A aplicação de conceitos de estabilidade surge espontaneamente em estruturas metálicas e, mais destacadamente, nas estruturas de silos e de reservatórios. A parede cilíndrica que compõe o corpo desse tipo de estrutura é formada de chapasmetálicas delgadas, característica que surge da grande eficiência da forma cilíndrica. Neste trabalho, procura-se dispor ao engenheiro conceitos claros e distintos do comportamento e dos fenômenos de perda de estabilidade do equilíbrio dereservatórios e de silos metálicos. São expostas as teorias para a análise de silos para materiais granulares e pulverulentos não-coesivos e reservatórios para líquidos que não produzem gases. Mostra-se que a ação do material ensilado provocaesforços de compressão que possibilitam a ocorrência de fenômenos de perda da estabilidade da estrutura, conhecidos como flambagem no jargão técnico. Também a ação do vento pode ocasionar perda de estabilidade na estrutura vazia. Apresenta-se umresumo das teorias envolvidas, um ensaio numérico de modelos cilíndricos, um exemplo de silo de grãos, e uma compilação das normas e artigos mais atuais e abrangentes do problema de estabilidade em estruturas cilíndricas. Por fim, são estabelecidas as configurações estruturais que apresentam maiores riscos para a flambagem, e fornecidas as relações de diâmetro/espessura e de diâmetro/altura em que é possível se evitar os problemas advindos da perda da estabilidade do equilíbrio. / The application of the stability concepts appears spontaneously on steel structures and, more distinctly, on silos and tanks structures. The cylindrical wall that makes the body of this kind of structure is constituted of thin steel plates, characteristic that comes out of the great efficiency of the cylindrical shape. In this work, it is intended for the engineer clear and distinct notions about the behaviour and the loss of stability equilibrium phenomena of steel silos and tanks. The theories for the analysis of silos for non-cohesive, pulverulent and grain materials, and of tanks to liquids that produces no gases, are exposed. It is shown that the action of the bulk stored material causes compression that makes possible the occurrence of the phenomena of loss of the stability of the structure, commonly known in the technician jargon as buckling. Also the wind load can lead to the loss of stability of the empty structure. A summary is shown for of the involved theories, a numerical experiment with cylindrical models, an example of grain silo, and a compilation of the recommendations, norms and articles on the problem of the cylindrical structures stability. At least, it is established the structural configurations that poses major risks to buckling, and it is supplied relations of diametre/thickness and of diameter/height with whom it is possible to avoid the problems that come from the loss of the stability of equilibrium.

[pt] Este trabalho tem como objetivo investigar o desempenho de pilares de Concreto Têxtil (CT) sujeitos a compressão. Um programa experimental foi conduzido incluindo caracterização do material, ensaios de flexão de quatro pontos em placas e ensaios de compressão em pilares retangulares e de seção I com diferentes comprimentos e condições de contorno. Um modelo normal-momento-curvatura de um grau de liberdade foi proposto e seus resultados, utilizando propriedades do material determinadas experimentalmente, são comparados aos obtidos para os ensaios de flexão de quatro pontos, para validação. Curvas força-deslocamento obtidas experimentalmente são apresentadas juntamente com as cargas máximas e modos de falha e o modelo numérico é usado para determinar imperfeições, bem como para dar suporte à análise de resultados. As influências de imperfeições e propriedades mecânicas do concreto no comportamento do pilar real são discutidas e é mostrado que a resistência à tração do concreto tem uma forte influência na carga de pico de pilares com maior esbeltez. Foram observadas reduções de capacidade de até 53,6 por cento em relação às esperadas para um pilar perfeito e é mostrado que o modelo pode ser usado com precisão para a previsão de carga. No que diz respeito ao tecido, é demonstrado que a contribuição do reforço em membros comprimidos não deve ser desconsiderada. / [en] This work aims to investigate the performance of Textile Reinforced Concrete (TRC) columns subject to compression. An experimental program including material characterization, four-point bending tests on plates and compression tests on rectangular and I-section columns with different lengths and end conditions was