O presente trabalho apresenta um sistema computacional, denominado ST_SuperFrame, desenvolvido para assistir ao projeto de estruturas de aço. Esse sistema contempla a geração de dados, análise e dimensionamento de estruturas reticuladas de aço, utilizando as formas estruturais e os perfis mais empregados na construção metálica brasileira. O exigente mercado de Engenharia Estrutural sempre apontou para a necessidade de se buscar soluções integradas para o Cálculo - Análise e Dimensionamento – procurando deixar de lado procedimentos realizados por programas isolados, só de análise ou só de dimensionamento. Esse sistema supre, então, essa carência histórica do mercado: a ausência de softwares integrados cálculo-projeto, adequados à realidade das estruturas de aço que se faz no País. Dirigido especialmente para Engenheiros Projetistas e Empresas Construtoras metálicas, esse sistema mostra-se uma útil ferramenta no pré-dimensionamento/orçamentação de estruturas e, principalmente, na confecção do projeto estrutural final. Além de dispor de recursos ímpares, como uma biblioteca de treliças padrão, para a geração automática de dados, o sistema possui um módulo interativo de dimensionamento onde estão disponíveis os perfis de chapa dobrada e perfis laminados mais empregados no dia a dia de um escritório de projetos. Como tema central desse trabalho foram criados e implementados os procedimentos para verificação do Perfil Qualquer: perfil com forma genérica, aberto, de chapa dobrada. Essa providência soluciona uma antiga dificuldade sentida pelos projetistas de estruturas metálicas: se já é necessário muito trabalho de cálculo para determinarem-se as características geométricas de perfis com forma diferenciada, mais difícil se torna a determinação da resistência à compressão desse perfil.

Este trabalho apresenta uma metodologia de otimização de perfis formados a frio. O dimensionamento utilizou o Método da Resistência Direta (MRD), apresentado, em anexo, nas normas: brasileira NBR 14762, revisão 2010 e norte-americana (AISI). O MRD é uma alternativa ao tradicional método das larguras efetivas (MLE) em perfis conformados a frio, tendo a vantagem de ser aplicável a geometrias mais gerais. Analisaram-se os modos de colapso de flambagem sob carregamentos estáticos de compressão centrada e flexão simples para os principais eixos de inércia. O Método das Faixas Finitas restringidas (MFFr) foi utilizado para identificação modal e classificação dos modos de colapso, obtendo, assim, as cargas críticas de flambagem necessárias para o emprego do MRD. O problema de otimização foi formulado como a busca das dimensões da seção transversal para a redução da massa do perfil (minimizando a área da seção transversal), tendo como restrição de carregamento normal e momentos fletores em x, y, xy. Também foram utilizadas restrições para o formato do perfil. Devido à dificuldade da diferenciação analítica das expressões contidas nas normas, a análise de sensibilidade foi efetuada através de diferenças finitas à frente, apresentando um elevado custo computacional. Para a otimização, utilizou-se um algoritmo de Programação Linear Sequencial (PLS), com o critério de parada KKT. O programa gerado mostrou-se muito mais eficiente que a abordagem anterior utilizando algoritmos genéticos (AG). Foram geradas numericamente dimensões ótimas da seção transversal para diferentes cargas axiais e momentos fletores em x, y e xy. Os resultados evidenciaram a eficiência dos enrijecedores de borda, responsáveis pela redução média de 15% de área transversal. Os resultados para flexão simples apresentaram que perfis U carregados com momentos fletores no eixo y são o caso mais crítico para flambagem. Também foi verificado que esta abordagem obtém resultados melhores do que os encontrados na literatura, que utilizam o método da largura efetiva (MLE) e o método da seção efetiva (MSE). / This paper presents a methodology of optimization of cold-formed sections. The desing used the Direct Strength Method (DSM), presented in attached standards: Brazilian NBR 14762 revision 2010 and North American (AISI). The DSM is an alternative to the traditional effective widths method (EWM) in cold-formed sections, having the advantage of being applicable to the general geometries. Buckling collapse modes under centered compression and simple bending static loafing, were analyzed principal inertia axes. The constrained finite strip method was used for modal identification and classification of the collapse modes, obtaining the critical buckling loads required for the DSM. The optimization problem was formulated as the search of the crosssectional dimensions to reduce the section mass (minimizing the cross-sectional area), having as constraints normal load and bending moments in x, y, xy. Constraints were also placed to the format of the section. Due to the difficulty of the analytical differentiation of the expressions contained in the standards, the sensitivity analysis was effected through forward finite difference, presenting a high computational cost. For the