Este trabalho utiliza uma teoria não linear tridimensional de barras de [1], que considera o empenamento da seção transversal como uma das variáveis do problema, para a análise de perfis de aço por meio do Método dos Elementos Finitos. A equação constitutiva apresentada em [2] é aqui expressa de forma completa, com os termos de ordem cúbica e superiores antes desprezados. A influência da inclusão desses termos sobre a estabilidade da barra pode assim ser estudada com maior profundidade. O modelo constitutivo obtido foi implementado em um programa computacional de elementos finitos, e diversos exemplos numéricos são apresentados para validar a teoria aqui desenvolvida. Foi possível obter a instabilidade por flexo-torção com a equação constitutiva completa aqui desenvolvida, onde antes não era possível em [2]. Melhorando o modelo constitutivo. / This work presents a nonlinear tridimensional beam theory of [1], which encompasses cross-sectional warping as one of the model variables, and its application to the analysis of steel profiles with the Finite Element Method. The constitutive equation presented in [2] is fully developed, including the third and higher order terms neglected therein. The influence of the inclusion of such terms on the beam stability could then be studied more deeply. The obtained constitutive model was implemented in a computational Finite Element program and several numerical examples are presented to validate the theory here developed. The complete constitutive equation made possible to determine instability in composite flexural torsional states, a clear contribution to the model developed in [2].

Este trabalho de pesquisa apresenta um modelo numérico para a análise de estruturas planas sob excitação aleatória induzida pelo vento. O comportamento não-linear da estrutura é considerado adotando-se um modelo constitutivo elasto-plástico para o material, aço estrutural. Os elementos das estruturas estudadas estão sujeitos ao surgimento e desaparecimento de rótulas plásticas, levando a um dimensionamento mais econômico. O conhecimento a respeito de vibrações aleatórias de estruturas lineares encontra-se estabelecido. Por outro lado, poucos resultados encontram-se disponíveis para o caso não linear considerado. Para a simulação de vibrações aleatórias uma análise de Monte Carlo é utilizada. Uma função de densidade espectral de potência das velocidades do vento é usada para gerar um certo número de funções harmônicas de carregamento. Os ângulos de fases destes harmônicos são gerados por um algoritmo pseudo-aleatório. Para cada função de carregamento realiza-se uma integração direta no tempo pelo método de Newmark. A grande quantidade de dados de resposta é tratada estatisticamente de modo a permitir a obtenção de conclusões, a respeito da possibilidade de ocorrência de eventos desfavoráveis, do ponto de vista da engenharia. / This work presents a numerical model to analyze structures under random dynamic excitation induced by the wind. The structure is considered to have nonlinear behavior due to the elastic-plastic constitutive law adopted for the material, structural steel. The members of the studied structures may experience formation or disappearance of plastic hinges, leading to a more economic design. Random vibrations of linear structures is a well established subject. On the other hand, very few results are available for the nonlinear case as the one considered. To simulate random vibrations a Monte Carlo type analysis is used. A power spectral density function for wind velocity is used to generate a large number of harmonic input functions. Their phase angles are generated via a pseudo-random algorithm. Numerical time integration using Newmark’s method is performed for each input function. The large amount of response data obtained is statistically treated to allow for useful engineering conclusions on the probability of occurrence of unfavorable events.

A presente Dissertação apresenta algumas metodologias disponíveis para o dimensionamento do material de revestimento contra fogo de estruturas de aço em situação de incêndio. Incluem-se métodos analíticos simplificados conforme normas em vigor e resultados de análises experimentais obtidos por laboratórios internacionais e nacional. Detalha-se também a aplicação do programa de computador Super Temp Calc (STC), em análise térmica e dimensionamento de pilares, revestidos ou não por material de revestimento contra fogo, em contato com alvenarias. Comparações entre esses métodos e sugestões de emprego para a prática de projeto também são contemplados neste trabalho. / This present work shows some methodologies to determine the thickness of the fire protective material in steel structures in a fire situation. It shows analytical methods based on actual standards and results of experimental analysis by international and national laboratories. The application of the program Super Temp Calc (STC) is detailed, by thermal analysis and designs of columns, with fire protection or not, in contact with masonry. Comparisons between some methods and suggestions by use for design´s practical also are contemplated in this work.

