[pt] Para o uso do bambu como material de engenharia é necessário realizar uma análise estatística completa das propriedades físicas, mecânicas e mesoestruturais dos colmos. Desde 1979, no Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio foram desenvolvidos, sob a orientação do professor Khosrow Ghavami, vários programas de investigação para o emprego do bambu e fibras vegetais na construção de edificações de baixo custo, substituindo produtos de asbesto cimento e de materiais poluentes e não renováveis . Como parte desta linha de pesquisa, pretende-se continuar os estudos para estabelecer as propriedades dos bambus apropriados para serem utilizados na construção civil. O presente trabalho concentra-se na caracterização da espécie Phyllostachys aurea, tão utilizada no mundo do artesanato e arquitetura pela sua beleza, porem tão pouco estudada no campo de engenharia, para que os resultados obtidos possam contribuir para a valorização desta espécie, incentivando seu uso na construção civil. Esta dissertação tem como objetivos principais: caracterizar as propriedades físicas, mecânicas e mesoestruturais dos colmos inteiros de bambu da espécie Phyllostachys aurea, analisando a influência das imperfeições geométricas iniciais no comportamento à flambagem . A determinação experimental das propriedades mecânicas dos colmos de bambu submetidos a ensaios de tração, cisalhamento e compressão são apresentadas, analisando-se a influência dos tratamentos preservativos na resistência mecânica dos colmos. / [en] The use of bamboo in civil construction requires a thorough analysis of its physical, mechanical and mesostructural properties. For this purpose several investigations have been carried out in the Civil Engineering Department at PUCRio since 1979. Other vegetal fibers have been studied as well for their feasibility to be used as low cost building materials in order to substitute asbestos cement products in addition to non-renewable and polluting materials such as steel and aluminum. This present study is the continuation of the investigation to establish the engineering properties of the bamboo's appropriate for civil construction. This work concentrates on the bamboo species Phyllostachys aurea which is utilized frequently in the interior design and architectural project, and in general in civil construction about which there is very little scientific information in the available national and international literature. The principal objectives of this study were to establish the physical, mechanical and mesostructural characteristics of the whole culms of the bamboo species Phyllostachys aurea and to analyze how its specific geometric imperfections influence the buckling behavior of the culm. The experimental analysis of the bamboo culm, concerning the static tensile, shear and compressive properties is presented as well as the influence of preservative treatments on their performance.

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2017-07-18T12:41:11Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2094299 bytes, checksum: 783d6f9949086fb75e4a51fc3adbd48a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-18T12:41:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2094299 bytes, checksum: 783d6f9949086fb75e4a51fc3adbd48a (MD5) Previous issue date: 2016-04-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, new solutions based on the Boundary Element Method (BEM) are established for the linear analysis of bending and stability problems of Reddy-Bickford beams. All mathematical steps to write the BEM representation are properly presented: transformation of governing differential equations into equivalent integral equations, deduction of fundamental solutions, formation and solution of algebraic representation.In addition, elastic foundations (winkler and pasternak’s types) attached to Reddy-Bickford beams are solved by BEM as well. It is also addressed a convenient strategy for discontinuities in the area such as abrupt change in geometry of the cross section (stepped beam), intermediate axial load, intermediate supports (continuous beam). Numerical examples incorporating various types of discontinuities and boundary conditions in the field are presented to validate the solutions proposed BEM. / Neste trabalho, novas soluções, baseadas no Método dos Elementos de Contorno (MEC), são estabelecidas para a análise linear de problemas de flexão e estabilidade de barras de Bickford-Reddy. Todos os passos matemáticos para estabelecer a representação do MEC são apresentados: transformações das equações diferenciais governantes em equações integrais equivalentes, dedução das soluções fundamentais, obtenção e solução do sistema alébrico. Além disso, fundações elásticas (Winkler e Pasternak) em barras de Bickford-Reddy também são analisados pelo MEC. É também abordada uma conveniente estratégia para de discontinuidades no domínio tais como: mudança abrupta de geometria da seção transversal (viga escalonada), carga axial intermediária, apoios rígidos no domínio (viga contínua). Exemplos numéricos incorporando vários tipos de condições de contorno e discontinuidades no domínio são apresentadas para validar as soluções do MEC propostas.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-10-11T18:37:37Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danielly Luz Araújo de Morais - 2017.pdf: 12095443 bytes, checksum: a4733104fefc2df73c05b1bbb83c7895 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-10-11T21:27:00Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Danielly Luz Araújo de Morais - 2017.pdf: 12095443 bytes, checksum: a4733104fefc2df73c05b1bbb83c7895 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-11T21:27:00Z (GMT). 