optimization was used an algorithm Sequential Linear Programming (SLP), with the KKT stopping criterion. The program generated proved to be much more efficient than the previous approach using genetic algorithms (AG). Optimal dimensions of the cross-section were numerically generated to different axial loads and bending moments in x, y, and xy. The results showed the efficiency of edge stiffening, responsible for the average reduction of 15% of cross-sectional area. The results for simple bending showed that sections U loaded with bending moments in the y axis is the most critical for buckling collapse. It was also observed that this approach gets better results than those found in the literature, using the effective widths method (EWM) and effective section method (ESM).

Este trabalho apresenta uma metodologia para uniformizar a confiabilidade, no dominio de um estado limite, através da adoção de procedimentos de correção dos conhecidos coeficientes de resistência. São apresentados os metodos de confiabilidade estrutural. O método de simulação numérica de Monte Carlo com amostragem por importância adaptativa é apresentado em detalhe. Como introdução teórica aos problema da confiabilidade em normas, é apresentada uma revisão da metodologia vigente para a determinação dos coeficientes de segurança atualmente utilizados. É mostrada uma análise da variabilidade da confiabilidade para um mesmo estado limite. É apresentada a variação da confiabilidade para o estado limite de flexão, para perfis "I" soldado, segundo a Norma Brasileira de Estruturas Metalicas, NBR 8800. / This study presents a methodology towards a uniform reliability in a limit state domain by adopting correction procedures for the strength factors. Structural reliability methods are presented Monte Carlo numerical simulation method with adaptive importante sampling is also detailed. Current methodology to determine safety factors is reviewed in order to provide a theoretical baisis on reliability problems. The variation on the reliabiltty for the same limit state is analysed. This variation on th reliability is presented for "I" cross sections in a flexure limit state, according to the brazilian code for steel structures (NBR 8800)

O desenvolvimento da modelagem da estrutura de sustentação de um grupo gerador, tema desta pesquisa, sob condições de contorno definidas como carregamentos e freqüência de operação do conjunto a ser protegido, envolvem a determinação de um sistema de isoladores específico para este fim. O trabalho é desenvolvido não só para compreensão do fenômeno físico, mas também para se adquirir sensibilidade quanto aos fatores que influenciam o projeto em sistemas similares. Os principais objetivos do trabalho são: o desenvolvimento dimensional de uma estrutura metálica, robusta e eficiente, que sirva de sustentação a um grupo gerador, o desenvolvimento computacional de um sistema ótimo de isoladores de vibração para o conjunto formado pelo grupo gerador e a estrutura de sustentação, e a avaliação da estrutura de sustentação numa aplicação offshore, considerando a análise modal e a análise de tensões da estrutura, quando sujeita a carregamentos estáticos e dinâmicos. A metodologia do trabalho envolve o projeto de uma estrutura de sustentação sujeita ao carregamento provocado por máquinas teoricamente rígidas, entregando-se ao final as seções transversais dos membros principais da estrutura; seguidamente se apresenta um modelo onde a massa distribuída do conjunto, formado pelo gerador e pela estrutura de sustentação, é concentrado como um corpo rígido sobre um sistema de isoladores, a partir do qual se seleciona um sistema ótimo de isoladores em função da minimização da máxima freqüência natural do conjunto; e finalmente a análise modal e de tensões garante a adequação estrutural do projeto. Como resultados deste desenvolvimento, são obtidas as seções transversais dos membros longitudinais e transversais da estrutura, evitando uma excessiva deflexão, a definição de uma combinação de isoladores de vibração que possibilitem à estrutura de sustentação operar de forma segura, e a possibilidade de aplicação da estrutura de sustentação sob carregamentos offshore. / The modeling of the supporting structure of a power generator, subject of this research, under predefined boundary conditions relative to loadings and frequency of operation of the set to be protected, involves getting a specific system of isolators for this end. This work is developed not only for understanding the physical phenomenon, but also to acquire sensitivity of the factors that influences similar designs. The main objectives of the work are: the dimensional development of a metallic, robust and efficient structure, that serves as support to a power generator, the computational development of an optimal system of vibration isolators for the set constituted by the power generator and the supporting, and the evaluation of the structure in an offshore application, considering the modal analysis and the stress analysis of the structure, for static and dynamic