[pt] As cargas concentradas em vigas de aço são freqüentemente encontradas na prática da engenharia civil. Nas situações onde o local de aplicação da carga é fixo, enrijecedores transversais de alma podem ser usados para aumentar a resistência, mas devem ser evitados sempre que possível por razões econômicas. Para cargas móveis, é fundamental conhecer a resistência última das almas não enrijecidas. Diversas teorias foram desenvolvidas para uma melhor formulação deste problema mas, ainda assim, o erro das fórmulas de previsão é superior a 20%. Duas são as causas desta dificuldade de se encontrar uma equação mais precisa: o grande número de parâmetros que influenciam o comportamento de uma viga sujeita a cargas concentradas, e o número insuficiente de dados experimentais presentes na literatura para o desenvolvimento de uma análise paramétrica completa. Se por um lado a criação de novos resultados experimentais é um processo que envolve tempo e dinheiro, os métodos numéricos utilizados para gerar novos dados ainda apresentam diferenças significativas. As redes neurais foram inspiradas na estrutura do cérebro, a fim de apresentarem características humanas como o aprendizado por experiência e a generalização de novos exemplos a partir dos apresentados. Estas características mostram a possibilidade da utilização das redes neurais no estudo de problemas complexos, de difícil resolução por programas convencionais, como a previsão da carga última de vigas de aço sujeitas a cargas concentradas. Este trabalho tem o objetivo de avaliar e investigar o comportamento estrutural de cargas concentradas, através de uma análise paramétrica que permita identificar a influência dos diversos parâmetros que controlam o problema. Para viabilizar esta análise, torna-se necessária a geração de novos dados. Desta forma, será investigada a possibilidade da aplicação das redes neurais na previsão da carga crítica de vigas sujeitas a cargas concentradas, a partir de um treinamento destas redes utilizando os resultados experimentais existentes na literatura. Uma revisão bibliográfica do problema foi feita, bem como uma avaliação criteriosa dos resultados a serem utilizados no treinamento das redes. Para a avaliação e/ou novo treinamento do modelo de redes neurais, também foi estudada a utilização de resultados numéricos gerados através do método de elementos finitos. Estas simulações numéricas foram executadas utilizando um sistema de interface desenvolvido neste trabalho para integrar programas de pré-processamento, análise e pós- processamento. As simulações numéricas encontradas na literatura também foram analisadas para avaliar sua incorporação ao conjunto de dados de treinamento de redes neurais. A partir da validação do modelo de redes neurais adotado, através de uma comparação dos resultados fornecidos pelas redes com os valores fornecidos pelas fórmulas de previsão existentes, uma análise paramétrica poderá ser executada dentro dos limites do treinamento das redes neurais. Estas redes poderão então ser utilizadas como uma nova ferramenta na previsão da carga crítica de vigas de aço submetidas a cargas concentradas. Os resultados obtidos neste trabalho poderão permitir, no futuro, o desenvolvimento de uma fórmula de projeto mais precisa. De posse desta nova fórmula, uma sugestão para sua incorporação em normas de projeto de estruturas de aço poderá ser feita, garantindo desta forma um dimensionamento mais seguro e econômico. / [en] Concentrated loads on steel beams are frequently found in structural engineering practice. In situations where the location of the load is fixed, traverse web stiffeners can be used to provide an adequate increased resistance, but for economic reasons should be avoided whenever possible. For moving loads, the knowledge of the unstiffened web resistance becomes imperative. Many theories were developed for a better understanding of the problem, however, a 20% error is still present in the current design formulas. A more accurate design formula for this structural problem is very difficult to be obtained, due to the influence of several interdependent parameters. On the other hand, creating new experimental results is very expensive and time consuming. As an alternative, numerical methods were used to generate new data but they still present significant differences. The neural networks were inspired in brain structure, to present human characteristics such as: learning from experience; and generalization of new data from a current set of standards. These characteristics demonstrate the possibility of using the neural networks to investigate complex problems which could not be solved by conventional programs, such