Em geral, os desenvolvimentos na literatura e em códigos de construção voltados para projeto sísmico tem grande ênfase em edifícios civis e seu respectivo comportamento dinâmico. Entretanto, em diversas ocasiões, faz-se necessário o projeto e dimensionamento de equipamentos ou estruturas de geometria e comportamento distintos dos de um edifício usual. Contudo, são encontradas em diferentes normas afirmações e advertências de que as informações lá contidas aplicam-se inteiramente a essas estruturas ou construções similares. Nesses documentos, emitidos por vários países para aplicação em seus respectivos territórios, são estabelecidos procedimentos e métodos. Ademais, opções para análise são propostas, com base em diversos fatores como o tipo de estrutura resistente, a função da edificação, os custos relacionados, a importância da obra e as características geológicas do local de construção. Nesse trabalho, foi realizado o estudo de estruturas para máquinas de fabricação de papel, de modo analítico e por meio do método dos elementos finitos, com respeito a projeto sísmico. Esses equipamentos consistem de pórticos metálicos suportados por estruturas civis, e que suportam rotores por cuja superfície passa o papel durante operação. Os métodos usualmente presentes em normas, força horizontal equivalente, análise espectral e análise transiente com históricos de acelerações no tempo foram aplicados, e suas respostas comparadas e comentadas. Buscou-se como resultado uma melhor compreensão das considerações e dos métodos mais adequados para essas estruturas, assim como das eventuais variações ocasionadas pela sua aplicação. / Usually, the progresses in codes and technical literature regarding seismic analyses are aimed at civil buildings and their dynamic behavior. Nevertheless, frequently, the dimensioning and construction of equipments or structures with distinct geometry and behavior are required. In numerous codes, though, statements that the comprised information should be fully applied solely to buildings and similar constructions are found. In these codes, issued by many countries for the application in their respective territories, there are procedures and criteria established for seismic design. Moreover, applicable analysis methods are presented, and the selection of which one to employ is based on details as type of resistant systems, intended occupation, rebuilding costs, significance and the geological features of the erection site. In this work, the study of structures for paper production machines is presented, regarding seismic analysis and employing analytical and the finite element methods. These machines consist of metallic frames supported by civil structures and supporting rotors, whose surfaces are in contact with the paper web. The methods usually found in codes, equivalent lateral force, spectrum analysis and transient with acceleration time history were considered, and their results compared and commented afterwards. A better understanding of the more appropriate methods and input parameters for these structures was intended, as well as of any eventual deviation caused by their use.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-06-26T13:15:46Z No. of bitstreams: 1 130280.pdf: 2352145 bytes, checksum: 7735ca6f4563534b4ce662e5975059a3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-26T13:15:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 130280.pdf: 2352145 bytes, checksum: 7735ca6f4563534b4ce662e5975059a3 (MD5) Previous issue date: 1972-09 / Este trabalho desenvolve um método para análise tridimensional de estruturas de edifício, dotadas ou não de pilares, parede e caixas resistentes, submetidas a carregamentos horizontais e verticais. São incluídos os efeitos de todos os deslocamentos de nós e admitida a hipótese do diafragma para as lajes. É apresentado um programa automático, dimensionado para calcular, os esforços e deslocamentos, em estruturas máximas de 50 andares e 25 nós em planta, desenvolvido no computador IBM 360/40. Este programa caracteriza-se pelo tratamento em faixa e montagem em blocos da matriz de rigidez global da estrutura. São apresentados exemplos de estruturas calculadas por este método. / The scope of this thesis is to develop a method for the analysis of building skeletons. The analysis takes into account the combined effect of columns, beams, shear walls and box shaped shear walls, under the action of vertical and horizontal loads. All the joint displacements are considered. The slabs are assumed as two-dimensional rigid membranes. A Computer program is presented allowing computations of displacements and internal forces for buildings up to 50 stores with up to 25 joints for each floor. The prograrn was designed for a IBM 360/40 computer. This prograrn takes advantage of the properties of the band matrix that caracterizes the stiffness matrix. The technique used to assemble and store the stiffness matrix is a modified version of the partition method. Some examples are presented using this method.

