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 2014-07-01T18:03:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_AnáliseElementosEstruturais.pdf: 852169 bytes, checksum: 4b6caecc5dbc0a9e7f261650487b7d28 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-07-01T19:02:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_AnáliseElementosEstruturais.pdf: 852169 bytes, checksum: 4b6caecc5dbc0a9e7f261650487b7d28 (MD5) / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2015-01-23T17:09:58Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_AnáliseElementosEstruturais.pdf: 852169 bytes, checksum: 4b6caecc5dbc0a9e7f261650487b7d28 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-01-26T11:33:25Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_AnáliseElementosEstruturais.pdf: 852169 bytes, checksum: 4b6caecc5dbc0a9e7f261650487b7d28 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-01-26T11:33:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_AnáliseElementosEstruturais.pdf: 852169 bytes, checksum: 4b6caecc5dbc0a9e7f261650487b7d28 (MD5) Previous issue date: 2014 / O presente trabalho apresenta uma visão geral da formulação da Teoria Generalizada de Vigas (Generalized Beam Theory – GBT) utilizada para avaliar o comportamento de elementos estruturais com seções transversais de parede fina abertas ramificadas arbitrárias. Não obstante os processos produtivos potencializem fabricar perfis formados a frio com tipologias geométricas diversificadas de seções transversais, paradoxalmente se observa que o pleno aproveitamento desse recurso pelo mercado da construção civil encontra limitações. A preferência por perfis de séries comerciais consagradas (U, Ue, Z, Ze, rack, cantoneira ou cartola) e seções compostas usuais (I ou Ie) pode ser explicada pelo fato de o comportamento estrutural e os fenômenos de instabilidade característicos desses perfis tradicionais terem sido objeto de criteriosas investigações que, em decorrência, resultaram na sua incorporação às normas técnicas vigentes. Por sua vez, a análise de elementos estruturais formados por seções de parede fina com geometrias não convencionais constitui um novo campo de pesquisa, o qual pode ser alavancado com a GBT, especialmente em razão de sua natureza modal, clareza na interpretação da resposta estrutural e eficiência computacional, vantagens não disponibilizadas pelos métodos numéricos tradicionais. O âmbito deste trabalho centra-se em demonstrar a versatilidade da GBT, exemplificando as possibilidades de: (i) associar perfis para originar novas seções compostas, com geometrias diferenciadas, ainda não estudadas; (ii) empregá-la como alternativa perfeitamente viável para solucionar problemas de interesse prático em Engenharia Civil, para os quais invariavelmente se recorre a técnicas numéricas e/ou a ensaios experimentais; (iii) embasar futuras revisões das normatizações, em especial a ABNT NBR 14762:2010. Para isso, realizam-se estudos paramétricos com base em análises de estabilidade de: (i) paineis enrijecidos longitudinalmente, sujeitos à compressão axial, utilizados em vigas-caixão de pontes; (ii) colunas comprimidas formadas por seções compostas; (iii) bi-vigas de pontes mistas rodoviárias de pequeno vão. ___________________________________________________________________________ / ABSTRACT: This work addresses an overview of the Generalized Beam Theory (GBT) formulation developed to analyse thin-walled members with arbitrarily branched open cross-sections. Although the manufacturing process of cold-formed steel profiles involves forming cross-sections with different geometric types, the use of this resource by the civil construction market has limitations. The preference for typical shapes (C and Z-sections, rack, angle or hat) and traditional built-up cross-sections (I-sections) can be explained by the fact that the structural behaviour and the instability phenomena of these profiles had been investigated thoroughly and, consequently, incorporated to the normative prescriptions. Thus, the analysis of thin-walled members with unconventional geometries of cross-sections constitutes a new field of research, which can be expanded with the GBT, mainly due to its modal nature, clarity in the interpretation of structural response and computational efficiency. These advantages are not provided by traditional numerical methods. The scope of this work focuses on demonstrating the versatility of the GBT, illustrating the possibilities of using it: (i) to analyse new built-up cross-sections, with varied geometries, yet not studied; (ii) as a perfectly viable alternative to solve problems of practical interest in Civil Engineering, for which numerical techniques and/or experimental essays are employed; (iii) future revisions of codes, such as ABNT NBR 14762:2010. The results of a parametric study to evaluate the buckling behaviour of stiffened panels, built-up cross-sections and two-girder bridges are presented.