as the forecasting of the ultimate strength of steel beams subjected to concentrated loads. The main objective of this work is to investigate the structural behavior of concentrated loads, by means of a parametrical analysis. This analysis can surely help to identify the influence of the several interdependent parameters. Thus, the possibility of using neural networks to generate new data is investigated. A literature survey of the problem is presented, as well as a critical evaluation of the experimental results to be used as the training data set of the neural networks. In order to evaluate or train the neural networks, the use of finite element simulations will be analyzed. These numerical simulations will be performed using a finite element method interface system which was developed to integrate the preprocessing, analysis and post-processing programs. The use of numerical results present in the literature is also analyzed and discussed. In order to validate the neural networks model, the results are compared with existing design formulas enabling the parametrical analysis to be executed. The neural networks model can also be used as a new tool to forecast the ultimate load of steel beams subjected to concentrated loads. / [es] Las cargas concentradas en vigas de acero son frecuentemente encontradas en la práctica de la ingeniería civil. En las situaciones donde el local de aplicación de la carga es fijo, enrijecedores transversales de alma pueden ser usados para aumentar la resistencia, mas deben ser evitados siempre que sea posible por razones económicas. Para cargas móviles, es fundamental conocer la resistencia de las almas no enrijecidas. Aunque diversas teorías han sido desarrolladas para obtener una mejor formulación de este problema, todavía el error de las fórmulas de previsión es superior al 20%. La dificuldad de encontrar una ecuación más precisa tiene dos causas: el gran número de parámetros que influyen en el comportamiento de una viga sujeta a cargas concentradas, y el número insuficiente de datos experimentales presentes en la literatura para el desarrollo de un análisis paramétrico completo. Si por un lado la creación de nuevos resultados experimentales es un proceso que lleva tiempo y dinero, los métodos numéricos utilizados para generar nuevos datos presentan diferencias significativas. Las redes neurales fueron inspiradas en la extructura del cerebro, con el objetivo de representar características humanas como el aprendizaje por experiencia y la generalización de nuevos ejemplos a partir de los presentados. Estas características indican la posibilidad de utilizar las redes neurales en el estudio de problemas complejos, de difícil resolución por programas convencionales, como la previsión de la carga de vigas de acero sujetas a cargas concentradas. Este trabajo tiene como objetivo evaluar e investigar el comportamiento extructural de cargas concentradas, a través de un análisis paramétrico que permita identificar la influencia de los diversos parámetros que controlan el problema. Para realizar este análisis, se hace necesario generar nuevos datos. De esta forma, se investigará la posibilidad de aplicar redes neurales en la previsión de la carga crítica de vigas sujetas a cargas concentradas, utilizando los resultados experimentales existentes en la literatura como conjunto de entrenamiento. Fue realizada una revisión bibliográfica del problema, así como una evaluación de los resultados a utilizar en el entrenamiento de las redes. Para la evaluación y/o nuevo entrenamiento del modelo de redes neurales, se estudió la utilización de resultados numéricos generados a través del método de elementos finitos. Estas simulaciones numéricas se ejecutaron utilizando un sistema de interface desarrollado en este trabajo para integrar programas de preprocesamiento, análisis y posprocesamiento. Las simulaciones numéricas encontradas en la literatura también fueron analizadas para evaluar su incorporación al conjunto de datos de entrenamiento de la red neural. A partir de la evaluación del modelo de redes neurales adoptado, se comparan los resultados obtenidos a través de la red neural con los resultados que arrojan las fórmulas de previsión existentes. Estas redes podrán ser utilizadas como una nueva herramienta en la previsión de la carga crítica de vigas de acero sometidas a cargas concentradas. Los resultados obtenidos en este trabajo podrán permitir, en el futuro, el desarrollo de una fórmula de proyecto más precisa. Ya con esta nueva fórmula, se podrá sugerir su incorporación en normas de proyecto de extructurasde acero, garantizando de esta forma un dimensionamento más seguro y económico.