Em geral, os desenvolvimentos na literatura e em códigos de construção voltados para projeto sísmico tem grande ênfase em edifícios civis e seu respectivo comportamento dinâmico. Entretanto, em diversas ocasiões, faz-se necessário o projeto e dimensionamento de equipamentos ou estruturas de geometria e comportamento distintos dos de um edifício usual. Contudo, são encontradas em diferentes normas afirmações e advertências de que as informações lá contidas aplicam-se inteiramente a essas estruturas ou construções similares. Nesses documentos, emitidos por vários países para aplicação em seus respectivos territórios, são estabelecidos procedimentos e métodos. Ademais, opções para análise são propostas, com base em diversos fatores como o tipo de estrutura resistente, a função da edificação, os custos relacionados, a importância da obra e as características geológicas do local de construção. Nesse trabalho, foi realizado o estudo de estruturas para máquinas de fabricação de papel, de modo analítico e por meio do método dos elementos finitos, com respeito a projeto sísmico. Esses equipamentos consistem de pórticos metálicos suportados por estruturas civis, e que suportam rotores por cuja superfície passa o papel durante operação. Os métodos usualmente presentes em normas, força horizontal equivalente, análise espectral e análise transiente com históricos de acelerações no tempo foram aplicados, e suas respostas comparadas e comentadas. Buscou-se como resultado uma melhor compreensão das considerações e dos métodos mais adequados para essas estruturas, assim como das eventuais variações ocasionadas pela sua aplicação. / Usually, the progresses in codes and technical literature regarding seismic analyses are aimed at civil buildings and their dynamic behavior. Nevertheless, frequently, the dimensioning and construction of equipments or structures with distinct geometry and behavior are required. In numerous codes, though, statements that the comprised information should be fully applied solely to buildings and similar constructions are found. In these codes, issued by many countries for the application in their respective territories, there are procedures and criteria established for seismic design. Moreover, applicable analysis methods are presented, and the selection of which one to employ is based on details as type of resistant systems, intended occupation, rebuilding costs, significance and the geological features of the erection site. In this work, the study of structures for paper production machines is presented, regarding seismic analysis and employing analytical and the finite element methods. These machines consist of metallic frames supported by civil structures and supporting rotors, whose surfaces are in contact with the paper web. The methods usually found in codes, equivalent lateral force, spectrum analysis and transient with acceleration time history were considered, and their results compared and commented afterwards. A better understanding of the more appropriate methods and input parameters for these structures was intended, as well as of any eventual deviation caused by their use.

A combinação do Método dos Elementos de Contorno e do Método dos Elementos Finitos é o procedimento usualmente empregado na análise da flexão de placas interagindo com o solo. Usando-se da associação de ambos os métodos pode-se tirar vantagens de cada um deles e, consequentemente, chegar a uma técnica melhorada para tratar com problemas práticos. Contudo, a formulação do MEF não representa bem as tensões e os esforços concentrados ao longo do contorno, que podem ocorrer devido à maior rigidez da placa quando comparada com o meio solo, como a formulação do MEC faz. Por isso, a flexão de placas sobre base elástica é aqui proposta utilizando-se apenas das formulações do MEC, ou seja, tanto os problemas tridimensionais quanto os problemas de placas são tratados pela formulação de contorno para casos elastostáticos e elastodinâmicos. Duas diferentes formas de tratar problemas de flexão elastodinâmica de placas são discutidas, enfatizando possíveis instabilidades numéricas que as duas técnicas podem exibir. Finalmente, depois de propor a combinação dos problemas tridimensional e de placas, os resultados de exemplos numéricos apresentados mostram as vantagens e desvantagens da técnica proposta. / The combination of the boundary element and the finite element methods is the usually employed procedure to analyse plates in the bending interacting with the supporting soil. By using the association of both methods one can take the advantage of each method and consequently reach an improved technique to deal with practical problems. However, the FEM formulation can not represent well the stress and effort concentrations along the boundary, that may occur due to the higher plate stiffness when compared with the soil media, as the BEM technique does. Therefore, the plate bending on elastic foundation is proposed here using only BEM formulations, i.e. both the three-dimensional and the plate problems are formulated by boundary formulations for the elastostatic and elastodynamic cases. Two different ways to deal with the elastodynamic plate bending problem are discussed, emphasizing possible numerical instabilities that those techniques may exhibit. Finally, after proposing the combination of the three-dimensional and plate problems, results of numerical examples presented to show the advantages and disadvantages of the proposed technique.

