Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Ao longo dos anos, inúmeros estádios de futebol no Brasil têm sido projetados para suportar as cargas acidentais (carga de pessoas) como sendo do tipo estática (4kN/m2). Entretanto, ultimamente com base na mudança do comportamento do público, especialmente em jogos de futebol, através da ação de torcidas organizadas e, ainda, com o emprego desses estádios para shows de música, os sistemas estruturais passaram a sofrer um maior impacto pela natureza dinâmica dos carregamentos solicitantes. Assim sendo, alguns destes estádios passaram a apresentar problemas de vibrações excessivas e tornou-se necessária a consideração efetiva das cargas dinâmicas nos projetos estruturais. Deste modo, este trabalho de pesquisa objetiva o estudo do comportamento dinâmico e avaliação do desempenho do sistema estrutural das arquibancadas do Estádio Nacional de Brasília, no que diz respeito ao conforto humano. Cabe ressaltar que o referido estádio foi projetado e construído para ser utilizado na Copa do Mundo de 2014, realizada no Brasil. Os resultados alcançados ao longo do desenvolvimento deste estudo são confrontados com aqueles fornecidos por normas e recomendações internacionais de projeto. Os resultados revelam a importância da análise dinâmica para o projeto de estádios de futebol, no que tange a obtenção de dados relevantes para o conforto humano e, bem como, segurança dos usuários desse tipo de estrutura. / Over the years, many soccer stadiums in Brazil have been designed to withstand accidental loads (people loads) to be of static type (4kN/m2). However, based on the changes in the peoples behaviour, especially in soccer matches, through the action of groups of fans and also with the use of these structures for music shows, these structural systems have been subjected to dynamic impacts related to the dynamic nature of the applied loads. Therefore, some of these stadiums have presented excessive vibration problems and have required an effective consideration of the dynamic loadings in the structural design. This way, this research aims to study the dynamic behaviour and evaluate the structural system performance of the Brasilia National Stadium grandstands, when the human comfort is considered. It should be noted that the stadium was designed and constructed to be used at the World Cup 2014, held in Brazil. The results achieved during the development of this study are compared with those provided by design standards and international recommendations. The presented results show the relevance of the dynamic analysis in the structural design of soccer stadiums, with respect to obtaining relevant data for human comfort and as well safety of users of this type of structure.

Submitted by OSCAR SCUSSEL null (oscar.scussel@gmail.com) on 2017-04-29T13:57:37Z No. of bitstreams: 1 PhDThesisScussel.pdf: 4308679 bytes, checksum: 08a1260ebbd5cc5320910fff695b1037 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-05-03T16:39:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 scussel_o_dr_ilha.pdf: 4308679 bytes, checksum: 08a1260ebbd5cc5320910fff695b1037 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-03T16:39:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 scussel_o_dr_ilha.pdf: 4308679 bytes, checksum: 08a1260ebbd5cc5320910fff695b1037 (MD5) Previous issue date: 2017-03-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Muitas aplicações da engenharia envolvem estruturas essencialmente não-lineares onde várias técnicas têm sido recentemente estudadas e investigadas por muitos pesquisadores. Dentre as várias abordagems, as que usam séries de Volterra têm apresentado propriedades úteis para fornecer um melhor entendimento para identificação e análise. Neste contexto, a presente tese propõem novas contribuições em como usar as séries de Volterra para caracterização, identificação e análise dinâmica de sistemas não-lineares usando sinais de entrada e saída e sinais somente de saída. Inicialmente, apresenta-se uma metodologia para análise de sistemas mecânicos não-lineares através das funções de resposta em frequência de alta-ordem (HOFRFs) e o conceito de HOFRFs estendidas com dados apenas de saída é introduzido e descrito em detalhes. Após isso, uma abordagem para identificação de sistemas não-lineares com base nas séries de Volterra através da expansão na base ortonormal de Kautz é proposta. Essa técnica permite identificar os seus núcleos mais facilmente e permite separar as contribuições dos termos lineares e não-lineares usando somente sinais de saída. Além disso, uma metodologia para análise modal de sistemas fracamente não-lineares sujeito a excitações com vários níveis de amplitude é também apresentada. A contribuição desse novo método reside no fato de que as HOFRFs são simplesmente estimadas como função das FRFs lineares. Basicamente, essa metodologia estende o conceito de métodos convencionais de analise modal experimental para caracterizar e tratar efeitos não-lineares. Os resultados via exemplos numéricos e experimentais apresentados ao longo da tese mostram as contribuições, benefícios e eficácia da proposta. / Most recent engineering applications involve structures essentially nonlinear where several techniques have been recently studied and investigated by many researchers. Among them, the methods based on Volterra series expansion have presented powerful properties to provide a better understanding for identification and analysis. In this context, the present thesis proposes new contributions in how to use Volterra series for characterization, identification and dynamical analysis of nonlinear systems based on input and output signals and output-only signals. Initially, a methodology for analysis of nonlinear mechanical systems through higher-order frequency response functions (HOFRFs) is presented and the concept of extended HOFRFs based on output-only is introduced and described in detail. Afterwards, an approach for identification of nonlinear systems based on Volterra series through the expansion onto orthonormal Kautz basis is proposed. This technique allows to identify the Volterra kernels easily and enable to split the contribution of the linear and nonlinear terms using input-output as well as output-only signals. Furthermore, a methodology for modal analysis of weakly nonlinear systems under multilevel excitation is also proposed. The contribution of this new approach lies in the fact that HOFRFs are simply computed as functions of the linear FRFs. Basically, it extends the conventional experimental modal analysis methods in order to characterize and treat nonlinear effects. The results based on numerical and experimental examples presented along the thesis show the contributions, benefits and effectiveness of the proposal. / FAPESP: 2012/09135-3 / CNPq: 47058/2012-0 / CNPq: 203610/2014-8