[pt] Este trabalho tem como objetivo principal a aplicação do método híbrido dos elementos de contorno a problemas da mecânica da fratura linearmente elástica. São apresentados os desenvolvimentos de várias formulações e os principais aspectos das implementações computacionais referentes a cada uma delas. A consistência mecânica do método híbrido dos elementos de contorno facilita sobremaneira a compreensão dos diversos fatores envolvidos em sua aplicação à mecânica da fratura. Isto ocorre porque o apelo físico do método garante a interpretação adequada dos problemas presentes na análise dos mais diversos fenômenos da mecânica do contínuo. A contribuição mais relevante deste trabalho consiste na determinação de maneira rápida e direta do fator de intensidade de tensão em estruturas bidimensionais da elasticidade plana. Os efeitos de abertura e deslizamento das faces da trinca são considerados a partir da introdução de uma solução fundamental hipersingular, cujo entendimento físico é facilitado devido à consistência variacional do método híbrido. É proposta a utilização de uma função de Green, referente à série de Williams, nos nós do modelo estrutural correspondentes às pontas das trincas. Esta sistemática introduz os fatores de intensidade de tensão, modos I e II, como incógnitas do problema, sendo obtidos a partir da resolução do sistema de equações provenientes do método. Durante todo o desenvolvimento, são mostrados vários exemplos que validam e comprovam a aplicabilidade das formulações propostas, demonstrando a potencialidade do método quando aplicado à mecânica da fratura. / [en] Aim of this work is the application of the hybrid boundary element method to problems of the linear elastic fracture mechanics. Several formulations are introduced and the most relevant aspects of computational implementation are discussed. The mechanical consistency of the hybrid boundary element method enables the adequate mathematical description of the stress field related to a cracked continuum. The main attempt of this dissertation is to develop a computationally simples and fast procedure for the determination of stress intensity factors in two- dimensional elasticity. The effects of opening and sliding of the crack surfaces are considered by means of a hipersingular stress function, which are dealt with adequately in the frame of the variational formulation. It is shown that the stress series proposed by Williams for the local field around a crack tip may be considered as a Green´s function. As a consequence, the stress intensity factors corresponding to both Modes I and II are obtained as primary unknowns of the problem. Several numerical examples are presented in order top validate the formulations proposed. This shows the potentiality of the hybrid boundary element method for dealing with problems of the fracture mechanics. / [es] Este trabajo tiene como objetivo principal la aplicación del método híbrido de los elementos de contorno a problemas de mecánica de fracturas linealmente elásticas. Se describen varias formulaciones y los principales aspectos de su implementación computacional. La consistencia mecánica del método híbrido de los elementos de contorno facilita la comprensión de los diversos factores involucrados en su aplicación a la mecánica de fracturas. Esto ocurre porque el caracter físico del método garantiza la interpretación adecuada de los problemas que se presentan en el análisis de los más diversos fenómenos de la mecánica del contínuo. La contribuición más relevante de este trabajo consiste en la determinación de manera rápida y directa del factor de intensidad de tensión en extructuras bidimensionales de elasticidad plana. Son considerados los efectos de abertura y deslizamiento de las caras de la trinca a partir de la introducción de una solución fundamental hipersingular, cuya comprensión física se facilita debido a la consistencia variacional del método híbrido. Se propone la utilización de una función de Green, de la serie de Williams, en los nodos del modelo extructural correspondiente a las puntas de las trincas. Esta sistemática introduce los factores de intensidad de tensión, modos I y II, como incógnitas del problema, y se obtienen a partir de la resolución del sistema de ecuaciones provenientes del método. Durante todo el desarrollo, se muestran varios ejemplos que evalúan y comprueban la aplicabilidad de las formulaciones propuestas, demostrando la potencialidad del método cuando se aplica a la mecánica de fracturas.