A combinação do Método dos Elementos de Contorno e do Método dos Elementos Finitos é o procedimento usualmente empregado na análise da flexão de placas interagindo com o solo. Usando-se da associação de ambos os métodos pode-se tirar vantagens de cada um deles e, consequentemente, chegar a uma técnica melhorada para tratar com problemas práticos. Contudo, a formulação do MEF não representa bem as tensões e os esforços concentrados ao longo do contorno, que podem ocorrer devido à maior rigidez da placa quando comparada com o meio solo, como a formulação do MEC faz. Por isso, a flexão de placas sobre base elástica é aqui proposta utilizando-se apenas das formulações do MEC, ou seja, tanto os problemas tridimensionais quanto os problemas de placas são tratados pela formulação de contorno para casos elastostáticos e elastodinâmicos. Duas diferentes formas de tratar problemas de flexão elastodinâmica de placas são discutidas, enfatizando possíveis instabilidades numéricas que as duas técnicas podem exibir. Finalmente, depois de propor a combinação dos problemas tridimensional e de placas, os resultados de exemplos numéricos apresentados mostram as vantagens e desvantagens da técnica proposta. / The combination of the boundary element and the finite element methods is the usually employed procedure to analyse plates in the bending interacting with the supporting soil. By using the association of both methods one can take the advantage of each method and consequently reach an improved technique to deal with practical problems. However, the FEM formulation can not represent well the stress and effort concentrations along the boundary, that may occur due to the higher plate stiffness when compared with the soil media, as the BEM technique does. Therefore, the plate bending on elastic foundation is proposed here using only BEM formulations, i.e. both the three-dimensional and the plate problems are formulated by boundary formulations for the elastostatic and elastodynamic cases. Two different ways to deal with the elastodynamic plate bending problem are discussed, emphasizing possible numerical instabilities that those techniques may exhibit. Finally, after proposing the combination of the three-dimensional and plate problems, results of numerical examples presented to show the advantages and disadvantages of the proposed technique.

Este trabalho pretende estabelecer bases para a análise de estruturas correntes feitas em taipa de pilão. Esse material, constituído quase que somente por terra obtida no local da obra, tem todas as propriedades do que se chama uma construção sustentável, incluindo um mínimo de consumo de energia, se comparado as estruturas convencionais em aço e concreto. O texto é dividido em três temas principais. O primeiro trata de revisão da pouca literatura técnica existente sobre o assunto, incluindo a descrição das técnicas de construção e de seleção e preparo dos materiais. O segundo abrange a pesquisa feita pela autora no preparo e ensaio de corpos de prova do material, com a intenção de obter parâmetros que são o insumo para a análise propriamente dita de estruturas desse tipo. Esta análise é a terceira parte do trabalho, a qual consiste no processamento de modelos tridimensionais de elementos finitos de estruturas de construções hipotéticas em taipa de pilão. / This work intends to provide basis for the analysis of common structures built of rammed earth. This material, constituted almost entirely of earth obtained in the place where the building will stand, has all the properties of what is known as sustainable construction, including a minimal consume of energy, as compared to conventional steel or concrete structures. The text is divided in three main themes. The first reports the review the little existing technical literature on the subject, including the description of the building procedures and the selection and preparation of the materials. The second reports research conducted by the author on the preparation and testing of samples of the material, in order to obtain the parameters needed in the analysis of structures of this type. This is the third part of the work, consisting in the numerical analysis of three dimensional finite element models of hypothetical buildings made of rammed earth.

