF) mais utilizados em sistemas estruturais correntes, merecem destaque aqueles compostos por duas cantoneiras ligadas entre si por meio de presilhas, apresentando seção na forma de \"T\". Embora tenha utilização bastante difundida, pouco se sabe sobre o comportamento estrutural deste tipo de perfil, principalmente em relação aos modos de instabilidade a ele associados. No presente trabalho, são desenvolvidos, com base em ferramentas disponibilizadas no código computacional ANSYS, modelos numéricos em elementos finitos com a finalidade de se investigar o comportamento estrutural dos referidos perfis submetidos à compressão e, com isso, contribuir para futuras revisões nas especificações da ABNT NBR 14762:2010 referentes aos PFF compostos. Por meio de análises não-lineares, foi investigada a influência de diversos fatores na resposta estrutural dos perfis, como: a forma de introdução do carregamento (compressão centrada ou excêntrica), as condições de vinculação, a esbeltez global, as imperfeições geométricas iniciais, a espessura das cantoneiras e o número de presilhas. Os resultados numéricos indicam que os valores de força normal de compressão resistente, obtidos conforme a ABNT NBR 14762:2010, podem resultar bastantes conservadores, principalmente nos casos de menor esbeltez global. Adicionalmente, a quantidade e a distribuição das presilhas se mostram bastante influentes, tanto na capacidade resistente como nos modos de instabilidade predominantes dos perfis. Por fim, o trabalho prevê uma investigação introdutória sobre os perfis dupla cantoneira sob temperaturas elevadas, a fim de se verificar, em caráter exploratório, o seu desempenho em situação de incêndio. As análises termoestruturais realizadas apresentaram como resultado tempos de resistência ao fogo bem abaixo do valor mínimo especificado pela ABNT NBR 14432:2001, apontando à necessidade do uso de revestimento térmico nesses perfis e de estudos mais aprofundados sobre o assunto. / Nowadays, among cold-formed steel members (PFF) commonly used in current structural systems, deserve to be highlighted those composed by two angles connected through intermediate fastener (stitch-fillers) forming a \"T\" section. Although its widespread use, little is known about its structural behavior, especially in what concerns instability modes. In this study, based on tools available on the ANSYS code, numerical finite element models were developed in order to investigate the structural behavior of these profiles under compression to contribute to future revisions of the ABNT NBR 14762:2010 specifications regarding PFF compounds. By using non-linear analysis, we investigated the influence of various factors in the structural response, namely, the loading introduction (compression-centric or eccentric), the boundary conditions, the global slenderness, the geometric imperfections, the angle thickness and the number stitch-fillers. The numerical results indicated that the compression resistance, obtained according to ABNT NBR 14762:2010, it is quite conservative, especially in cases of small global slenderness. Additionally, the stitch-fillers distribution proved its great influence both in the bearing capacity as in the determination of the instability modes. Finally, the study makes an introductory research on double angle profiles under high temperatures, in order to verify its performance under fire. The thermal analysis showed fire resistance results inferior to the minimum specified by ABNT NBR 14432:2001, indicating the need of using fire protection and further studies this subject.