[pt] O micro-satélite Franco-Brasileiro é um satélite científico, projetado em conjunto pelo Brasil e França. O satélite será lançado pelo foguete ARIANE 5. Em função do lançador, a estrutura do satélite deve satisfazer certas restrições como: a massa total de 100 kg, sendo a massa estrutural máxima de 10,50 kg, e primeira frequência lateral maior que 50 Hz. O projeto inicial do satélite obteve massa estrutural igual a 9,89 kg e frequência lateral igual a 18,57 Hz. O valor da frequência está muito longe da mínima exigida, e para aumentá-la sem ultrapassar a massa permitida usou-se a otimização estrutural e análise de sensibilidade. Após a otimização o modelo atingiu a frequência de 23,89 Hz e a massa passou de 9,89 para 10,50 kg. A análise de sensibilidade mostrou que o painel inferior do satélite era o mais sensível em relação a frequência. Foi proposto um novo projeto reforçado com o acréscimo de enrijecedores sob o painel inferior. Foram analisadas cinco alternativas de projeto com diferentes arranjos dos enrijecedores. Destas cinco alternativas, optou-se por trabalhar com os projetos das alternativas 2 e 3 que apresentaram os melhores resultados. Um projeto apresentou frequência de 30,88 Hz e o outro frequência de 32,32 Hz. Os dois projetos ultrapassaram a massa máxima , 10,70 kg e 11,24 kg, respectivamente. A otimização realizada aumentou a frequência e reduziu a massa ao mesmo tempo. A maior frequência obtida foi a do terceiro projeto que passou de 32,32 para 33,16 Hz. O critério de projeto que exige que a primeira frequência lateral seja maior que 50 Hz terá que ser resvisto, pois é muito difícil de ser alcançado para um limite de massa estrutural de 10,50 kg com certas restrições geométricas que também têm que ser levadas em conta. Esta mudança de critério deverá ser negociada com os projetistas do foguete ARIANE 5. / [en] The French-Brazilian Micro-Satellite is a scientific satellite designed by France and Brazil. The satellite will be launched by the rocket ARIANE 5. The layout of the satellite was conceived to satisfy certain structural constraints such as: structural mass below 10.50 kg and first lateral frequency greater than 50 Hz. The initial design of the satellite has structural mass of 9.89 kg and first lateral frequency of 18.57 Hz. This frequency is far away from the minimum required. Therefore, changes had to be made in order to increase the first lateral frequency without violating the constraint of a maximum structural mass of 10.50 kg. The sensitivity analysis showed that the frequency was much more sensit ive to changes on the lower panel of the satellite. It was proposed a change with the purpose of stiffening the lower panel. Five reinforced design projects were analyzed. Two design projects were chosen which presented the best results. One project has a first lateral frequency of 30.88 Hz and the other one a frequency of 32.32 Hz. The two projects violated the structural mass constraint, with 10.70 kg and 11.24 kg, respectively. The optimization increased the frequency and reduced the structural mass at the same time. The largest frequency obtained was the one of the third project whose frequency was 33.16 Hz. The requirement related to the minimum frequency will have to be modified because it is very difficult to be satisfied by a structure with 10.50 kg of mass. / [es] Este trabajo describe un sistema gráfico interactivo, denominado FTOOL (Frame Analysis Tool), para la enseñanza y automatización de las tareas del proyecto extructural de pórticos planos. En este trabajo se consideran las tareas de dimensionamiento de extructuras de acero según la Norma Canadiense de proyectos de extructuras de acero en edificaciones - CAN/CSA-S16.1-94. La integración completa de las fases de preprocesamiento, análisis extructural, posprocesamiento y dimensionamientos, a través de una interface amigable y eficiente, crea un ambiente donde los resultados de un paso de la modelaje pueden ser interpretados por el estudiante y utilizados como información para determinar las modificaciones del paso siguiente. Experimentar diferentes concepciones extructurales lleva a los estudiantes a una mejor comprensión del comportamiento extructural y de las fases de dimensionamiento de los pórticos. Con las implementaciones realizadas en el programa FTOOL, los estudiantes de ingeniería y los ingenieros civiles ganarán rapidez en la ejecució de un proyecto ya que es posible realizar varias análisis en un corto espacio de tiempo para una misma extructura, probando diferentes tipos de perfiles metálicos. Con tal recurso, el usuario define una extructura más económica que puede atender las solicitudes previstas en el proyecto. El sistema permite también, probar posibles padronizaciones de elementos con el objetivo de facilitar la fabricación y el montaje. Los criterios de dimensionamiento implantados en el programa permiten a los usuarios no solo automatizar las etapas sino también explorar mejor las posibilidades de entender los modos de ruína de los elementos extructurales y los parámetros controladores del dimensionamiento de la extructura metálica. Estas etapas comprenden desde la determinación de la clase hasta el cálculo de los estados límites últimos y la utilización de los perfiles de la extructura. Los resultados realizados en la extructura pueden ser visualizados como un todo o a través de consultas individuales, barra a barra. La memoria de cálculo generada por el programa auxilia a los alumnos en el estudio de todas las etapas del proceso de dimensionamiento extructural en acero. 