O interesse pelo estudo de estruturas em situação de incêndio vem aumentando dadas as inúmeras ocorrências internacionais, que resultaram em colapso estrutural de edificações. As recentes revisões das normas técnicas brasileiras reforçam a preocupação de organismos públicos e da comunidade técnica. A contribuição deste trabalho é determinar como os esforços resistentes em perfis isolados de aço são afetados pela ação térmica provenientes do incêndio, ou melhor, em função das variáveis que modelam o incêndio natural. Para tanto foi desenvolvido o programa de computador STRESFIRE capaz de calcular a ação térmica conforme curvas paramétricas, a transferência de calor para a peça de aço e o esforço resistente em função da temperatura na formulação a ser apresentada na revisão da NBR 14323:1999. / The interest by study of structures in fire situation has increased due to several international occurrences, which resulted in structural collapse of buildings. The recent revisions of the Brazilian technical standards reinforce the concern of public organisms and technical community. The contribution of this work is determine how the structural resistance of isolated steel element is affected by fire thermal action, in other words, the variables that model the natural fire. A software STRESFIRE was developed, which calculates the temperatures in the compartment, the heat transfer to steel member and the fire resistance by analytical methods.

O presente trabalho apresenta proposta de análise numérica de perfis de aço formados a frio submetidos à compressão centrada. Trata-se de investigação, realizada por meio de elementos finitos, com vistas à análise da influência de imperfeições geométricas iniciais presentes em perfis U simples e U enrijecido, sob os aspectos de sua forma, magnitude e sentido. A imperfeição geométrica é adotada na forma de modos de falha local, global e distorcional, observando a suscetibilidade a tais modos para a seção de interesse. Cada tipo de imperfeição é avaliado de forma isolada e, em seguida, de forma associada (conjunta). São apresentados aspectos referentes à estratégia de modelagem adotada na construção dos modelos numéricos, bem como aspectos de interesse com relação às análises não-lineares aqui consideradas. Para fins de obtenção da força de colapso, fica examinada a possibilidade de empregar modos de falha isolados para representar as imperfeições geométricas, porém, com a amplitude previamente ajustada. Para os casos de imperfeições associadas, para representar a imperfeição geométrica, se destaca o papel do sentido da imperfeição do tipo global com relação a sua associação às imperfeições dos tipos local e distorcional para perfis U enrijecidos, bem como à imperfeição do tipo local para perfis U simples. / The work presents a numerical analysis on cold-formed steel members compressed between pinned ends. One is about an inquiry carried through in finite elements in which it was studied the influence of initial geometric imperfections, existing in plain channels and lipped channels, under the aspects of its form, magnitude and signal. The geometric imperfection is adopted on the forms of the local, global and distortional buckling modes, observing the susceptibility to such modes for each type of section. Each imperfection is evaluated on the isolated way and after that of associated way. Referring aspects to the strategy of modeling adopted in the construction of the numerical models are presented, as well as aspects of interest with regard to the developed nonlinear analyses. For ends of attainment of the ultimate load, it is examined the possibility to use isolated buckling modes to represent the geometric imperfections, as long as the amplitude it is adjusted. The cases that had applied coupled imperfection to represent the geometric imperfection detach the paper of the signal of the imperfection of the global type with regard to its association to the imperfections of the types local and distortional for lipped channels and, to the one of the local type for plain channels.

Atualmente, os perfis de chapa dobrada têm encontrado intensa aplicação como elementos estruturais nas construções em aço e como consequência, estão sujeitos aos mais diversos tipos de carregamentos. Este trabalho apresenta os aspectos gerais do dimensionamento de perfis de chapa dobrada submetidos à flexão enquanto utilizados como vigas propriamente dito e, também, enquanto utilizados como terças. Analisam-se seções tipo U, tipo U enrijecido e tipo Z enrijecido. Os ensaios em perfis fletidos foram realizados sobre 3 diferentes condições de carregamento, com dois vãos distintos, em um total de sessenta e quatro perfis ensaiados. Para os perfis conectados às telhas de aço, os ensaios foram realizados em uma \"caixa de sucção\" desenvolvida especificamente para este projeto. Os perfis foram conectados às telhas pela mesa por meio de parafusos auto-brocantes, sendo realizados quinze ensaios. Os resultados dos ensaios são comparados com os resultados teóricos, resultados normatizados e resultados de alguns procedimentos aproximados. / Nowadays, the cold-formed steel members have intense application as structural elements in constructions and, in consequence, they are subjected to several types of loads. This work presents the general aspects of the study of cold-formed steel members subjected to flexion used as beams and, also, as purlins. Sections of type U, type C and type Z are analysed. The tests in beams were carried out under three different conditions of loads, with two distinct spans, in total of sixty four tests. For the purlins connected to roof system, the tests were in a \"suction box\", developed especially for this project. The purlins were connected to the roof system by the flange by using self-drilling screws, being carried out fifteen tests. The results of those tests are compared with the theoretical results, design specification provisions and results of some approximated procedures.