loadings. The methodology of the work includes the design of a supporting structure under loadings originated by rigid machines, in order to obtain the cross sections of the main structural members; next the complete set is concentrated as a rigid body over a isolators system, from which it is selected an optimal system of isolators minimizing the maximum natural frequency of the set; and finally the modal analysis and the stress evaluation guarantees the structural capability of the design. Some results of this development includes the development of cross sections relative to the longitudinal and transversal members of the structure preventing an extreme deflection, the definition of a combination of vibration isolators for safe operation of the set, and the possibility for application of the supporting structure for offshore loadings.

Perfis de chapa dobrada a frio são comumente utilizados não só em estruturas metálicas civis convencionais tais como estruturas de silos e depósitos entre outros, como também em estruturas metálicas típicas, tais como estruturas de veículos por exemplo. A grande vantagem deste tipo de estrutura é sua versatilidade (é muito fácil criar formas de perfis adequados a sua utilização, otimizando assim uma relação peso/vão). Por outro lado em perfis formados a frio de formas não convencionais, a determinação da força de colapso exige um cuidado especial em seu cálculo. O método tradicional de cálculo utilizado para determinar a força de colapso é o Método da Largura Efetiva, simples na sua conceituação, mas trabalhoso na sua implementação. As mais modernas normas de projeto estão incorporando métodos de cálculo que possibilitam a utilização de ferramentas numéricas para determinar as forças de flambagem elástica, entre elas destacando-se o Método da Resistência Direta, proposto por Schafer e Peköz. Programas de elementos finitos comerciais confiáveis que permitem avaliar diferentes tipos de não-linearidades são ferramentas que estão sendo cada vez mais utilizadas para determinar o colapso deste tipo de estruturas. Neste contexto, no presente trabalho se realizam duas aplicações. Na primeira delas se comparam os resultados experimentais de perfis cantoneira de diferentes comprimentos submetidos à força axial centrada com os resultados obtidos teoricamente, para a determinação dos resultados teóricos utiliza-se o Método da Largura Efetiva, o Método da Resistência Direta e um modelo de Elementos Finitos que considera a não-linearidade física e geométrica, e que levam em conta as imperfeições dos elementos analisados. Na segunda aplicação se realiza a otimização via Algoritmos Genéticos de um perfil cantoneira enrijecido nas bordas, onde a força de colapso foi determinada utilizando o Método da Resistência Direta interagindo com o Método das Faixas Finitas Restringidas. Finalmente uma discussão sobre os resultados é realizada e conclusões tanto sobre o comportamento dos perfis estudados como das metodologias utilizadas para sua análise e otimização. / The Steel cold form profile is commonly used not only in conventional civil steel structures such as warehouses, silo structures, among others, but also in typical mechanical structures such as vehicles structures. The great advantage of this kind of structure is its versatility (it is very easy to create shapes of profiles adequate to their usages, thus optimizing a weight/opening ratio). On the other hand, collapse determination of non conventional cold formed profiles demands a special care in its calculus. The traditional calculus method used to determine the collapse is the Effective Width Method (EWM), simple in its conceptualization, but very difficult in its implementation. The most modern project norms for this kind of profiles have been incorporating alternative methods that permit to use numerical simulation to determine an elastic load buckling, being one of them the Direct Strength Method (DSM) proposed by Shaffer and Peköz. Reliable commercial packages of Finite Elements that allow assessing different types of non linearities are tools that, nowadays, are employed to determine the collapse for this kind of structures. In this context, at the present work, two applications are carried out. In the first application a comparison between the experimental and theoretical results for simple angle profiles of different lengths submitted to axial centered load is carried out. The theoretical collapse of the angle profile is obtained with different methodologies. These methodologies that determine the collapse are: The classical EWM, the DSM and a Finite Element Method Implementation, taking into account in the last case, the material and geometric non linearities and also the imperfections of the profile. In the second application angles with stiffeners were optimized using the genetic algorithm. The objective function used to optimize the profile was built using the DSM interacting with a version of Finite Strip Method (FSM). Finally a discussion about the results obtained in the two applications is carried out.