Sistemas estruturais constituídos por perfis de aço são, em geral, dimensionados de uma forma \"indireta\", isto é, cada componente é analisado e verificado segundo suas capacidades teóricas individualmente, normalmente associando-se condições de extremidade e comprimentos teóricos para cada barra de modo a aproximar a sua capacidade portante sob a condição real. Contudo, importantes efeitos como a transmissão do empenamento entre as barras devido à torção e/ou distorção, as restrições localizadas impostas por sistemas de contraventamento ou componentes diversos, e também a compatibilidade de deslocamentos locais/globais entre barras conectadas não alinhadas entre si, são desconsiderados, uma vez que o estudo de tais efeitos envolve, normalmente, custosos trabalhos de modelagem através de elementos finitos de casca (e/ou sólidos), soluções numéricas complexas e demoradas, e/ou estudos experimentais caros e trabalhosos. Neste contexto, alguns recentes trabalhos apontam para um vasto campo de aplicações das inovadoras potencialidades da Teoria Generalizada de Vigas (GBT), permitindo, em particular, a análise de sistemas estruturais que consideram os diversos efeitos provocados por condições de apoio arbitrárias, diferentes posições do carregamento e efeitos decorrentes das ligações entre as barras. Contudo, apesar de tais recursos ampliarem as aplicações da GBT na análise de estabilidade de sistemas estruturais, apenas um conjunto limitado de problemas pode ser atendido, especialmente quanto às ligações entre as barras. Os recentes trabalhos envolvendo a aplicação da GBT para a análise de estabilidade de pórticos metálicos dedicaram-se ao estudo de alguns casos específicos de ligações rígidas, isto é, assumem a hipótese de transferência completa dos deslocamentos generalizados entre as barras. Assim, uma vez que a rigidez de tais ligações pode ser responsável por mudanças significativas no comportamento do sistema estrutural em questão, este trabalho procura fornecer uma solução capaz de considerar a semirrigidez das ligações metálicas associada aos parâmetros modais típicos da GBT. Além disso, dada a possibilidade de ampliar os tipos de ligações analisadas por meio da GBT, incluindo as configurações mais comumente utilizadas na prática, apresentam-se novos conjuntos de relações cinemáticas desenvolvidas para tal, assim como as referidas validações, que são realizadas por meio de análises utilizando o programa computacional ANSYS®. / Steel structural systems are usually associated with an \"indirect approach\", i.e., each component of the respective structure is analysed and verified according to its theoretical individual capacity. Normally, in order to approximate the real behaviour of the structural system, specific support conditions and effective length concepts are used to analyse each structural member separately. However, some important effects are disregarded in this procedure, like the warping transmission at frame joints (due to torsion and/or distortion), or those stemming from localized supports associated with bracing systems, as well as the local/global displacements compatibility of the cross-section walls at the joint region. Additionally, studies considering the above mentioned effects involves rather complicated and time-consuming numerical analyses using shell and/or solid finite elements, and/or expensive experimental investigation. On the other hand, some recent studies revealed a large field for application of the Generalized Beam Theory (GBT) in the context of the stability, first and second order analyses of structural systems, considering, particularly, the effects caused by arbitrary support conditions, different load positions, and the effects caused by connections between members. Nonetheless, all the recent works applying GBT for stability analysis of steel frames are focused on some specific cases of rigid connections, i.e., they assume the full transfer of the generalized displacements between the non-aligned members. Thus, given the well-known fact that the rigidity of connections may lead to considerable changes of the structural behaviour of steel structural systems, this work deals with the development of a solution to incorporate the semi-rigidity of the steel frame connections to the modal parameters of the GBT. Furthermore, given the possibility to expand the connection types analysed by means of GBT, including the most commonly used configurations adopted in practice, it is presented the related new kinematic relations developed, as well as the validation studies carried out in the software ANSYS®.