conducted. A one-degree of freedom axial force-moment-curvature model is proposed and the results using experimentally determined material properties are compared to those obtained for four-point bending tests, for validation. Load vs lateral deflection curves obtained experimentally are reported along with maximum loads and failure modes and the numerical model is used to determine imperfections as well as to support the analysis of results. The influences of imperfections and mechanical properties of concrete in the actual column behavior are discussed and it is shown that the tensile strength of concrete has a strong influence in the peak load of columns with greater slenderness. Erosions of capacity up to 53.6 percent were observed with respect to those expected for a perfect column and it is shown that the model can be accurately used for strength prediction. Concerning the textile, it is shown that the reinforcement contribution should not be neglected for members in compression.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-04-09T17:11:34Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2284718 bytes, checksum: 33eac63a58120f212251a53045c788b8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-09T17:11:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2284718 bytes, checksum: 33eac63a58120f212251a53045c788b8 (MD5) Previous issue date: 2018-02-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As vigas casteladas são obtidas a partir de perfis I cortados longitudinalmente na alma, deslocados em seu comprimento e soldados, produzindo aberturas hexagonais ou octogonais, quando entre as partes são introduzidas chapas expansoras, promovendo assim o aumento da inércia dos perfis sem alteração significativa do peso. Dessa forma, essas vigas são indicadas para grandes vãos e situações em que os estados limites de serviço condicionam o dimensionamento, além de possuírem forte apelo arquitetônico, facilitando a passagem das instalações prediais pelas aberturas e consequente redução da altura da edificação. Porém, a presença de aberturas na alma modifica a distribuição de tensões na alma do perfil castelado em relação ao perfil de alma cheia, reduzindo sua capacidade resistente sob determinadas condições de carregamento, podendo ocasionar fenômenos de instabilidade próprios das vigas casteladas. Esses comportamentos podem ser ainda mais alterados em situação de incêndio, uma vez que, com o aumento da temperatura, o aço tem seu módulo de elasticidade e sua resistência degradadas. Assim sendo, realizou-se um estudo numérico, com o uso do software ABAQUS, de vigas casteladas de aço nos padrões Litzka, Peiner e anglo-saxão submetidas a altas temperaturas, o que permitiu delinear o comportamento dessas vigas quanto à flambagem do montante de alma em situação de incêndio. Os resultados obtidos na análise numérica foram validados com os obtidos experimentalmente por Vieira (2015) 1 e por Redwood e Demirdjian (1998) 2 para a temperatura ambiente, e foram utilizados para proposição de uma formulação para dimensionamento de tais vigas em situação de incêndio, com base nas proposições da norma ABNT NBR 14323:2013 e na analogia com o modelo de biela. / The castellated steel beams are manufactured from I-section steel beams that are cut longitudinally along the web and then web-post are re-welded together. The obtained castellated steel beam has hexagonal or octagonal openings and so a higher inertia than the original beam. Therefore, these beams are suitable for structures with long spans and for situations where the serviceability limit state is critical. They also have strong architectural appeal and allow service integration to be installed within the beam depth, which reduces the height of the building. Due to the openings in the web, the stress distribution is modified in relation to the solid web beam and the resistance is reduced. Thus, local failures modes may occur in castellated beams. In fire, these behaviors can be further modified, because, with the elevation of the temperature, the elasticity modulus and the strength of the steel are degraded. Therefore, a numerical study of Litzka, Peiner and anglo-saxon castellated steel beams exposed to elevated temperatures was done with the software ABAQUS. The results of numerical analysis were validated with experimental results at ambient temperature (REDWOOD and DEMIRDJIAN, 1998; VIEIRA, 2015), and had been used to propose a formulation for the design of castellated steel beams in fire, based on the propositions of ABNT NBR 14323:2013 and the strut model analogy.