1268 El micro-satélite Franco-Brasileiro es un satélite científico, proyectado en conjunto por Brasil y Francia. El satélite será lanzado por el foguete ARIANE 5. En función del lanzador, la extructura del satélite debe satisfacer ciertas restricciones como: masa total de 100 kg, considerando la masa extructural máxima de 10,50 kg, y primera frecuencia lateral mayor que 50 Hz. El proyecto inicial del satélite consiguió masa extructural igual a 9,89 kg y frecuencia lateral igual a 18,57 Hz. El valor de la frecuencia está muy lejos de la mínima exigida, y para aumentarla sin ultrapasar la masa permitida se utilizó optimización extructural y análisis de sensibilidad. Después de la optimización, el modelo alcanzó frecuencia de 23,89 Hz y la masa pasó de 9,89 para 10,50 kg. El análisis de sensibilidad mostró que el panel inferior del satélite era el más sensible en relación a la frequencia. Fue propuesto un nuevo proyecto reforzado con la adición de enrijecedores bajo el panel inferior. Fueron analizadas cinco alternativas de proyecto con diferentes arreglos en los enrijecedores. De estas cinco alternativas, se optó por trabajar con los proyectos de las alternativas 2 y 3 que presentaron los mejores resultados. Uno de los proyectos presentó frecuencia de 30,88 Hz y el otro, frecuencia de 32,32 Hz. Ambos ultrapasaron la masa máxima, 10,70 kg y 11,24 kg, respectivamente. Al optimizar, se produjo un aumento de la frecuencia al mismo tiempo que se redujo la masa. La mayor frecuencia que se obtuvo fue la del tercer proyecto que pasó de 32,32 para 33,16 Hz. El criterio de proyecto que exige que la primera frecuencia lateral sea mayor que 50 Hz tendrá que ser resvisado, pues resultó muy difícil de alcanzar para un límite de masa extructural de 10,50 kg con ciertas r

[pt] Ligações semi-rígidas em estruturas de aço tem apresentado uso crescente na construção metálica, pois é uma opção que permite um melhor aproveitamento da capacidade da estrutura. Neste trabalho apresentam-se as características e a classificação das ligações semi-rígidas bem como a evolução da modelagem numérica e analítica do comportamento destas ligações. Apresenta-se uma metodologia com base no método dos elementos finitos para avaliar numericamente a relação momento-rotação de conexões viga-coluna em estruturas de aço. Parte essencial desta metodologia é a modelagem da ligação e de seus diversos componentes. Um modelo completo em termos da geometria, capaz de representar a interação entre os diversos componentes da conexão é proposto. Esta modelagem inclui a discretização de todos os componentes da conexão: placa e ou cantoneiras, porcas, coluna e viga, sendo a extensão da viga e da coluna a ser considerada no modelo escolhida por calibração do mesmo. O contato entre os componentes da ligação é considerado por meio de algoritmo específico de contato com base na formulação de um problema linear complementar. Considera-se contato sem atrito entre corpos deformáveis. A fim de representar com mais fidelidade as características tridimensionais do problema, adota-se uma modelagem também tridimensional com base em elementos finitos híbridos hexaédricos de oito nós, permitindo o emprego de uma discretização relativamente grosseira. Fenômenos como a presença de grandes deformações, plastificação dos componentes e a pré-tensão dos parafusos são incluídos no modelo. Os modelos apresentados são empregados para o estudo do comportamento de ligações tipo placa de extremidade estendida e tipo cantoneira de alma simples. Para validação dos modelos são comparados os resultados numéricos com dados experimentais. Analisa-se também a participação da flexibilidade dos diversos componentes da conexão, tais como: parafuso, placa de extremidade, mesa da coluna, na resposta da conexão. / [en] Semi-rigid connections are now-a-days widely employed by steel structures. Such connections take better advantage of the overall structure capabilities. In this work the properties and classification of semi-rigid connections is discussed. Additionally numerical and analytical models for prediction of connection behavior are presented. A finite element based methodology for the numerical evaluation of moment-rotation relations and load carrying capacity of semi-rigid connections is proposed. An important feature of this model is a complete a three dimensional geometrical description of the many components of the connection, such as plates, column, beam, bolts and nuts and the interaction between them. The extension of beam and column to be modeled is determined by numerical calibration. Frictionless contact between the connection components is considered by a specific contact algorithm which ensures non- penetration and permits separation of the individual parts. In this work a solution strategy for the contact problem based on the establishment of a linear complementary problem is adopted. The three dimensional modeling is carried out by a mesh of hybrid hexahedral eight node elements, which allow the use of relatively coarse meshes. Effects such as the presence of large deformations, yielding of components and pre- stressing of bolts are present in the model. The proposed model is applied to the analysis of the behavior of extended end-plate connections and web cleat connections. The numerical results are compared to experimental data for model validation. One of the objectives of this analysis is the evaluation of the participation of each component on the overall flexibility of