Several different approaches to determining second-order moments in plane frames were studied during this research. The focus of the research was to compare the moments predicted by four different commercially available computer analysis programs and the current design specification, the AISC LRFD moment magnification method. For this research, the second-order moments for ten commonly designed frames were compared. An overview of various second-order analysis procedures is presented first. The solution procedure utilized by each computer program and the AISC moment magnification method are explained. Also, the frames considered in the research are described. Next the frames are analyzed and the results between each of the computer programs and the current design specifications are compared. Finally, conclusions are drawn concerning the consistency of the second-order moments predicted by each of the solution procedures and recommendations for their use are discussed. In general, each of the four computer analysis programs evaluated and the AISC moment magnification method can consistently and adequately predict the second-order moments in plane frames. / Master of Science

A vector form intrinsic finite element method ( plane frame element ) is developed and applied to study the dynamic responses of offshore template platform under wave force. The horziontal, vertical and rotational motions at each node in the finite element model also were analyzed by the developed solution procedure of offshore structures. Besides, this paper also discussed the application of viscoelastic dampers on the offshore structures. A design for the dampers incorporated in the template structure were presented, and dynamic analyses were carried out to observe the effect of the vibration mitigation on the structures .

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第23873号 / 工博第4960号 / 新制||工||1775(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科建築学専攻 / (主査)教授 大崎 純, 教授 池田 芳樹, 准教授 藤田 皓平 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

The architect, as a coordinator of complex conditions and different disciplines, has a role in the development of the master plan for the entire site, balancing technical innovation with appreciation for cultural inheritance. This thesis attempts to explore approaches to design decision making, as a response to a project's site, its history, and the larger cultural context. The above issues are investigated through the design of a multipurpose building at the east end of the Drillfield on the Virginia Tech campus in Blacksburg, Virginia. The building will form a "stage" to accommodate the daily life of the campus. In addition, the proposal was conceived to: a. emphasize both axial and radial geometric features of the site; b. redefine the edge of the oval Drillfield; c. create magnetic force between the proposed building and the existing War Memorial Chapel; d. translate the idea into tectonics. / Master of Architecture

A análise de compósitos laminados apresenta grandes desafios, pois, diferentemente dos materiais isotrópicos homogêneos, os compósitos laminados são constituídos de materiais heterogêneos e anisotrópicos. Além disso, as distribuições de tensões interlaminares obtidas com as formulações convencionais são descontínuas e imprecisas. Sua melhoria, portanto, é imprescindível para buscar e modelar critérios de falha relacionados às estruturas formadas por compósitos laminados. Diante disso, este trabalho se concentrou no desenvolvimento e implementação computacional de um elemento finito posicional de pórtico plano laminado cuja cinemática é descrita ao longo da espessura do laminado de acordo com a teoria Layerwise. A formulação do elemento considera a não linearidade geométrica, originada pela ocorrência de grandes deslocamentos e rotações, e admite deformações moderadas, em função da lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff. O desenvolvimento deste trabalho se iniciou com uma preparação teórica sobre mecânica dos sólidos deformáveis e métodos numéricos para que fossem adquiridos os subsídios teóricos necessários ao desenvolvimento de códigos computacionais, à interpretação dos resultados e à tomada de decisões quando das análises numéricas. A formulação desenvolvida é Lagrangiana total com emprego do método dos elementos finitos baseado em posições. Inicialmente o elemento finito posicional de pórtico plano homogêneo é proposto, uma vez que sua cinemática possibilita uma expansão natural para o caso laminado. Os graus de liberdade são compostos por posições nodais e por vetores generalizados que representam o giro e a variação na altura da seção transversal. A eficiência do elemento é constatada através de análises realizadas em problemas de pórtico sujeitos a grandes deslocamentos e rotações. Os resultados obtidos apresentaram excelente concordância com soluções numéricas e analíticas disponíveis na literatura. Uma expansão natural da cinemática é empregada na formulação do elemento laminado. Os graus de liberdade do elemento são as posições nodais e as componentes de vetores generalizados associados às seções transversais de cada lâmina. Dessa forma, as lâminas têm liberdade para variação de espessura e giro independente das demais, mas com as posições compatibilizadas nas interfaces. Os resultados de análises numéricas realizadas em vários exemplos demonstram a eficiência da formulação proposta, pois as distribuições de deslocamentos e tensões ao longo da espessura do laminado apresentaram excelente concordância com as obtidas a partir de análises numéricas utilizando um elemento finito bidimensional em uma discretização bastante refinada. Os exemplos analisados contemplam problemas com seção laminada fina ou espessa. / The analysis of laminated composites presents challenges because, unlike homogeneous isotropic materials, the laminated composites are made up of heterogeneous and anisotropic materials. Moreover, the distribution of interlaminar stresses obtained with conventional formulations are discontinuous and inaccurate. His improvement is therefore essential to check and modeling failure criteria related to structures formed by laminates. Thus, this work focused on developing and computational implementation of a positional finite element of laminated plane frame whose kinematics is described throughout the thickness of the laminate according to Layerwise theory. The formulation element considers the geometric nonlinearity, caused by the occurrence of large displacements and rotations, and admits moderate deformation, in the constitutive law function of Saint-Venant-Kirchhoff. The development of this work began with a theoretical preparation on mechanics of deformable solids and numerical methods for the acquired of the theoretical support needed for the development of computational codes, interpretation of results and decision-making when of the numerical analyzes. The developed formulation is total Lagrangian with use of the finite element method based on positions. Initially the positional finite element of homogeneous plane frame is proposed, since their kinematic enables a natural expansion for the laminate case. The degrees of freedom are composed of nodal positions and generalized vectors representing the spin and the variation in the height of the cross section. The efficiency of the element is verified through analyzes performed in frame problems subject to large displacements and rotations. The results showed excellent agreement with numerical and analytical solutions available in the literature. A natural expansion of the kinematics is used in the formulation of the laminate element. The degrees of freedom of the element are the nodal positions and components of the generalized vectors associated to cross-sections of each lamina. Thus, the laminas are free for the thickness variation and for independent spin, but with the positions matched in the interfaces. The results of numerical analysis performed in various examples show the effectiveness of the proposed formulation, since the distributions of displacements and stresses through the thickness of the laminate agreed well with those obtained from numerical analysis using a discretization with two-dimensional finite elements in a very refined. The examples discussed include problems with thin or thick laminated section.