A demanda por estruturas mais leves implica num ganho em economia, porém o aumento de esbeltez da estrutura pode tornar ela susceptível a instabilidade frente a tensões compressivas estáticas ou dinâmicas. A instabilidade acontece em várias escalas da estrutura analisada e pode interagir com outras formas de colapso como a propagação instável de fissuras, problema governado pela mecânica da fratura, pela plastificacão do material, ou por uma combinação dos efeitos citados. Neste contexto, no presente trabalho, se explora a capacidade do método dos elementos discretizados por barras (LDEM) na simulação de problemas de instabilidade estática e dinâmica devido as tensões de compressão. Este método permite simular o sólido como um arranjo de barras com rigidez equivalente ao contínuo que se quer representar. Leis constitutivas não lineares permitem modelar ruptura de forma simples. A equação de movimento resultante da discretização permite formular uma equação de movimento desacoplada que pode ser integrada no domínio do tempo com um método explícito (Método das Diferencias Finitas Centrais). O fato das barras serem rotuladas nos seus extremos e a solução do problema ser obtida de forma incremental permite capturar problemas com não linearidade geométrica, entre eles a instabilidade estrutural frente a tensões compressivas. Como último exemplo se realiza a análise de um painel sanduiche por flexão em três pontos, que é composto por um núcleo de poliuretano, com duas lâminas externas de material compósito, neste caso a instabilidade estrutural está associada a flambagem da camada da lâmina comprimida. Finalmente a potencialidade da metodologia de análise utilizada é discutida. / The demand for lighter structures implies a gain in economy, but the increase in slenderness of the structure may make it susceptible to instability against static or dynamic compressive stresses. Instability occurs at various scales of the analyzed structure and may interact with other forms of collapse such as unstable crack propagation, problem governed by fracture mechanics, plastification of the material, or a combination of the cited effects. In this context, in the present work, we explore the ability of the discrete elements methods by bars (LDEM) in the simulation of problems of static and dynamic instability due to the compression stresses. This method allows to simulate the solid as an arrangement of bars with rigidity equivalent to the continuum that one wants to represent. Constitutive non-linear laws allow simple modeling of rupture. The equation of motion resulting from the discretization allows us to formulate a decoupled motion equation that can be integrated in the time domain with an explicit method (Central Finite Differences Method). The fact that the bars are labeled at their ends and the solution of the problem is obtained in an incremental way allows to capture problems with geometric non-linearity, among them the structural instability against compressive tensions. The last example, the analysis of a sandwich panel by three-point bending, which is composed of a polyurethane core, with two external blades of composite material, in this case the structural instability is associated with buckling of the layer of the compressed blade . Finally, the potential of the analysis methodology is discussed.

Submitted by Maykon Nascimento (maykon.albani@hotmail.com) on 2015-07-27T17:02:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Determinação do momento crítico de flambagem lateral com distorção em vigas mistas contínuas de aço e concreto com perfis de alma senoidal.pdf: 9284566 bytes, checksum: e957b385d314e7f881f9d416a404996b (MD5) / Approved for entry into archive by Patricia Barros (patricia.barros@ufes.br) on 2015-08-11T16:28:37Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Determinação do momento crítico de flambagem lateral com distorção em vigas mistas contínuas de aço e concreto com perfis de alma senoidal.pdf: 9284566 bytes, checksum: e957b385d314e7f881f9d416a404996b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-08-11T16:28:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Determinação do momento crítico de flambagem lateral com distorção em vigas mistas contínuas de aço e concreto com perfis de alma senoidal.pdf: 9284566 bytes, checksum: e957b385d314e7f881f9d416a404996b (MD5) Previous issue date: 2014 / As vigas mistas de aço e concreto estão sendo largamente utilizadas em construções de edifícios e pontes. Ao se combinar o aço com o concreto obtêm-se estruturas mais econômicas, uma vez que se tira proveito das melhores características de cada material. Nas regiões de momento negativo de uma viga mista contínua, a mesa inferior e parte da alma estão comprimidas, se a alma do perfil não tiver rigidez suficiente para evitar a flexão lateral, ela distorcerá gerando um deslocamento lateral e um giro na mesa comprimida, caracterizando um modo de flambagem denominado flambagem lateral com distorção (FLD). O procedimento de verificação à FLD da EN 1994-1-1:2004 originou o método de cálculo da ABNT NBR 8800:2008, entretanto a EN 1994-1-1:2004 não fornece expressão para o cálculo do momento crítico elástico, enquanto a ABNT NBR 8800:2008 prescreve uma formulação proposta por Roik, Hanswille e Kina (1990) desenvolvida para vigas mistas com perfis de alma plana. Embora as normas prescrevam um método de verificação à FLD para vigas mistas com perfis de alma plana, poucos estudos têm sido feitos sobre esse estado-limite. Além disso, tanto a ABNT NBR 8800:2008 quanto as normas internacionais não abordam perfis de alma senoidal. Neste trabalho, foram implementadas análises de flambagem elástica, com auxílio do software ANSYS 14.0 (2011), em modelos de elementos finitos que retratem o comportamento à FLD de vigas mistas de aço e concreto com perfis de alma plana e senoidal. Os modelos numéricos foram constituídos pelo perfil de aço, por uma mola rotacional que restringe parcialmente o giro da mesa superior e uma restrição ao deslocamento lateral, ao longo de todo o comprimento da viga. Os resultados numéricos são comparados com os obtidos pelas formulações de Roik, Hanswille e Kina (1990) e de Hanswille (2002), adaptadas para levar em consideração a corrugação da alma do perfil de aço. Para avaliação das formulações supracitadas e da consistência da modelagem numérica adotada, o momento crítico elástico foi determinado para vigas mistas com perfis de aço de alma plana. Como resultado, um método para o cálculo do momento crítico elástico de vigas mistas de alma senoidal é proposto. / The composite steel-concrete beams have been widely used in the constructions of buildings and bridges. The interaction between the steel and concrete leads to economic structures, because it is possible to take out the best of what each material can offer. In the negative moment region of continuous composite beams, the bottom flange and part of the web are compression. If the web of the steel profile doesn’t have enough stiffness to avoid the lateral flexural, the flange will displaced laterally. This instability is known as distortional lateral buckling. The procedure for verification the distortional lateral buckling of EN 1994-1-1:2004 originated the calculation method of ABNT NBR 8800:2008. But the EN 1994-1-1:2004 do not offer the expression to determine the elastic critical moment while the ABNT NBR 8800:2008 prescribes a formulation proposed by Roik, Hanswille e Kina (1990) developed for composite beams with plane web profiles. Even though the standards prescribe the verification of distortional lateral buckling for the composite beams with plane web profiles, few studies have been made about this limit state. Moreover, the ABNT NBR 8800:2008 and international standards do not approach about sinusoidal-web profiles. In this paper, was implemented elastic buckling analysis in finite element models using the software ANSYS 14.0 (2011). These models describe the behavior of distortional lateral buckling of composite beams with plane web and sinusoidalweb profiles. The numeric models were composed by steel profile, rotational spring and lateral restraint, both applied along the beam span to restrain the steel top flange. The numerical results are compared with the formulation of Roik, Hanswille e Kina (1990) and Hanswille (2002), adapted to consider the corrugation of the sinusoidal-web profile. To evaluate the formulations and consistency of the numerical model, the elastic critical moment was determined for composite beams with plane web profile. Finally, a procedure for determining elastic critical moment of composite beams with sinusoidal-web profile is proposed.

Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-06-30T17:02:47Z No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseTeórico-Experimental.pdf: 24556122 bytes, checksum: 9787ee29b4537c0a33506dfcd759b581 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-07-24T13:12:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseTeórico-Experimental.pdf: 24556122 bytes, checksum: 9787ee29b4537c0a33506dfcd759b581 (MD5) / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-11-18T15:13:43Z No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseTeórico-Experimental.pdf: 24556122 bytes, checksum: 9787ee29b4537c0a33506dfcd759b581 (MD5) / Rejected by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br), reason: O PDF não confere com os metadados on 2014-11-19T16:11:44Z (GMT) / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-11-19T16:48:58Z No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseTeórico-Experimental.pdf: 24556122 bytes, checksum: 9787ee29b4537c0a33506dfcd759b581 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-11-20T17:06:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseTeórico-Experimental.pdf: 24556122 bytes, checksum: 9787ee29b4537c0a33506dfcd759b581 (MD5) / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-01-23T17:20:36Z No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseTeórico-Experimental.pdf: 24556122 bytes, checksum: 9787ee29b4537c0a33506dfcd759b581 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-01-26T11:16:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseTeórico-Experimental.pdf: 24556122 bytes, checksum: 9787ee29b4537c0a33506dfcd759b581 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-01-26T11:16:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE_AnáliseTeórico-Experimental.pdf: 24556122 bytes, checksum: 9787ee29b4537c0a33506dfcd759b581 (MD5) Previous issue date: 2013 / Os perfis formados a frio têm sua utilização crescente devido às suas características, principalmente economia e versatilidade. Uma de suas aplicações é a construção de sistemas de armazenagem, os racks, em que as colunas constituem-se de perfis formados a frio com seção característica e perfurações ao longo de seu comprimento que visam facilitar a montagem. As seções utilizadas estão sujeitas aos modos local, distorcional e global. A influência das perfurações na ocorrência destes modos ainda não é inteiramente conhecida. O objetivo deste trabalho é contribuir para o entendimento deste fenômeno com a realização de análise teórico experimental para avaliação da ocorrência dos modos de flambagem em perfis perfurados e a possível interação entre eles. A Teoria Generalizada de Vigas (GBT) e o Método dos Elementos Finitos foram utilizados na definição da geometria de uma série de protótipos com e sem perfurações sujeitos à ocorrência dos modos de local, distorcional e global, de forma isolada ou em interação. Estes protótipos foram ensaiados, e os resultados experimentais foram utilizados para a validação de um procedimento via elementos finitos de análise não linear de perfis formados a frio. A comparação entre resultados numéricos e experimentais demonstrou a validade do uso de Método dos Elementos Finitos, com dispersão máxima de 5,3%. A análise da estabilidade da seção por meio do Método dos Elementos Finitos foi utilizado no Método da Resistência Direta para a avaliação de sua eficiência na previsão da resistência dos perfis formados a frio do tipo rack com e sem perfurações. Foi considerada a ocorrência dos modos isolados e em interação. A consideração dos modos de forma isolada levou a uma dispersão máxima em relação aos resultados experimentais de 22,1% com a consideração da área bruta e 19% com a consideração da área líquida. A consideração dos modos em interação levou a dispersões de 30,5% e 32,4% considerando-se a área bruta e a área líquida, respectivamente. Porém, quando se aprofunda a análise da estabilidade da seção e são excluídos os modos que não estão presentes nos comprimentos das colunas consideradas, o Método da Resistência Direta com a consideração da interação entre os modos leva a dispersões máximas de 11,4% e 13,8% considerando-se a área bruta e a área líquida, respectivamente, o que indica a viabilidade de sua aplicação para colunas com perfurações. ______________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: Cold formed steel sections are widely used in many structural applications, due to their versatility and low cost if compared to other structural sections. They are used in Steel Storage Systems, usually called racks. These systems are built with a special section, with holes along columns length in order to easier fitting connections. The rack sections are under local, distortional or global buckling influence, and the holes effect in buckling modes is still under investigation. This work aims at analyzing perforated columns buckling behavior, evaluating the local distortional and global buckling modes occurrence and the interaction among them by a theoretical-experimental analysis. The Generalized Beam Theory (GBT) and the Finite Element Method were firstly used in order to define specimens with and without perforations, under local, distortional and global modes and local/distortional or distortional/global modes interaction. The specimens were tested under pure compression, and the experimental results were used to validate a non linear Finite Element procedure to analyze perforated cold formed columns. The comparison between experimental and numerical results showed dispersion up to 5,3%, which demonstrates the Finite Element model suitability to this study. In a second stage, Finite Element model was used to determine local, distortional and global critical loads to use the Direct Strength Method (DSM) to assess columns with and without holes resistance. The modes were firstly considered in isolated form, and dispersion between DSM and experimental results was up to 22,1%, if the section gross area is considered and 19 % if considering section net area. The use of DSM predictions to modes in interaction lead to difference between DSM and experimental results up to 30,5% e 32,4%, considering gross and net section area, respectively. An accurate section stability analysis leads to exclusion of modes absent in the columns used in DSM, and in this case the dispersion between experimental and DSM results are up to 11,4% and 13,8% considering gross and net area, respectively, indicating the viability of DSM to evaluate perforated columns resistance.