Orientador: Nilson Tadeu Mascia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-20T23:06:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_AdaoMarques_M.pdf: 6994965 bytes, checksum: f2b8f55a05a81066bfb1bd439095cc14 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: O objetivo desse trabalho foi analisar o comportamento estrutural de vigas mistas,constituídas por duas partes, uma parte em madeira serrada e a outra em chapa de aço dobrada, formando uma seção em duplo ¿c¿ solidarizadas por parafusos de aço. Essas vigas podem ser utilizadas em componentes estruturais de coberturas, escoramentos de pontes e de edifícios. A formulação teórica foi baseada na ortotropia elástica linear e a análise da rigidez da viga de seção mista foi feita pelo método da seção transformada, na qual a rigidez de um material é transformado numa rigidez equivalente a do outro. Essa rigidez foi determinada usando uma viga simplesmente apoiada com uma carga concentrada no meio do vão e medindo-se os deslocamentos. Analisamos, também, as tensões normais e as tangenciais na viga composta na região onde se encontram os parafusos. Os resultados obtidos indicaram que o aço contribui com a maior parte da rigidez total, mas a madeira é importante, pois evita a torção dos elementos. Além disso, a correta disposição e o dimensionamento das ligações são fundamentais para um adequado desempenho dessas vigas compostas / Abstract: The aim of this work was to ana1yse the stnlctura1 behaviour of the sandwich beams, which are constituted of two parts , one part in sawed timber and the other in cold-formed steel , resulting in a double "c" section. These parts were fastened with steel connectors . These beams can be applied as the structural components of a roof and a scaffolding of bridge and building construction. The theoretical formulation was based on orthotropic linear elasticity and the analysis of the stiffness of the sandwich beams was performed by the method of the transformed section in which the stiffness of a material is transformed into the equivalent stiffness of the other material. This stiffness was be determined experimentally by using a simple supported beam with concentrated load applied to the middle span and by measuring the displacements. The normal strain and the shear strain in sandwich beams on the position connectors was analysed too. The obtained results indicated that the steel components contribute to the main part of the total stiffness, but the wood components are important to avoid the torsion of the steel parts. Furthermore the correct disposition and dimension of the connectors are fundamental for a suitable performace of the sandwich beams / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientador : Nilson Tadeu Mascia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-07-28T18:40:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_AdaoMarques_D.pdf: 5821086 bytes, checksum: 0fdb2d44ae714fc67d5b9a95dad85a2c (MD5) Previous issue date: 2001 / Doutorado

Orientador : João Alberto Venegas Requena / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:06:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_AnaLauraEssadodeFigueiredoe_M.pdf: 3318707 bytes, checksum: edbb31cf7771fa69e71326b89672f65e (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

Orientador: João Alberto Venegas Requena / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-31T23:17:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_RogerioMitsuodos_M.pdf: 3363967 bytes, checksum: ca4edb9a262e5fc2478f70d7c7c011ba (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho são apresentadas análises de estruturas metálicas planas constituídas de barras deformáveis por flexão, por força cortante e por força axial. Nestas análises é considerado o efeito de não-linearidade física em sistemas não-conservativos. Um programa computacional foi desenvolvido, em teoria dos pequenos deslocamentos, para possibilitar a determinação do comportamento global da estrutura. A técnica empregada foi a matricial, utilizando funções de