Este trabalho desenvolve e apresenta um modelo tridimensional em elementos finitos de um cabo umbilical do tipo STU (Steel Tube Umbilical) utilizado na extração offshore de petróleo. Tal modelo é utilizado para estudar o carregamento de crushing, que é imposto ao cabo umbilical pelas sapatas do tensionador durante o seu lançamento, de modo a obter de forma detalhada a distribuição de tensões nos componentes do núcleo, com foco nos tubos de aço utilizados para o transporte de fluidos. A metodologia empregada no desenvolvimento do modelo é descrita detalhadamente ao longo do trabalho, de forma que possa vir a ser utilizada no estudo de outras configurações de cabos umbilicais. O modelo elaborado é utilizado (i) como paradigma para a validação de um modelo bidimensional, que visa analisar o mesmo problema de forma mais simples e rápida, e (ii) para o estudo do comportamento das tensões nos tubos de aço na região de transição de entrada/saída da sapata. Na comparação entre os modelos bi e tridimensional, o trabalho conclui pela validade do modelo bidimensional na avaliação das tensões nos tubos de aço resultantes do carregamento de crushing, na região central do cabo. O estudo realizado na região de transição de entrada/saída da sapata permitiu verificar que ocorre um aumento dos níveis de tensão nos tubos de aço nessas regiões de transição, com redistribuição do campo de tensões após plastificação. / This project proposes a three-dimensional finite element model of a Steel Tube Umbilical Cable used in the offshore oil extraction. This model is used to study the crushing load imposed to the cable by the shoes of the tensioner during its installation, in order to obtain a detailed distribution of stresses in the components of the core, focusing on the steel tubes used for fluid transportation. The methodology employed in the development of the model will be fully described throughout the study, allowing to reproduce it in the analysis of different umbilical configurations. The developed model is used (i) as a paradigm for the validation of a two-dimensional model, which aims to analyze the same problem in an easier and faster manner, and (ii) to study the behavior of the stresses in the steel tubes in the entry/exit transition region of the shoe. Comparison between the two and three-dimensional models allows to conclude for the validity of the two-dimensional in evaluating the stresses in the steel tube resulting from the crushing load, in the central region of the cable. The study performed in the entry/exit transition region of the shoe has enabled do verify that there is an increase of the stress levels in the steel tubes in these transition regions, with field stress redistribution after plastification.

Este trabalho objetiva o estudo específico, teórico e numérico, da determinação dos diferentes modos de colapso, elásticos e elastoplásticos, de uma estrutura tubular sujeita a esforços: pressão externa, flexão e flexo-pressurização. Entre os mais importantes elementos estruturais básicos, analisaremos inicialmente o modelo de um anel comprimido por uma carga radial. Isso significa determinar as pressões de instabilidade, elástica e elastoplástica, e de colapso, com os correspondentes modos, para anéis com diferentes relações diâmetro-espessura, D/t , submetidos a uma série gradual de pressões externas. A Estabilidade estrutural é computada utilizando uma formulação variacional, com discretização por elementos finitos. O modelo material pressupõe comportamento elastoplástico, com pequenas deformações. A análise não linear envolve a aplicação de pressurização externa aos anéis, de forma incremental, para a obtenção da resposta, tomando em conta a falta de circularidade inicial dos mesmos. Casos específicos envolvendo anéis de paredes finas e grossas serão considerados. Será analisado depois o estudo da resposta e da estabilidade de tubos de metal de parede fina e relativamente grossa sob flexão e flexo-pressurização através do método dos elementos finitos. Durante as últimas décadas este problema tem muito sido estudado através de métodos analíticos e experimentais. A maioria das soluções, entretanto, referem-se ao comportamento destas estruturas sob condições elásticas. No entanto, uma experiência de um elemento tubular é um problema inerentemente não linear com flambagem ou colapso do cilindro tomando lugar. Ás vezes com localização. Confrontaremos no final principalmente os resultados numéricos com aqueles da literatura, Kyriakides et al (1987), (1991) e (1992). / This work looks first at the determination of instability pressures as well as elastoplastic collapse, with the corresponding modes of rings with different diameter/thickness ratios under incremental external pressure loading and . Structural stability is computed by a variational formulation with discretization by finite elements. Material modeling considers elastoplastic behaviour with small deformations. Non Linear analysis produces the response curves considering lack of initial out-of-roundness. .After the response and stability of long and relatively thick wall metal tubes under bending and combined bending and external pressure were studied through experimental and analytical methods during the last decades. Most of the solutions, however, refered to the behavior under elastic conditions. In these cases we used the Finite Element Method with several discretizations. Nonetheless these experiments of a tube element is an inherently nonlinear problem with cylinder buckling or collapse taking place. Sometimes with localization. At the end numerical results are mainly compared to experimental measurements of Kyriakides et al (1987), (1991) e (1992).