A demanda por estruturas mais leves implica num ganho em economia, porém o aumento de esbeltez da estrutura pode tornar ela susceptível a instabilidade frente a tensões compressivas estáticas ou dinâmicas. A instabilidade acontece em várias escalas da estrutura analisada e pode interagir com outras formas de colapso como a propagação instável de fissuras, problema governado pela mecânica da fratura, pela plastificacão do material, ou por uma combinação dos efeitos citados. Neste contexto, no presente trabalho, se explora a capacidade do método dos elementos discretizados por barras (LDEM) na simulação de problemas de instabilidade estática e dinâmica devido as tensões de compressão. Este método permite simular o sólido como um arranjo de barras com rigidez equivalente ao contínuo que se quer representar. Leis constitutivas não lineares permitem modelar ruptura de forma simples. A equação de movimento resultante da discretização permite formular uma equação de movimento desacoplada que pode ser integrada no domínio do tempo com um método explícito (Método das Diferencias Finitas Centrais). O fato das barras serem rotuladas nos seus extremos e a solução do problema ser obtida de forma incremental permite capturar problemas com não linearidade geométrica, entre eles a instabilidade estrutural frente a tensões compressivas. Como último exemplo se realiza a análise de um painel sanduiche por flexão em três pontos, que é composto por um núcleo de poliuretano, com duas lâminas externas de material compósito, neste caso a instabilidade estrutural está associada a flambagem da camada da lâmina comprimida. Finalmente a potencialidade da metodologia de análise utilizada é discutida. / The demand for lighter structures implies a gain in economy, but the increase in slenderness of the structure may make it susceptible to instability against static or dynamic compressive stresses. Instability occurs at various scales of the analyzed structure and may interact with other forms of collapse such as unstable crack propagation, problem governed by fracture mechanics, plastification of the material, or a combination of the cited effects. In this context, in the present work, we explore the ability of the discrete elements methods by bars (LDEM) in the simulation of problems of static and dynamic instability due to the compression stresses. This method allows to simulate the solid as an arrangement of bars with rigidity equivalent to the continuum that one wants to represent. Constitutive non-linear laws allow simple modeling of rupture. The equation of motion resulting from the discretization allows us to formulate a decoupled motion equation that can be integrated in the time domain with an explicit method (Central Finite Differences Method). The fact that the bars are labeled at their ends and the solution of the problem is obtained in an incremental way allows to capture problems with geometric non-linearity, among them the structural instability against compressive tensions. The last example, the analysis of a sandwich panel by three-point bending, which is composed of a polyurethane core, with two external blades of composite material, in this case the structural instability is associated with buckling of the layer of the compressed blade . Finally, the potential of the analysis methodology is discussed.