the connection. / [es] El uso de ligaduras semirígidas en extructuras de acero ha experimentado un crescimiento importante en la construcción metálica. Esta opción permite un mejor aprovechamiento de la capacidad de la extructura. En este trabajo se presentan las características de las ligaduras semirígidas, su clasificación; y la evolución de los modelos numéricos y analíticos del comportamiento de estas ligaduras. Se discute una metodología con base en el método de los elementos finitos para evaluar numéricamente la relación momento-rotación de conexiones viga-columna en extructuras de acero. La parte esencial de esta metodología es el modelo de la ligadura y sus diversos componentes. Se propone un modelo completo en términos de geometría, capaz de representar la interacción entre los diversos componentes de la conexión. Este modelo incluye la discretización de todos los componentes de la conexión, siendo que la extensión de la viga y de la coluna a ser considerada en el modelo, deberá ser elegida por calibración del mismo. Para considerar el contacto entre los componentes de la ligadura se utiliza el algoritmo específico de contacto con base en la formulación de un problema lineal complementar. A fin de representar con más fidelidad las características tridimensionales del problema, se adoptó un modelo tridimensional con base en elementos finitos híbridos hexaédricos de ocho nodos, permitiendo el empleo de una discretización relativamente grosera. Se incluyen en el modelo fenómenos como la presencia de grandes deformaciones, plastificación de los componentes y la pretensión de los tornillos. Los modelos presentados se emplean en el estudio del comportamiento de ligaduras tipo placa de extremidad extendida y tipo esquinero de alma simple. Para evaluar los modelos se comparan los resultados numéricos con datos experimentales. También se incluye un análisis de la participación en la respuesta de la conexión, de la flexibilidad de los diversos componentes de la conexión, tales como: tornillo, placa de extremidad, mesa de la columna.

[pt] A alvenaria é um material largamente utilizado, e é fundamental a realização de pesquisas para caracterizar seu desempenho e elevar a sua utilização a um aspecto mais estrutural, não apenas funcional (separação de ambientes). Neste trabalho é apresentada uma modelagem em elementos finitos para estruturas de alvenaria. Utilizando um modelo numérico sofisticado com base no Método dos Elementos Finitos, associado a um modelo constitutivo adequado, busca- se uma representação mais real do comportamento destas estruturas. A modelagem da alvenaria consiste na representação do comportamento dos tijolos e da argamassa, assim como da interação entre eles. Elementos de interface apresentam- se como uma escolha natural para a descontinuidade física, intrínseca ao problema. Adicionalmente, eles podem representar fissuras provenientes tanto do modo I quanto do modo II, as quais representam aberturas potenciais e deslizamentos no plano, respectivamente. Para isso é necessário acoplá-los a modelos constitutivos que detectem os diversos modos de ruptura do sistema. Também são necessárias avançadas estratégias de solução que permitam seguir a formação de deformações localizadas. Como estratégias empregadas pode-se citar o controle de deslocamentos direto, controle de deslocamento relativo e controle de comprimento de arco. Neste trabalho, um modelo elasto-plástico baseado no critério de escoamento de Mohr-Coulomb foi escolhido para a representação da interface de argamassa. Exemplos foram analisados comparativamente com resultados numéricos e experimentais. / [en] Since masonry is a widely employed material, it is fundamental to better characterize its structural performance and extend its use beyond functional applications (separation of environments). In this work a finite element model for masonry structures is presented. By using a sophisticated numerical tool based on the finite element method, associated to suitable constitutive models, the behavior of these structures is represented in a more realistic way. Masonry modeling consists in representing the behavior of bricks and mortar, as well as the interaction between them. Interface elements present themselves as a natural choice for representation of the intrinsic physical discontinuities of the problem. Additionally, they can represent cracks arising from either mode I or mode II fracture, which represent potential opening and sliding planes, respectively. This requires the coupling of interface elements with constitutive models which embrace several system failure modes. In this work, an elasto-plastic model based on the Mohr- Coulomb yield criteria was chosen for the representation of the mortar interface. The brittle response of these structures often leads to localized failure modes. Advanced strategies of solution that allow us to follow the formation of localized strains are employed, namely displacement control, relative displacement control and the arc-length method. Application of this numerical tool to some numerical examples is shown and compared to experimental results. / [es] El hormigón es un material largamente utilizado