O presente trabalho teve como objetivo principal estudar, em caráter essencialmente numérico via ANSYS v9.0, a elevação de temperatura em seções transversais de elementos estruturais de aço e mistos de aço e concreto, com vistas a uma avaliação das equações propostas pelo método simplificado de cálculo da NBR 14323:1999, em especial, para situações em que não ocorra aquecimento uniforme por todos os lados do elemento. São apresentados modelos numéricos de seções transversais de elementos estruturais de aço, mistos de aço e concreto e, em caráter complementar, de madeira, em situação de incêndio, para avaliar a evolução dos níveis de temperatura ao longo do tempo. São também construídos e analisados modelos numéricos com vistas à análise do efeito da elevação de temperatura no comportamento mecânico em vigas de aço de um edifício de interesse. A determinação dos níveis de temperatura em seções transversais de elementos estruturais, obtidas com base nas prescrições normativas da NBR 14323:1999, conduzem a resultados satisfatórios, porém, com temperaturas próximas as temperaturas máximas obtidas numericamente. Para os casos usuais não contemplados pela NBR 14323:1999 fica evidente a necessidade do emprego de modelo avançado de cálculo ou de estudos com vistas ao desenvolvimento de ferramentas analíticas para emprego em tais situações. Com relação à análise do efeito da elevação de temperatura no comportamento mecânico, os fatores de redução de resistência para as vigas em situação de incêndio obtidos via ANSYS resultaram inferiores àqueles obtidos via TCD v5.0, com base na análise da seção transversal e procedimentos normativos. / This research presents a study, within the context of numerical analysis with ANSYS v9.0, in which the main goal has been driven to obtain the rise of temperature in steel and composite steel-concrete structural elements cross sections with the purpose of evaluating the temperature determination by normative equations proposed in brazilian standard NBR 14323:1999, considering the simple calculation model, specially in situations with not uniform exposition of the elements cross sections to the fire. Numerical models of steel, composite steel-concrete and wooden structural elements cross sections in fire situation are presented to evaluate the levels of temperature throughout the time. Numerical models to analyze the effect of the rise of temperature in the mechanical behavior of steel beams of a building of interest are also presented. The temperature levels obtained for structural elements by prescriptions of NBR 14323:1999 lead to satisfactory results but with temperatures near to the maximum temperatures obtained numerically. For the usual cases not contemplated by the NBR 14323:1999, is evident the necessity of employing advanced calculation models or studies for the development of analytical methods for such situations. With respect to the analysis of temperature rising effects in the mechanical behavior, the reduction factors for the resistance in fire situation, obtained by ANSYS, resulted smaller than those ones obtained by TCD v5.0, with base on the analysis of elements cross sections and normative procedures.

Este trabalho apresenta resultados teóricos e experimentais sobre o comportamento estrutural de ligações parafusadas viga-coluna com chapa de topo. São estudados dois tradicionais métodos de dimensionamento e as ligações são analisadas numericamente, via método dos estados limites. Os resultados são comparados com os obtidos através de ensaios de 35 protótipos, nos quais variou-se, alternadamente, a espessura da chapa de topo e o diâmetro dos parafusos. Discute-se, em particular, a influência destes parâmetros no comportamento momento-rotação das ligações com chapa de topo e, ao final, apresentam-se as conclusões pertinentes e recomendações para o prosseguimento dos estudos. / This work presents the theoretical and experimental results on the structural behavior of bolted end plate connections. They are designed by two traditional methods and analyzed by the finite element method. Comparisons are made between the FEM results and those obtained by an experimental analysis on 35 cruciform welded profile models, in which end plate thickness and bolt diameter was alternately varied. Special attention is paid for evaluating the influence of these parameters in the moment rotation behavior of the connections. Finally, the remarks and conclusions are presented and some topics for posterior researches are suggested.