CAPES / Esta dissertação tem como proposta investigar o comportamento dinâmico de uma ponte ferroviária sob cargas móveis por meio do método dos elementos finitos. A análise é feita considerando a interação da via com a ponte e o veículo de forma desacoplada. O modelo do veículo utilizado possui 9 graus de liberdade composto de uma associação de corpos rígidos conectados via sistemas de suspensão. As respostas dinâmicas do veículo são obtidas devido à velocidade e irregularidades da via, que são consideradas como funções senoidais harmônicas e como funções randômicas, estas duas abordagens são comparadas. Em seguida, as forças do veículo são aplicadas através das rodas do veículo no modelo de interação viaestrutura. O comportamento dinâmico do modelo via-estrutura é estudado integrando o trilho, lastro e ponte. Os trilhos são modelados como elementos superiores de pórtico e a ponte como elementos inferiores de pórtico. Os dormentes e o lastro são modelados usando a fundação de Winkler para a translação. O método de Rayleigh é usado para calcular o amortecimento estrutural. As equações de movimento de ambos os sistemas são integradas usando o método de Newmark. A influência das irregularidades da via é analisada. / This master’s thesis aims to investigate the dynamic behavior of a railway bridge under moving loads using the finite element method. The analysis is made considering an uncoupled vehicle-bridge-track interaction. The vehicle studied is a 9 degrees-offreedom model composed of an association of rigid bodies connected via suspension systems. The dynamic responses of the vehicle are obtained due to the speed and tracks irregularities, which are considered as both harmonic sinusoidal functions and randomic functions. After that, the vehicle forces are applied on the railway track-bridge model throw the vehicle wheels. The dynamic behavior of the railway track-bridge model is studied integrating the rail, ballast, and bridge. The rails are modeled as an elastic Euler-Bernoulli upper beam and the bridge as an Euler-Bernoulli lower beam. The sleepers and ballast are modeled using Winkler foundation for translation. The Rayleigh method is used to define structural damping. The equations of motion of both systems are integrated using Newmark’s method. Track irregularities influence are analyzed.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Ao longo dos anos, inúmeros estádios de futebol no Brasil têm sido projetados para suportar as cargas acidentais (carga de pessoas) como sendo do tipo estática (4kN/m2). Entretanto, ultimamente com base na mudança do comportamento do público, especialmente em jogos de futebol, através da ação de torcidas organizadas e, ainda, com o emprego desses estádios para shows de música, os sistemas estruturais passaram a sofrer um maior impacto pela natureza dinâmica dos carregamentos solicitantes. Assim sendo, alguns destes estádios passaram a apresentar problemas de vibrações excessivas e tornou-se necessária a consideração efetiva das cargas dinâmicas nos projetos estruturais. Deste modo, este trabalho de pesquisa objetiva o estudo do comportamento dinâmico e avaliação do desempenho do sistema estrutural das arquibancadas do Estádio Nacional de Brasília, no que diz respeito ao conforto humano. Cabe ressaltar que o referido estádio foi projetado e construído para ser utilizado na Copa do Mundo de 2014, realizada no Brasil. Os resultados alcançados ao longo do desenvolvimento deste estudo são confrontados com aqueles fornecidos por normas e recomendações internacionais de projeto. Os resultados revelam a importância da análise dinâmica para o projeto de estádios de futebol, no que tange a obtenção de dados relevantes para o conforto humano e, bem como, segurança dos usuários desse tipo de estrutura. / Over the years, many soccer stadiums in Brazil have been designed to withstand accidental loads (people loads) to be of static type (4kN/m2). However, based on the changes in the peoples behaviour, especially in soccer matches, through the action of groups of fans and also with the use of these structures for music shows, these structural systems have been subjected to dynamic impacts related to the dynamic nature of the applied loads. Therefore, some of these stadiums have presented excessive vibration problems and have required an effective consideration of the dynamic loadings in the structural design. This way, this research aims to study the dynamic behaviour and evaluate the structural system performance of the Brasilia National Stadium grandstands, when the human comfort is considered. It should be noted that the stadium was designed and constructed to be used at the World Cup 2014, held in Brazil. The results achieved during the development of this study are compared with those provided by design standards and international recommendations. The presented results show the relevance of the dynamic analysis in the structural design of soccer stadiums, with respect to obtaining relevant data for human comfort and as well safety of users of this type of structure.