A análise isogeométrica (AIG) de estruturas consiste em construir a geometria exata ou aproximada de um modelo computacional a partir de funções criadas por meio de tecnologias de Computer Aided Design (CAD), tais como B-Splines, NURBS (Non-Uniform Rational BSplines) e T-splines, e aplicar o conceito de análise isoparamétrica, ou seja, representar o espaço de solução para as variáveis independentes em termos das mesmas funções que representam a geometria. O presente trabalho visa o estudo da análise isogeométrica aplicada a vigas planas, com a utilização de B-Splines e NURBS para aproximação de deslocamentos. São desenvolvidos modelos isogeométricos de vigas planas baseados nas hipóteses de Bernoulli- Euler e Timoshenko, e alguns exemplos de aplicação são realizados a fim de comparar os resultados numéricos com soluções analíticas, mostrando boa concordância. Uma questão pertinente à AIG corresponde à imposição de vínculos em pontos do domínio em que as funções básicas não sejam interpolatórias ou os vínculos desejados não forem diretamente relacionados aos graus de liberdade do elemento, que é o caso do elemento de viga de Bernoulli-Euler, já que as rotações geralmente não são tidas como graus de liberdade mas há a necessidade de se prescrever condições de contorno/conexão nas mesmas para descrever problemas físicos. Essa questão é tratada no presente trabalho através dos Métodos de Lagrange e de penalidade. São realizados exemplos de aplicação construídos com elementos de viga de Bernoulli-Euler utilizando os métodos de Lagrange e de penalidade na imposição de vínculos e na conexão entre pontos de regiões de domínio. / Isogeometric analysis (IGA) consists on building the geometry of the computational model with functions created by Computer Aided Design (CAD) technologies, such as B-Splines, NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) and T-Splines. Then, isoparametric concept is employed, that is, the solution space is represented by means of the same functions used to describe the geometry. The aim of the present contribution is the study of isogeometric analysis applied to 2D beams with interpolation via B-splines and NURBS. Two-dimensional isogeometric beam formulations based on Bernoulli-Euler and Timoshenko assumptions are presented. Some examples of application are given and results are compared to analytical solutions, showing good agreement. An important issue about IGA corresponds to the imposition of constraints at points of domain in which the shape functions are not interpolatory, or the desired constraints are not directly related to the degrees of freedoms. This may occur for Bernoulli-Euler beams since rotations are not usually defined as degrees of freedom, but they need to be assessed for prescription of some boundary/connection conditions. This is done in present contribution by employing both Lagrange and penalty methods. Some examples of structures composed by 2D isogeometric Bernoulli-Euler beam elements are solved by using Lagrange and Penalty methods to impose constraints and to make the connection between domain regions.

Este trabalho pretende estabelecer bases para a análise de estruturas correntes feitas em taipa de pilão. Esse material, constituído quase que somente por terra obtida no local da obra, tem todas as propriedades do que se chama uma construção sustentável, incluindo um mínimo de consumo de energia, se comparado as estruturas convencionais em aço e concreto. O texto é dividido em três temas principais. O primeiro trata de revisão da pouca literatura técnica existente sobre o assunto, incluindo a descrição das técnicas de construção e de seleção e preparo dos materiais. O segundo abrange a pesquisa feita pela autora no preparo e ensaio de corpos de prova do material, com a intenção de obter parâmetros que são o insumo para a análise propriamente dita de estruturas desse tipo. Esta análise é a terceira parte do trabalho, a qual consiste no processamento de modelos tridimensionais de elementos finitos de estruturas de construções hipotéticas em taipa de pilão. / This work intends to provide basis for the analysis of common structures built of rammed earth. This material, constituted almost entirely of earth obtained in the place where the building will stand, has all the properties of what is known as sustainable construction, including a minimal consume of energy, as compared to conventional steel or concrete structures. The text is divided in three main themes. The first reports the review the little existing technical literature on the subject, including the description of the building procedures and the selection and preparation of the materials. The second reports research conducted by the author on the preparation and testing of samples of the material, in order to obtain the parameters needed in the analysis of structures of this type. This is the third part of the work, consisting in the numerical analysis of three dimensional finite element models of hypothetical buildings made of rammed earth.