A presente dissertação trata do estudo experimental do comportamento estrutural de barras helicoidais assentadas sobre superfície cilíndrica e sujeitas a cargas de compressão. Aparato experimental específico foi projetado e construído para este fim. O projeto, bem como a aferição deste aparato, é descrito em detalhes. Este aparato permite ajustar as barras através de um sistema de apoios constituídos por uma série de rolamentos, que podem ser posicionados de forma a conferir liberdade de deslocamento à barra em duas direções distintas: radial (normal à superfície cilíndrica de assentamento) e lateral (tangencial; bi-normal). A aplicação de carga compressiva se faz na direção tangencial à hélice não-deformada. Barras com seção transversal circular e retangular, com diversos comprimentos livres de flambagem e para diferentes ângulos de assentamento, foram ensaiadas. Estudos preliminares, com barras retas, permitiram avaliar as condições efetivas de engastamento proporcionadas pelo aparato. Nestes casos foi possível induzir o fenômeno de flambagem, recuperando-se, consistentemente, os valores de cargas críticas previstas pela teoria de Euler e avaliando-se o grau de engastamento proporcionado pelo aparato experimental. Filmagem com câmera de alta velocidade permitiu observar o fenômeno de instabilidade. O comportamento estrutural das barras curvas, de seção circular e retangular, foi então estudado. Tanto o comprimento livre quanto o ângulo de assentamento foi variado. O estudo permitiu levantar base de dados experimentais do comportamento de barras helicoidais nessas condições de carregamento e de condições de contorno. No entanto, para nenhuma das diversas condições ensaiadas foi possível induzir o fenômeno de instabilidade. Tal fato poderia dar subsídios a inferências acerca do estudo da instabilidade de tubos flexíveis do tipo birdcaging. / This dissertation deals with an experimental study on the structural behavior of bars supported on a helical cylindrical surface and subject to compressive loads. A special experimental apparatus was designed and built for this purpose. The design, as well as the adjustment of such an apparatus is described in details. The device allows one adjusting the bars by using a system consisting of a series of bearings that can be positioned to give freedom to the structure in two different directions: radial (normal to the cylindrical surface) and lateral (tangential or bi-normal). The compressive load is applied in the tangential direction of the helix. Bars with circular and rectangular cross sections, with various buckling lengths and different helix angles, were tested. Preliminary studies with straight bars, have allowed to evaluate the boundary conditions offered by the apparatus. In these cases, it was possible to induce the phenomenon of buckling, obtaining, consistently, the values of critical loads provided by the theory of Euler and to evaluate the boundary conditions provided by the apparatus. The use of a high-speed camera allowed to observe the phenomenon of instability. The structural behavior of curved bars of circular and rectangular sections was also studied. Both, the test free length as the helix angle were varied. The study enabled us to get a huge amount of experimental data about the behavior of helical bars, subjected such loading and boundary conditions. However, the phenomenon of instability could not be induced, for any condition tested. This fact could collaborate for further inferences about the study of the birdcaging instability at flexible pipes.

O valor do momento crítico à flambagem lateral de vigas em regime elástico-linear é geralmente obtido na literatura técnica por meio de teorias aproximadas e definido apenas para alguns casos usuais. Entretanto, a utilização de modernas técnicas computacionais permite que o estudo da flambagem lateral não fique restrito apenas a esses casos. O objetivo deste trabalho é determinar o valor do momento crítico de vigas de aço em regime elástico-linear para diversos casos de carregamento e de vinculação, por meio de uma Teoria Não-Linear Geometricamente Exata. Estes resultados são comparados aos obtidos com o emprego de expressões baseadas em teorias aproximadas, em particular as normas de projeto NBR8800:1986, prAISC-LRFD:2003, prEN1993-1-1:2002 Stage 54 e prEN1999-1-1:2004 Stage 54. Com o emprego do programa de elementos finitos PEFSYS, realiza-se, para vigas tipo I bissimétricas, uma análise paramétrica que incorpora a faixa usual de utilização destas vigas em projetos usuais de edifícios. Estuda-se a influência da restrição ao empenamento e à rotação no plano ortogonal ao da flexão para quatro condições de vinculo nas extremidades da viga. Consideram-se ainda alguns casos adicionais, como carga aplicada fora do centro de torção e vínculos ao longo do vão, para mostrar o potencial do método de análise utilizado. / The elastic lateral buckling moment is generally obtained in technical literature by means of approximated theories, and defined just for some common cases. However, the use of recent computational techniques allows that lateral-torsional buckling’s study doesn’t remain restricted to this few cases. The intend of this work is to establish accurate values for the elastic critical moment of steel beams in several cases of loading and end-restraint, using a Geometrically Exact Nonlinear Theory. This results are compared with the ones derived from approximate theories, in particular, Brazilian code NBR8800:1986, American Specification prAISC-LRFD:2003, and European Prestandards prEN1993-1-1:2002 Stage 54 and prEN1999-1-1:2004 Stage 54. A parametrical analysis is performed for doubly-symmetric I-beams using the finite element program PEFSYS for usual range in conventional structures. The influence of warping and lateral rotation restraints is studied for four idealized support conditions. Some other cases, like transverse load applied above and below shear center and presence of bracings along the span, are accounted of to corroborate the validity and the powerful of this procedure.