Orientador: Renato Pavanello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T08:49:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PoelFilho_CornelisJoannesvander_D.pdf: 8296875 bytes, checksum: 048da8ba9cfe029f98229ac0b593f989 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Microsistemas eletromecânicos geralmente têm seu princípio de funcionamento baseado na interação entre dois ou mais campos físicos. Para seu projeto são necessárias ferramentas de simulação multi-domínios. Este trabalho visa estudar o fenômeno de acoplamento eletromecânico em microsistemas e construir uma ferramenta de simulação numérica para este tipo de problema. São apresentados métodos de análise estática, modal e transiente baseados em modelos de elementos finitos e de ordem reduzida. Na análise estática cada domínio é resolvido separadamente. Foi mostrado um método de transferência das forças eletrostáticas para o domínio mecânico e proposto e testado um esquema de atualização da malha elétrica. Para a análise dinâmica transiente foi implementado um método de Newmark adaptado de forma a considerar os efeitos do acoplamento eletromecânico. Outro método de análise dinâmica apresentado é baseado numa estratégia de perturbação do sistema em equilíbrio em conjunto com a resolução de um problema de autovalor / autovetor. O método de perturbação fornece diretamente as freqüências naturais de vibração do sistema acoplado. A técnica de redução de ordem apresentada é baseada numa projeção de Galerkin da equação diferencial governante utilizando como funções de base os modos empíricos do sistema dinâmico. Um programa computacional para modelagem numérica multi-domínios com solução particionada para o acoplamento eletromecânico foi proposto e implementado. O código computacional, denominado MefLab, onde os métodos numéricos foram programados, usa o paradigma de orientação a objetos e a linguagem C++. Resultados com as diversas metodologias são mostrados e analisados / Abstract: Microelectromechanical systems have their working principIes based on the interaction between two or more physical fields. To design them, multi-physics simulation tools are needed. This work aims to study the coupled field effects in microsystems and build a computer code for numerical simulation of this problem. Static, dynamic modal and transient methods are introduced. They are based on finite elements and reduced order models. The static analysis is done by a staggered treatment. A method for transfering electrostatic pressures to the mechanical domain was shown and a mesh updating scheme was proposed and tested. For the transient analysis, in order to consider the electromechanical coupling effects, an adaptation was inserted in the classical Newmark direct integration method. A dynamical modal method based in a perturbation strategy was presented. It involves the staggered static algorithm and the solution of an eigenvalue/eigenvector problem. This method is able to give the natural coupled frequencies of the system with low computational costs. A reduced order modeI was constructed by using a Galekin projection of the governing differential equations in an empirical basis. This basis was obtained through results of transient finite element analysis. A multi-domain project with staggered procedures for the electromechanical coupling was proposed and implemented. It refers to the software MefLab++, a computer code written in C++ where numerical strategies are programmed according to the oriented object paradigm. Numerical results for the static, dynamic modal and transient methodologies are shown / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Este trabalho tem como objeto o estudo do efeito da rigidez de pilar parede no comportamento estrutural de edifícios de concreto armado submetidos a sismos. Foram consideradas as premissas da norma brasileira ABNT NBR15421:2006, que apresenta os critérios para projeto de estruturas resistentes a sismo. A análise linear com emprego dos métodos da norma - método das forças horizontais equivalentes, método espectral e histórico de aceleração no tempo - foi aplicada em edifícios com dois tipos de sistemas estruturais, sendo eles pórtico de concreto e sistema dual pórtico de concreto e pilar parede. Os resultados foram analisados nos pórticos de extremidade das estruturas nos sentidos longitudinal (x) e transversal (y), comparando-se os deslocamentos de cada pavimento e esforços cortantes, momento fletor e normal nas bases dos pilares. A comparação foi realizada entre os três métodos aplicados e os sistemas estruturais analisados. / The aim of this work is to study the stiffness effect of wall columns on structural behavior of reinforced concrete buildings subjected to seismic action. The premises of the Brazilian standard ABNT NBR14521:2006 were considered, which presents criteria for earthquake resistant design of structures. The linear analysis employed the methods of the Brazilian standard - equivalent static load method, response spectrum analysis and time history method - were applied to buildings with two types of structural systems, namely concrete frame and dual system concrete frame and wall columns. The results were analyzed in edge frames structures in the longitudinal and transverse directions, comparing the displacement of each floor and shear, bending moment and axial forces on the bases of the columns. A comparison was made between the three methods applied and the structural systems analyzed.