rigidez. Esta técnica possibilita análises considerando a não-linearidade física de barras, com pouco esforço computacional. Para a resolução dos sistemas não-lineares foi adotado o método incremental-iterativo de Newton-Raphson. O processo incremental de cargas foi adotado para possibilitar o acompanhamento das deformações nas barras da estrutura nos carregamentos, descarregamentos e carregamentos reversos, de acordo com a análise solicitada; sendo que para as estruturas sujeitas a carregamentos reversos foi considerado o efeito Bauschinger no sistema. No carregamento incremental da estrutura as barras seguem o comportamento elástico ou elasto-plástico dependendo do estado de tensões. No descarregamento as barras seguem somente o comportamento elástico fazendo com que apareça um resíduo plástico de deformação. Desta forma, o sistema pode ser considerado não-conservativo aproximando-se do comportamento real. O regime elasto-plástico foi considerado para barras axialmente solicitadas, predominantemente, utilizando curvas de flambagem do CRC14 (Column Research Council) e da AISC-LRFD1 (Load and Resistance Factor Design). São apresentados exemplos numéricos comparando os tipos de análises nos regimes elástico e elasto-plástico / Abstract: In this work, analyses of steel plane framed structures, consisting of deformable frames by bending, shear and axial load are presented. In these analyses the effect of material nonlinearity in nonconservative systems are considered. According to the theory of small displacements, a computational program was developed to make possible the determination of the global structure behavior. The employed technique was the matrix method, using stiffness functions. This technique makes possible analyses considering the material nonlinearity of frames with little computational effort. For the nonlinear systems resolution the Newton-Raphson incremental-iterative method was adopted. The incremental load process was adopted to make possible the accompaniment of the deformations in the frames of the structure in the loading, unloading, and reverse loading, in accordance with the requested analysis. In the structures submited to reverse loading, the acting of Bauschinger effect in the system was considered. In the incrementalloading of the structure the frames follow the elastic or elastic-plastic behavior depending on the stress state. During the unloading of the structure the frames only follow the elastic behavior. Thus, the system can be considered nonconservative coming close to the real behavior. The elastic-plastic behavior was considered mainly for frames under axial loading using the column curve of CRC14 (Column Research Council) and the column curve of AISC-LRFD1 (Load and Resistance Factor Design). Numerical examples are presented comparing the types of analyses, in elastic and elastic-plastic behavior of the frames / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

O objetivo deste trabalho é implementar procedimentos de verificação de estruturas ou peças metálicas de forma qualquer. Os procedimentos de verificação foram implementados no pós-processador do sistema GAELI em desenvolvimento no CPGEC da UFRGS. Os procedimentos de verificação implementados por este trabalho são os de verificação da tensão limite, verificação de elementos de barra com seções de chapa dobrada de pequena espessura (perfis finos) pela norma CAN S136-M84, verificação de tubulações industriais petroquímicas pela norma ANSI 831.3 e verificação de estruturas à fadiga considerando cargas de efeito quase estático. Uma das vantagens destas implementações refere-se ao fato de que uma estrutura pode ser verificada segundo múltiplos critérios permitindo a obtenção de um quadro mais completo da resistência da estrutura ou peça. Isto é poss1vel graças ao fato de que a base de dados para cada uma das verificações é praticamente a mesma com relação as demais. Longe de se pretender esgotar trabalho pretende ser uma contribuição a o assunto, este mais destinada a facilitar o trabalho de engenheiros e estudantes.