O planeta Terra tem aproximadamente três quartos submersos em água, ainda assim, estima-se que somente são conhecidos 5% dos mares e oceanos. Nas últimas décadas, os AUVs (Autonomous Underwater Vehicles) se converteram em uma ferramenta útil para a exploração dos oceanos por levar a bordo vários equipamentos com um relativo baixo custo de operação. A parte estrutural dos AUVs, usualmente cascas cilíndricas, tem sido estudada. De modo geral, os objetivos desses estudos visam a manter a rigidez e deixar a estrutura mais leve, sob o critério de resistência a flambagem. A falha por flambagem, normalmente, ocorre antes da falha por resistência do material em cascas devido à sua geometria e à influência de imperfeições iniciais. Uma forma de aumentar a rigidez das cascas é o uso de enrijecedores, os quais geralmente são soldados à casca. No entanto, o uso desses enrijecedores em um veículo de pequeno porte diminui o espaço utilizados por diferentes dispositivos e instrumentos do veículo, além de resultar em possíveis inconvenientes na fabricação, tais como aumento do custo e produção de tensões residuais relativas aos processos de soldagem. Portanto, alternativas ao enrijecedor convencional devem ser buscadas para esse tipo de veículo. É possível substituir os enrijecedores convencionais por uma estrutura interna ao vaso de pressão e comum em submersíveis, a prateleira de acomodação da eletrônica. Essa estrutura, chamada aqui de enrijecedores deslizantes, possui cavernas circunferenciais que podem fornecer rigidez à casca e evitar os inconvenientes de redução de volume e de fabricação que os enrijecedores convencionais trazem. No entanto, tal substituição para o aumento de rigidez ainda não foi analisada. Portanto, neste trabalho se propõe analisar o comportamento do enrijecedor deslizante quando utilizado em substituição ao enrijecedor convencional, considerando que ambos fornecem resistência à compressão embora não apresentem as mesmas restrições de graus de liberdade. A análise é feita através de métodos analíticos e numéricos, tipicamente utilizados no estudo de enrijecedores convencionais. / The planet Earth has about three quarters of water, yet it is estimated that only 5% of the seas and oceans are known. In the last decades, the AUVs have become useful tools for the exploration of the oceans by carrying on board several equipment with a relative low cost of operation. The structural part of the AUV\'s, usually cylindrical shells, has been studied as well. In general, the objectives of these studies are to maintain rigidity and to leave the structure lighter, under the criterion of buckling resistance. The buckling failure occurs prior to failure by yielding due to its geometry and the influence of initial shell imperfections. One way to increase the stiffness of the shells is to use stiffeners, which are usually welded to the shell. However, the use of these stiffeners in a small vehicle reduces the space used for different devices and instruments of the vehicle, in addition there are manufacturing drawbacks as residual stresses related to the welding processes. Therefore, alternatives to the conventional stiffener should be sought for this type of vehicle. It is possible to replace conventional stiffeners by an internal structure to the pressure vessel and common in submersibles, the shelf of accommodation of the electronics. This structure, referred to here as sliding stiffeners, has circumferential frame bulkheads that can provide stiffness to the shell and avoid the drawbacks of volume reduction and fabrication that conventional stiffeners bring. However, such substitution for increased rigidity has not yet been analyzed. Therefore, in this work it is proposed to analyze the behavior of the sliding stiffeners when used in substitution of the conventional stiffeners, considering that both provide compressive strength although they do not present the same restrictions of degrees of freedom. The analysis is done by analytical and numerical methods, typical of conventional stiffeners.