Sistemas estruturais constituídos por perfis de aço são, em geral, dimensionados de uma forma \"indireta\", isto é, cada componente é analisado e verificado segundo suas capacidades teóricas individualmente, normalmente associando-se condições de extremidade e comprimentos teóricos para cada barra de modo a aproximar a sua capacidade portante sob a condição real. Contudo, importantes efeitos como a transmissão do empenamento entre as barras devido à torção e/ou distorção, as restrições localizadas impostas por sistemas de contraventamento ou componentes diversos, e também a compatibilidade de deslocamentos locais/globais entre barras conectadas não alinhadas entre si, são desconsiderados, uma vez que o estudo de tais efeitos envolve, normalmente, custosos trabalhos de modelagem através de elementos finitos de casca (e/ou sólidos), soluções numéricas complexas e demoradas, e/ou estudos experimentais caros e trabalhosos. Neste contexto, alguns recentes trabalhos apontam para um vasto campo de aplicações das inovadoras potencialidades da Teoria Generalizada de Vigas (GBT), permitindo, em particular, a análise de sistemas estruturais que consideram os diversos efeitos provocados por condições de apoio arbitrárias, diferentes posições do carregamento e efeitos decorrentes das ligações entre as barras. Contudo, apesar de tais recursos ampliarem as aplicações da GBT na análise de estabilidade de sistemas estruturais, apenas um conjunto limitado de problemas pode ser atendido, especialmente quanto às ligações entre as barras. Os recentes trabalhos envolvendo a aplicação da GBT para a análise de estabilidade de pórticos metálicos dedicaram-se ao estudo de alguns casos específicos de ligações rígidas, isto é, assumem a hipótese de transferência completa dos deslocamentos generalizados entre as barras. Assim, uma vez que a rigidez de tais ligações pode ser responsável por mudanças significativas no comportamento do sistema estrutural em questão, este trabalho procura fornecer uma solução capaz de considerar a semirrigidez das ligações metálicas associada aos parâmetros modais típicos da GBT. Além disso, dada a possibilidade de ampliar os tipos de ligações analisadas por meio da GBT, incluindo as configurações mais comumente utilizadas na prática, apresentam-se novos conjuntos de relações cinemáticas desenvolvidas para tal, assim como as referidas validações, que são realizadas por meio de análises utilizando o programa computacional ANSYS®. / Steel structural systems are usually associated with an \"indirect approach\", i.e., each component of the respective structure is analysed and verified according to its theoretical individual capacity. Normally, in order to approximate the real behaviour of the structural system, specific support conditions and effective length concepts are used to analyse each structural member separately. However, some important effects are disregarded in this procedure, like the warping transmission at frame joints (due to torsion and/or distortion), or those stemming from localized supports associated with bracing systems, as well as the local/global displacements compatibility of the cross-section walls at the joint region. Additionally, studies considering the above mentioned effects involves rather complicated and time-consuming numerical analyses using shell and/or solid finite elements, and/or expensive experimental investigation. On the other hand, some recent studies revealed a large field for application of the Generalized Beam Theory (GBT) in the context of the stability, first and second order analyses of structural systems, considering, particularly, the effects caused by arbitrary support conditions, different load positions, and the effects caused by connections between members. Nonetheless, all the recent works applying GBT for stability analysis of steel frames are focused on some specific cases of rigid connections, i.e., they assume the full transfer of the generalized displacements between the non-aligned members. Thus, given the well-known fact that the rigidity of connections may lead to considerable changes of the structural behaviour of steel structural systems, this work deals with the development of a solution to incorporate the semi-rigidity of the steel frame connections to the modal parameters of the GBT. Furthermore, given the possibility to expand the connection types analysed by means of GBT, including the most commonly used configurations adopted in practice, it is presented the related new kinematic relations developed, as well as the validation studies carried out in the software ANSYS®.