A análise de compósitos laminados apresenta grandes desafios, pois, diferentemente dos materiais isotrópicos homogêneos, os compósitos laminados são constituídos de materiais heterogêneos e anisotrópicos. Além disso, as distribuições de tensões interlaminares obtidas com as formulações convencionais são descontínuas e imprecisas. Sua melhoria, portanto, é imprescindível para buscar e modelar critérios de falha relacionados às estruturas formadas por compósitos laminados. Diante disso, este trabalho se concentrou no desenvolvimento e implementação computacional de um elemento finito posicional de pórtico plano laminado cuja cinemática é descrita ao longo da espessura do laminado de acordo com a teoria Layerwise. A formulação do elemento considera a não linearidade geométrica, originada pela ocorrência de grandes deslocamentos e rotações, e admite deformações moderadas, em função da lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff. O desenvolvimento deste trabalho se iniciou com uma preparação teórica sobre mecânica dos sólidos deformáveis e métodos numéricos para que fossem adquiridos os subsídios teóricos necessários ao desenvolvimento de códigos computacionais, à interpretação dos resultados e à tomada de decisões quando das análises numéricas. A formulação desenvolvida é Lagrangiana total com emprego do método dos elementos finitos baseado em posições. Inicialmente o elemento finito posicional de pórtico plano homogêneo é proposto, uma vez que sua cinemática possibilita uma expansão natural para o caso laminado. Os graus de liberdade são compostos por posições nodais e por vetores generalizados que representam o giro e a variação na altura da seção transversal. A eficiência do elemento é constatada através de análises realizadas em problemas de pórtico sujeitos a grandes deslocamentos e rotações. Os resultados obtidos apresentaram excelente concordância com soluções numéricas e analíticas disponíveis na literatura. Uma expansão natural da cinemática é empregada na formulação do elemento laminado. Os graus de liberdade do elemento são as posições nodais e as componentes de vetores generalizados associados às seções transversais de cada lâmina. Dessa forma, as lâminas têm liberdade para variação de espessura e giro independente das demais, mas com as posições compatibilizadas nas interfaces. Os resultados de análises numéricas realizadas em vários exemplos demonstram a eficiência da formulação proposta, pois as distribuições de deslocamentos e tensões ao longo da espessura do laminado apresentaram excelente concordância com as obtidas a partir de análises numéricas utilizando um elemento finito bidimensional em uma discretização bastante refinada. Os exemplos analisados contemplam problemas com seção laminada fina ou espessa. / The analysis of laminated composites presents challenges because, unlike homogeneous isotropic materials, the laminated composites are made up of heterogeneous and anisotropic materials. Moreover, the distribution of interlaminar stresses obtained with conventional formulations are discontinuous and inaccurate. His improvement is therefore essential to check and modeling failure criteria related to structures formed by laminates. Thus, this work focused on developing and computational implementation of a positional finite element of laminated plane frame whose kinematics is described throughout the thickness of the laminate according to Layerwise theory. The formulation element considers the geometric nonlinearity, caused by the occurrence of large displacements and rotations, and admits moderate deformation, in the constitutive law function of Saint-Venant-Kirchhoff. The development of this work began with a theoretical preparation on mechanics of deformable solids and numerical methods for the acquired of the theoretical support needed for the development of computational codes, interpretation of results and decision-making when of the numerical analyzes. The developed formulation is total Lagrangian with use of the finite element method based on positions. Initially the positional finite element of homogeneous plane frame is proposed, since their kinematic enables a natural expansion for the laminate case. The degrees of freedom are composed of nodal positions and generalized vectors representing the spin and the variation in the height of the cross section. The efficiency of the element is verified through analyzes performed in frame problems subject to large displacements and rotations. The results showed excellent agreement with numerical and analytical solutions available in the literature. A natural expansion of the kinematics is used in the formulation of the laminate element. The degrees of freedom of the element are the nodal positions and components of the generalized vectors associated to cross-sections of each lamina. Thus, the laminas are free for the thickness variation and for independent spin, but with the positions matched in the interfaces. The results of numerical analysis performed in various examples show the effectiveness of the proposed formulation, since the distributions of displacements and stresses through the thickness of the laminate agreed well with those obtained from numerical analysis using a discretization with two-dimensional finite elements in a very refined. The examples discussed include problems with thin or thick laminated section.

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.