No Brasil, a pequena gama disponível de perfis laminados e o custo relativamente elevado dos perfis soldados, têm impulsionado o emprego dos perfis formados a frio nos edifícios de pequeno porte, em associação com as tradicionais lajes de vigotas pré-moldadas, constituindo um sistema misto cujo comportamento estrutural ainda é pouco conhecido. Embora haja similaridades com as clássicas vigas mistas em perfis laminados e soldados e laje maciça, é fundamental investigar o comportamento estrutural das vigas mistas em perfis formados a frio, uma vez que (i) os conectores de cisalhamento devem apresentar compatibilidade estrutural e construtiva com as vigas as quais serão concectados, (ii) pela reduzida capacidade de rotação das vigas de aço, comprometendo os modelos de cálculo que admitem, por hipótese, a plastificação total da seção mista para a determinação do momento fletor resistente e (iii) pela dificuldade de posicionamento da armadura transversal (armadura de costura). Neste trabalho foi desenvolvido um estudo teórico e experimental sobre conectores em perfil U formado a frio e vigas mistas constituídas por perfis formados a frio e laje de vigotas pré-moldadas. O estudo dos conectores, por meio de ensaios de cisalhamento direto, permitiu a avaliação da influência da altura e espessura na resistência e rigidez, e ainda permitiu ajustar a expressão da norma americana AISC:2005, estabelecida para cálculo da resistência de conectores em perfil U laminado, aos perfis formados a frio. Da análise das vigas mistas simplesmente apoiadas, por meio de simulações numéricas e ensaios experimentais, verificou-se a influencia da: armadura de costura, do posicionamento dos conectores em relação às vigotas treliçadas e do deslizamento na interface e suas implicações principalmente na determinação do deslocamento vertical. Os resultados indicaram que se deve adotar um momento fletor resistente inferior ao momento de plastificação total da seção mista, e que a posição e taxa de armadura transversal interferem no panorama de fissuração da laje, mas têm pequena influência na resistência da viga mista. / In Brazil, the lack of hot-rolled members and high cost of welded steel beams have increased the use of composite beams made of cold-formed steel beams and floor system with lattice girder beams, whose structural behavior is not perfectly understood. Although this system is similar to the one composed of hot-rolled steel beams and concrete slabs, it is important to study its structural behavior due to some reasons: (i) the shear connectors must have structural and constructive compatibility with the beams they are connected, (ii) the small rotations of the steel beams jeopardize the concept of total yielding of composite section, which is currently used to evaluate the resistant moment, (iii) the complexity in placing the conventional shear reinforcement. This work presents an experimental and theoretical analysis on channel cold-formed connectors and composite beams made of cold-formed steel beams and concrete slabs with lattice girder beams. The push out tests of shear connectors evaluated the influence of their height and thickness on strength and stiffness of the system, and made possible to adjust the empiric expression of AISC:2005, originally developed for hot-rolled channel connectors, to fit the behavior of cold-formed connectors. Additionally, the influence of transverse reinforcement, relative position of connectors to lattice girder beams and interface slippage on vertical displacements were evaluated through numerical and experimental analysis. The results showed that the resistant moment is smaller than the calculated considering total yielding of the cross section. Besides this, the position and amount of transverse reinforcement amount have strong influence on crack configuration but not on the strength of the system.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-12-12T15:55:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação de mestrado - Análise dinâmica de torres para telecomunicações (Revisão Definitiva).pdf: 5572516 bytes, checksum: 3aeb29a09ea2819f49316a79c5388a73 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-12T15:55:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação de mestrado - Análise dinâmica de torres para telecomunicações (Revisão Definitiva).pdf: 5572516 bytes, checksum: 3aeb29a09ea2819f49316a79c5388a73 (MD5) Previous issue date: 2015-12-11 / Na última década, o crescimento da telefonia celular no Brasil venceu os limites das grandes capitais, levando a rede a cobrir municípios antes desprovidos de tal tecnologia. A transmissão do sinal pode ocorrer de diversas formas, mas, de fato, a mais comumente utilizada é por meio de antenas sustentadas por torres metálicas. Na prática, as antenas são instaladas em qualquer momento após a montagem da torre, mesmo anos após sua construção, sem qualquer verificação estrutural e, por vezes, excedendo a capacidade de carga nominal. Além disso, na maioria dos casos, não são levados em conta certos cuidados com relação ao posicionamento de suportes e das próprias antenas. Portanto, é comum encontrarmos antenas instaladas de forma inadequada, sendo colocadas fora da silhueta da torre. Este posicionamento, aliado com a ação dinâmica ocasionada pelo vento, pode trazer problemas graves à estrutura. Neste trabalho, são apresentados dois casos reais de torres metálicas que sofreram danos estruturais devido ao problema em questão. Este trabalho tem como principal objetivo apresentar uma solução de amortecimento para as vibrações causadas pelo vento em antenas para telecomunicações. A proposta visa utilizar elastômeros, como o Neoprene, entre a cantoneira do montante e as abraçadeiras dos suportes, reduzindo assim o período de vibração e, consequentemente, os efeitos da fadiga. / In the last decade, the growth of mobile telephony in Brazil won the boundaries of the great capitals, leading the network to cover cities before devoid of such technology. The signal transmission can occur in various ways, but, in fact, the most commonly used is through antennas supported by steel towers. In practice, the antennas are installed at any time after assembly of the tower, even years after its construction, without any structural verification and sometimes exceeding the rated load capacity. Moreover, in most cases, care is not taken into account in relation to the positioning brackets and their antennas. Therefore, it is common to find antennas installed improperly, being placed outside the tower silhouette. This positioning, combined with dynamic action brought by the wind, can bring serious problems to the structure. In this work, we present two real cases of metal towers that have suffered structural damage due to the problem at hand. The objective of this work is to present a solution for damping the vibrations caused by the wind in telecommunications antennas. The proposal to use elastomers, such as neoprene, between the bracket and the tower column, thus reducing the vibration period and, consequently, the effects of fatigue.