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With the thin-plate formulation derived from Kirchhoff's hypotheses and the theory developed by Marguerre for thin shells, the non-linear equilibrium equations that govern the behavior of the conoidal shell were determined, considering that this is a plate with an initial displacement. A linear parametric analysis of the critical loads and of buckling modes through the MEF is performed using ABAQUS 6.11® program, varying the contour and height conditions of the curved edges. Analytically, a complexity of the components of the buckling mode displacement fields of a given geometry is evaluated by its decomposition into double Fourier series. With the non-linear analysis via MEF, the non-linear equilibrium trajectories of the displacements are obtained and the first non-linear loading limit points are obtained. Nonlinear parabolic or cylindrical geometric parabolic geometry trajectories with describable supports at their four edges are also compared, evaluating how the geometric non-linearities influence the modes of the displacement fields during loading. Finally, a non-linear parametric analysis of the influence of the variation of the curved edge heights on the equilibrium trajectories of the membrane stresses and resulting from internal moments of the conoidal shell is carried out. It is verified, with this work, that linear analyzes can underestimate, or overestimate, the nonlinear behavior of the conoid. As the parametric analysis influences the behavior of the conoid in front of the load, either in the linear analysis, resulting in different critical loads and modes of buckling, or in the nonlinear analysis, resulting in differentiated limits loads and nonlinear equilibrium trajectories of the displacements and membrane stresses and moments. / No estudo analítico de cascas conoidais abatidas, tem-se a dificuldade de representar analiticamente os seus campos de deslocamentos. Dessa forma a análise numérica, como por exemplo, via Método dos Elementos Finitos (MEF), vem sendo utilizada no estudo desse tipo de estrutura. Neste trabalho, elabora-se uma análise estática de cascas conoidais abatidas de bordas curvas parabólicas, ou cilíndricas, de material elástico linear, homogêneo e isotrópico, submetidas a um carregamento transversal uniformemente distribuído ao longo da superfície. Com a formulação para placas finas derivada das hipóteses de Kirchhoff e a teoria desenvolvida por Marguerre para cascas finas, determinam-se as equações não-lineares de equilíbrio que regem o comportamento da casca conoidal, considerando que esta seja uma placa com um deslocamento inicial. Faz-se uma análise paramétrica linear das cargas críticas e modos de flambagem através do MEF utilizando o programa ABAQUS 6.11®, variando-se as condições de contorno e altura das bordas curvas. Avalia-se, analiticamente, a complexidade das componentes dos campos de deslocamentos do modo de flambagem de uma dada geometria através de sua decomposição em séries duplas de Fourier. Com a análise não-linear via MEF, obtêm-se as trajetórias não-lineares de equilíbrio dos deslocamentos da casca e obtêm-se os primeiros pontos limites de carregamento não-lineares. Comparam-se também as trajetórias não-lineares de equilíbrio de conóides de geometrias parabólicas, ou cilíndricas, com apoios indeslocáveis em suas quatro bordas, avaliando como as não-linearidades geométricas influenciam nos modos dos campos de deslocamentos durante o carregamento. Por fim, efetua-se uma análise paramétrica não-linear da influência da variação das alturas das bordas curvas nas trajetórias de equilíbrio dos esforços de membrana e resultantes de momentos internos dos conóides. Verifica-se, com este trabalho, que análises lineares podem subestimar, ou superestimar, o comportamento não-linear do conóide. Sendo que a análise paramétrica influencia o comportamento do conóide frente ao carregamento, seja no âmbito da análise linear, resultando em diferentes cargas críticas e modos de flambagem, seja na análise não-linear, resultando em cargas limites e trajetórias não-lineares de equilíbrio dos deslocamentos e dos esforços de membrana e momentos, diferenciados.

[pt] Neste trabalho apresentam-se três tipos de técnicas de análise do colapso estrutural através do método dos elementos finitos: análise linearizada da carga crítica, análise incremental da carga crítica e análise não linear completa. Na análise linearizada da carga crítica formulou-se um problema de autovalor empregando matrizes de rigidez baseadas na configuração indeformada da estrutura e materiais com comportamento linear elástico. No caso da análise incremental da carga crítica, o problema de autovalor foi formulado empregando matrizes de rigidez incrementais para levar em consideração os grandes deslocamentos e propriedades não lineares do material. Finalmente, na análise não linear completa a configuração deformada da estrutura e propriedades não lineares do material são atualizadas durante todo o processo incremental-iterativo até atingir a carga crítica. Desenvolveu-se uma implementação computacional para estudar as três técnicas de análise em estruturas planas como vigas, colunas, pórticos e arcos, empregando elementos isoparamétricos bidimensionais para estado plano de tensões. A configuração deformada da estrutura, devido aos grandes deslocamentos e rotações dos elementos, foi considerada através de uma formulação Lagrangeana Total, enquanto o comportamento inelástico do material foi modelado empregando um modelo elastoplástico de Von Mises (J2) com encruamento isotrópico. Nos exemplos apresentados mostrou-se a influência da não linearidade geométrica e física na estimativa de cargas críticas e no comportamento pós-crítico, podendo ocorrer bifurcações ao longo da trajetória de equilíbrio fundamental definida no espaço carga-deslocamentos. / [en] This work presents three kinds of techniques for collapse analysis using the finite element method: linear buckling analysis, nonlinear buckling analysis and full nonlinear analysis. The linear buckling analysis requires the definition of an eigenvalue problem using a stiffness matrix formulation based on the initial configuration of the structure and under the assumption of a linear elastic material behavior. In the case of nonlinear buckling analysis, the eigenvalue problem was formulated employing an incremental stiffness matrix in order to consider the effects of large displacements and nonlinear material properties in the critical load estimation. Finally, the full nonlinear analysis takes into account the deformed configuration and the nonlinear material properties of the structure, updating both of them through all the incremental-iterative process up to reaching the critical load. A Finite Element computational program, using plane stress isoperimetric bidimensional elements, was developed to study the three analysis techniques applied to plane structures such as beams, columns, frames and arches. The deformed configuration of the structure, due to large displacements and rotations, was considered through the Total Lagrangian formulation, whereas the inelastic material behavior was modeled using the Von Mises plasticity model with isotropic hardening. The examples presented in this article show the influence of geometric and material nonlinearity in the critical load estimation and the postcritical behavior, being this the reason for the potential occurrence of bifurcation points over the fundamental equilibrium path defined in the load-displacement space.