por lo que es fundamental la realización de investigaciones para caracterizar su desempeño y extender su uso a un aspecto más extructural y no apenas funcional (separación de ambientes). En este trabajo se presenta un modelo de elementos finitos para extructuras de hormigón. Utilizando un modelo numérico sofisticado con base en el Método de los Elementos Finitos, asociado a un modelo constitutivo adequado, se busca una representación más real del comportamiento de estas extructuras. El modelo representa el comportamiento de los ladrillos y de la argamasa, así como de la interacción entre ellos. Elementos de la interface se presentan como una selección natural para la discontinuidad física, intrínseca al problema. Adicionalmente, se pueden representar fisuras provenientes tanto del modo ? como del modo ??, las cuales representan aberturas potenciales y deslizamentos en el plano, respectivamente. Para ello es necesario acoplarlos a modelos constitutivos que detectan los diversos modos de ruptura del sistema. Tembién son necesarias estrategias de solución avanzadas que permitan seguir la formación de deformaciones localizadas. Como estrategias empleadas se pueden citar: el control de deslocamentos, control de deslocamento relativo y control del largo del arco. En este trabajo se eligió un modelo elasto-plástico basado en el criterio de Mohr-Coulomb para la representación de la interface de argamasa. A modo de comparación se analizaron varios ejemplos con resultados numéricos y experimentales.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo das ligações viga x coluna em estruturas de aço. As ligações são classificadas como: flexíveis, com alta capacidade de rotação, rígidas, que transmitem todo o momento de engastamento perfeito, e, situadas em um nível intermediário, as semi-rígidas, que são mais compatíveis com o comportamento real. Posteriormente, é mostrado detalhadamente o método de projeto de ligações mais usual, a partir de um sistema de trajetória de forças. Este conceito é baseado na identificação e dimensionamento de todos os elementos que compõem uma ligação, garantindo-se a compatibilidade entre o comportamento destes e as premissas assumidas no projeto estrutural. A influência das ligações no projeto global de pórticos deslocáveis e indeslocáveis também foi estudada neste trabalho. Foram analisados os processos de dimensionamento de pórticos deslocáveis com ligações rígidas, indeslocáveis com ligações flexíveis, deslocáveis com ligações semi-rígidas e, mais detalhadamente, de pórticos indeslocáveis com ligações semi-rígidas, estes últimos adotados neste trabalho.Objetivou-se o desenvolvimento de um módulo de dimensionamento e detalhamento automático de procedimentos de análise e projeto de ligações através de uma interface gráfica tridimensional. Esta interface permite ao usuário tanto o dimensionamento de ligações preexistentes, quanto a criação de novos modelos. Esta criação é feita através do conceito “building up”, ou seja, da montagem passo a passo, peça a peça da ligação, em procedimentos simples do tipo “arrastar e soltar”. Definida a ligação, procede-se com a sua identificação através de comparação com um “banco de ligações viáveis” e seu posterior dimensionamento. Como resultados finais, o módulo fornece uma memória de cálculo, uma estimativa de custos e o detalhamento completo da ligação no padrão DXF, “AutoCAD Drawing Interchange File”. Uma avaliação do comportamento semi-rígido da ligação, através do método dos três parâmetros, proposto por Chen [CHEN85], também é apresentado. / [en] This work presents an investigation of beam vs. column connections in steel structures . The steel connections can be classified as: flexible, with high rotation capacity, rigid, that fully transmit beam ends moments to the column, and semi-rigid, an intermediate level between the two above mentioned, more compatible with the real behavior. A description of the traditional method for connections design, using the forces path method is also presented. This concept, based on the identification and design of all the elements that compose a connection, is guaranteed by the compatibility among the behavior of the connection parts and the hypothesis assumed in the structural design. The influence of the connections in the global design of sway and non-sway frames is also depicted in this work. The design processes of sway frames with rigid connections, non-sway frames with flexible connections, sway frames with semi-rigid connections and, non-sway frames with semi-rigid connections, these last ones adopted in this work, are discussed in this investigation. The main objective of this work was the development of an automatic connection´s design and detailing module through a three- dimensional graphic interface. This interface allows the user to design standardized connections, as well as create new models. The creation of a new connection is made through a building up concept, with a step by step assembly, using simple drag and drop procedures. The identification of the newly crated connection is made through a comparison with a viable connections database. This is followed by the complete structural design of