Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5600.pdf: 10655721 bytes, checksum: 604b48133312d1a477e023810b70109e (MD5) Previous issue date: 2013-03-10 / The goal of this work was develop an free educational computation tool that automates the nonlinear geometric analysis (by simple and approximate methods), the design and classification based on displacement for planar frames. The classification is made by simple method (B1 and B2) give in the NBR8800:2008, that define the structures in lower, median and high displacement. The Knowledge of the displacement classification will provide the type of analysis and nonlinearities to consider. The free source code allows the continuation of the project and the emergence of new research related to the topic.The development of this tool with a graphical and iterative interface wrote in Object-Pascal language will turn the analysis process more practical to educational or professional works. The use of this tool in steel structures contents of civil engineer courses and the knowledge of the type of analysis that must be use, from the displacement classification, are the results. Through educational parameters implemented in this computational tool, we hope to contribute to a better dynamic in the disciplines of design of steel structures in civil engineering courses in Brazil. / Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta computacional de software livre, para fins educacionais e profissionais, que automatiza de forma integrada a análise linear elástica, a classificação das estruturas quanto à deslocabilidade e a consideração da nãolinearidade geométrica (global e local) na obtenção dos esforços para dimensionamento. Esta solução, aqui denominada TRAME 4.01, foi construída a partir do aprimoramento dos recursos existentes no software gratuito TRAME 3.02. A classificação da estrutura quanto à deslocabilidade, é realizada pelo programa com base no método simplificado (B1 e B2), de classificação e amplificação de esforços, proposto pela NBR 8800:2008, que define as estruturas como sendo de pequena, média e grande deslocabilidade. Adicionalmente foi implementado o cálculo do coeficiente Gama-Z, segundo a norma NBR 6118:2007, objetivando a rápida comparação. Esta classificação permite o julgar do tipo de análise a ser utilizada e as nãolinearidades, físicas e geométricas, a serem consideradas. É de fundamental importância o desenvolvimento de ferramentas educacionais que acompanhem os constantes avanços das normas de projeto. O desenvolvimento por meio de códigos abertos de programação, permite a contínua inclusão destes avanços e o surgimento de novas pesquisas relacionadas ao tema. Dentro de uma proposta educacional, foram incorporados ao programa, recursos de pré-processamento e pós-processamento integrados em uma única interface. Seu ambiente interativo, utiliza os recursos gráficos disponíveis na linguagem Object-Pascal. Por meio de exemplos numéricos, foi possível validar os recursos implementados nesta ferramenta computacional, apresentando bons resultados na comparação com outros programas. Espera-se contribuir para uma melhor dinâmica nas disciplinas de projeto de estruturas metálicas nos cursos de engenharia civil do Brasil.

Os sistemas pré-fabricados vêm conquistando espaço em todo o Brasil. Dentre eles, os pórticos planos de elementos pré-fabricados de concreto com sistema estrutural para telhado de duas águas, comumente denominados de galpões, tem sido amplamente aplicados. Os galpões, como a matona das estruturas pré-moldadas de concreto, apresentam suas ligações, em maior ou menor grau, deformáveis. Portanto, este trabalho refere-se ao estudo da deformabilidade de uma de suas ligações: a ligação viga-pilar executada através de consolo e chumbador, e da sua influência na distribuição dos esforços solicitantes destas estruturas. Neste sentido, foram realizadas simulações numéricas, com o emprego do Método dos Elementos Finitos e ensaios físicos. Através do ensaio físico realizado no modelo da ligação viga-pilar foi possível determinar sua deformabilidade à flexão e observar seu modo de ruptura. As simulações numéricas foram realizadas tanto para obter teoricamente o valor da deformabilidade à flexão da ligação em análise, como para avaliar sua influência no comportamento estrutural dos galpões pré-moldados. Com base nos resultados obtidos, foram elaboradas algumas recomendações de projeto para os galpões pré-moldados. / The use of precast concrete structures has increased in Brazil. Among them, the precast concrete portal frames with sloping beams have been extensively used in storehouses and commercial and industrial buildings. This type of portal frame, as the most precast concrete structures, has semirigid connections. So, this work deals with the study of the semi-rigid behavior of one beam-column connection type frequently used in these structures. In this kind of connection the beam rests on a corbel which has two projecting bolts connecting it. The aim of this thesis is also to determine the influence of the flexibility connection on the structure behavior. Numerical modeling applying the Finite Element Method and experimental tests were done to analyse these aspects. The test results of a beam-column model allowed the construction of the moment-rotation diagram and the failure mode observation. The numerical modeling was done to get the value of the connection flexibility and to study its influence on the precast concrete portal frame behavior. Based on the results some design recommendations were established.

No presente trabalho foram estudadas duas ligações viga-pilar de estruturas de concreto pré-moldado com ênfase na deformabilidade ao momento fletor. A primeira é muito utilizada em galpões com sistema estrutural de pórticos para telhado com duas águas. A segunda é utilizada em estruturas de edifícios com múltiplos pavimentos. Foram realizados ensaios físicos em dois modelos de cada tipo de ligação. Com base nos resultados experimentais, foram propostos modelos analíticos, baseados no Método dos Componentes, e realizadas simulações numéricas, baseadas no Método dos Elementos Finitos, através dos quais determinou-se a curva momento-rotação das ligações em estudo. As curvas momento rotação teóricas, para as duas ligações estudadas, ficaram bastante próximas das experimentais. De acordo com os resultados, pode-se dizer que a primeira ligação teve um comportamento próximo ao de uma ligação perfeitamente rígida. Isso porque, para uma estrutura típica, ela transmitiu mais de 90% do momento equivalente ao de uma estrutura monolítica. A segunda ligação também garantiu uma boa transferência de momento fletor. Observou-se que, ao considerar a semi-rigidez dessa ligação na análise estrutural, há uma redução significativa no momento na base dos pilares mais solicitados, o que permite uma redução na armadura dos pilares e nas dimensões da fundação / The present research deals with the study of two types of precast beam-to-column connections with emphasis on the deformability analysis. The first one is extensively used in precast concrete portal frames with sloping beams. The second one is used in multi-storey framed structures. Experimental tests on two models of each type of beam-to-column connections were done. Based on the experimental results, analytical models, based on the Component Method, were proposed and numerical simulations, based on the Finite Element Method, were developed, which provide the moment-rotation curves of the studied connections. The theoretical moment-rotation curves, for both studied connections, are in good agreement with the experimental ones. According to the results, the first connection had almost the same behaviour of a rigid one. It transmitted about 90% of the bending moment of an equivalent monolithic structure. The second connection also transmitted a good portion of bending moment. It was observed that when its semi-rigidity is considered on the structural analysis there was a significant reduction on the column base bending moment and on the foundation dimensions

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver processos analíticos e programas computacionais para avaliação da estabilidade global e pré-dimensionamento de pórticos planos em concreto pré-moldado com base na garantia da estabilidade global. Em relação à avaliação da estabilidade global, são propostas duas expressões. A primeira está relacionada à expressão do limite do parâmetro de estabilidade aplicada a pórticos planos em concreto pré-moldado. A segunda expressão tem o objetivo determinar o deslocamento horizontal de topo de pórticos planos em concreto pré-moldado de um pavimento. A expressão do limite alternativo do parâmetro de estabilidade é deduzida a partir dos valores obtidos da relação entre o deslocamento horizontal médio e de topo de 1320 pórticos. A expressão é função do fator de restrição da ligação, contemplando, dessa forma, os efeitos causados pela semirrígidez das ligações no comportamento da estabilidade global desse sistema estrutural. A equação de determinação do deslocamento horizontal de topo de pórticos planos em concreto pré-moldado de um pavimento é deduzida com base no método dos deslocamentos. Em relação ao pré-dimensionamento de pórticos planos em concreto pré-moldado, são propostos processos analíticos para o pré-dimensionamento dos pilares de pórticos de um pavimento com ligação semirrígida e de pórticos de múltiplos pavimentos com ligações rígidas e articuladas. Os processos analíticos são constituídos pela expressão da rigidez equivalente de estabilidade de pórticos, desenvolvida através das equações do parâmetro de estabilidade e do seu limite alternativo. O trabalho ainda apresenta o Programa de Avaliação da Estabilidade Global e Pré-dimensionamento de Pórticos Planos em Concreto Pré-moldado, denominado PRE-MOLDIM. O programa é constituído por quatro módulos. O primeiro módulo realiza a avaliação da estabilidade global e verificação da deslocabilidade lateral de pórticos planos em concreto pré-moldado. O segundo módulo tem o objetivo de definir as dimensões mínimas dos pilares em função da garantia da estabilidade global e do deslocamento lateral admissível. O terceiro módulo define o valor da rigidez das ligações necessário para que sejam atendidos os quesitos de estabilidade global e deslocamento lateral admissível. O quarto módulo realiza o dimensionamento da armadura de continuidade de uma típica ligação viga-pilar em concreto pré-moldado. O dimensionamento da armadura de continuidade é realizado em função da garantia da estabilidade global e do deslocamento lateral admissível de pórticos planos em concreto pré-moldado. A aplicação dos processos analíticos e programas computacionais em exemplos comprovaram, de forma satisfatória, o desempenho de suas funções. Os valores obtidos pela expressão alternativa do limite do parâmetro de estabilidade são compatíveis com o limite do coeficiente \'gama\'z. Os valores do deslocamento de topo de pórticos de um pavimento com ligações semirrígidas, obtidos pelo processo analítico, são próximos dos valores obtidos pela simulação numérica. Os pilares pré-dimensionados pelos processos analíticos conseguem garantir de forma satisfatória estabilidade global dos pórticos planos em concreto pré-moldado. / The present work aims to develop analytical processes and computer programs for the evaluation of global stability and preliminary design of plane frames in precast concrete based on ensuring global stability. Regarding the evaluation of global stability, two analytical expressions are proposed. The first is related to the expression of the limit of the stability parameter applied to plane frames in precast concrete. The second expression has the objective to determine the horizontal displacement of the top of plane frames in precast concrete for a floor. The expression of the alternative stability limit of the parameter is deduced from the values obtained from the relationship between the average and the top horizontal displacement of 1320 frames. The expression is a function of the limiting factor of the connection, thus contemplating the effects caused by the semi-rigidity of the connection on the global stability behavior of this structural system. The equation for determining the horizontal displacement of the top of plane frames in precast concrete pavement is obtained based on the displacement method. Regarding the preliminary design of plane frames in precast concrete, analytical procedures are proposed for the preliminary design of column of an one store frame with semi-rigid connection and a multiple store frames with rigid and articulated connections. The analytical processes are constituted by the expression of equivalent stiffness of frame stability, developed through the equations of the stability parameter and its alternative limit. The work also presents the Program of Global Stability Evaluation and Preliminary Design of Plane Frames in Precast Concrete, called PRE-MOLDIM. The program consists of four modules. The first module performs the evaluation of global stability and verification of lateral plane frames displaceability in precast concrete. The second module aims to set minimum dimensions for the pillars due to guarantee the global stability and check the allowable lateral displacement. The third module defines the value of the connections stiffness so the matter of global stability and allowable lateral displacement are satisfied. The fourth module performs the design of continuity armor of a typical beam-column connection in precast concrete. The design armour continuity is made on the basis of ensuring the global stability and lateral displacement allowable plane frames in precast concrete. The application of analytical processes and computer programs in examples proved satisfactorily, the performance of its functions. The values obtained by the alternative expression of the limit of stability parameter are compatible with the limit of the coefficient \'gama\'z. The offset values top venting a pavement with semi-rigid connections, obtained by the analytical process, are close to the values obtained by numerical simulation. The preliminary designed pillars by analytical processes can ensure a satisfactory global stability of the plane frames in precast concrete.

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

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6242.pdf: 8638338 bytes, checksum: 94fe90943d4b53e78099d6e565e290de (MD5) Previous issue date: 2014-06-16 / The objective of this work was to evaluate the influence of the rigidity of the beam-tocolumn connections as well as the transference of forces among the structural components in steel-concrete composite structures. to do this, data regarding the Moment vs. Rotation curve behavior of a concrete filled beam-to-column connection, previously evaluated on a different work was used for comparison. The experimental value of rigidity was inserted into models of plane frames and tridimensional models, in a way that the global stability parameters can be evaluated according to the rotational stiffness of the beam-to-column connections. In order to evaluate the stability, was led in consideration the ABNT NBR 8800:2008 Brazilian code recommendations. For the numeric simulations, the software SAP 2000® was used, in which it was simulated a plane frame model with ten floors, and also a tridimensional frame, varying the number of floors. Once constructed the numerical models, for the plane frame comparative analysis were performed study of the redistribution of forces, of consumption of steel and stability considering that the beam-to-column connections represented in the models, simulate the following situations regarding the system stiffness: rigid and semi-rigid connections and also ratios of experimental stiffness. For the tridimensional model, besides the variation of the stiffness connection the influence of number of floors on the parameters of stability and distribution of forces on structural elements was also analyzed in the present study. The results showed that the stiffness of the beam-to-connections alters the distribution of forces, and that the variation on the number of floors have influence on the global stability parameter. However, it is possible to design structures with semi-rigid beam-to-column connections respecting the normative limits for the parameters of stability and reducing the consumption of steel in the form of profiles. / O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da rigidez das ligações viga-pilar no comportamento e na transferência de forças entre componentes estruturais de sistemas estruturados em elementos mistos de aço e concreto. Para isso, serão utilizados dados do comportamento Momento vs. Rotação de uma ligação viga-pilar misto preenchido já investigada experimentalmente. Os resultados experimentais de rigidez serão inseridos em modelos de pórticos planos e tridimensionais, de forma que os parâmetros de estabilidade global possam ser avaliados em função da rigidez da ligação viga-pilar. Para o estudo da estabilidade são consideradas as recomendações da norma brasileira de estruturas de aço e mistas ABNT NBR 8800:2008. Para as simulações numéricas foi utilizado o pacote computacional SAP 2000® no qual foi modelado um pórtico plano com dez pavimentos e um pórtico tridimensional, variando-se o número de pavimentos e a rigidez das ligações. Para o pórtico plano foram realizadas análises comparativas da distribuição de esforços, do consumo de aço e da estabilidade considerando que as ligações viga-pilar representadas no modelo simulem as seguintes situações quanto à rigidez: ligações rígida e semirrígida, cuja rigidez foi determinada experimentalmente, além de parcelas desta rigidez experimental. Para os pórticos tridimensionais, além da variação de rigidez, foi analisada a influência do número de pavimentos sobre os parâmetros de estabilidade e distribuição de esforços nos elementos estruturais. Os resultados mostraram que a rigidez das ligações altera a distribuição dos esforços e a variação no número de pavimentos influencia nos parâmetros de estabilidade global. No entanto, é possível conceber estruturas com ligações viga-pilar semirrígidas respeitando os limites normativos para os parâmetros de estabilidade e reduzindo o consumo de aço sob a forma de perfis.