the connections. As final results, the program supplies a detailed description of the design procedures, costs estimation and the complete connection detailing in a standard DXF, AutoCAD Drawing Interchange File. An evaluation of the connection´s semi-rigid behavior, through the three parameters method, proposed by Chen [CHEN85], is also described and discussed. / [es] Este trabajo presenta un estudio de las ligaduras viga x columna en extructuras de acero. Las ligaduras son clasificadas como: flexíveis, con alta capacidade de rotación, rígidas, que transmiten todo o momiento de desgaste perfecto; y situadas a un nível intermediário, las semirígidas, que son más compatibles con el comportamiento real. Posteriormente, se muestra detalladamente el método de proyecto de ligaduras de mayor uso, a partir de un sistema de trajectoria de fuerzas. Este concepto tiene como base la identificación y dimensionamiento de todos los elementos que componen una ligadura, garantizando la compatibilidad entre el comportamiento de éstos y las premisas asumidas en el projecto extructural. La influencia de las ligadura en el proyecto global de pórticos deslocables e indeslocables también fue estudiada en este trabajo. Se analizaron los procesos de dimensionamiento de pórticos deslocables con ligaduras rígidas, indeslocables con ligaduras flexibles, deslocables con ligaduras semirígidas y, más detalladamente, de pórticos indeslocables con ligaduras semirígidas, estes últimos adoptados en este trabajo. El objetivo propuesto era el desarrollo de un módulo de dimensionamiento y detallamiento automático de procedimientos de análise y proyecto de ligaduras, a través de una interface gráfica tridimensional. Esta interface permite al usuario tanto el dimensionamiento de ligaduras pre-existentes, como la creación de nuevos modelos. Esta creación se realiza a través del concepto building

[pt] Este trabalho descreve um sistema gráfico interativo, denominado FTOOL (Frame Analysis Tool), para o ensino e automatização das tarefas de projeto estrutural de pórticos planos. No trabalho foram incorporadas as tarefas de dimensionamento de estruturas de aço segundo a Norma Canadense de projetos de estruturas de aço de edificações - CAN/CSAS16.1-94. A integração completa das fases de pré- processamento, análise estrutural, pósprocessamento e dimensionamentos, através de uma interface amigável e eficiente, cria um ambiente onde os resultados de um passo da modelagem podem ser interpretados pelo estudante e usados como informação para determinar as modificações de modelagem no passo seguinte. Ao testar diferentes concepções estruturais, acredita-se que os estudantes podem vir a compreender melhor o comportamento estrutural e as fases de dimensionamento dos pórticos. Com as implementações realizadas no programa FTOOL, os estudantes de engenharia e os engenheiros civis executam um projeto estrutural com maior rapidez. Isso se deve ao fato de que diversas análises podem ser realizadas em um curto espaço de tempo para uma mesma estrutura, testando-se diferentes tipos de perfis metálicos. Com tal recurso, o usuário define uma estrutura mais econômica que pode atender com segurança as solicitações previstas em projeto. Pode-se também testar possíveis padronizações de elementos visando uma facilidade de fabricação e montagem. Os critérios de dimensionamento implantados no programa permitem aos usuários não só a automatização das etapas, bem como explorar melhor as possibilidades de entendimento dos modos de ruína dos elementos estruturais e dos parâmetros controladores do dimensionamento da estrutura metálica. Estas etapas compreendem desde a determinação da classe até a cálculo dos estados limites últimos e de utilização dos perfis pertencentes à estrutura. Estas verificações são feitas através da visualização dos resultados realizados na estrutura como um todo ou através de consultas individuais, barra a barra. A memória de cálculo gerada pelo programa auxilia os alunos no entendimento de todas as etapas do processo de dimensionamento estrutural em aço. / [en] This work describes an interactive graphic system, FTOOL (Frame Analysis Tool), for teaching and automation of frame structural design process. The system uses design recommendation presents in the Canadian Standard "Limits States of Steel Structures" - CAN/ CSA-S16.1-94. The complete integration of pre-processing, structural analysis, post-processing, and design is achieved through a friendly and efficient user-interface. The results of a step by step modeling can be accessed by the students and used as information to determine the modeling modifications in the following step. When testing different structural conceptions, it is believed that the students can substantially improve the learning process of structural behaviour and design. With the implementations accomplished in the FTOOL program, Civil Engineering students and designers can speed up the structural design process. Several solutions can be tested in a short space of time, leading to a more economic structure. The program also enables the use of standard elements, which makes the fabrication and construction phases easier. The design requirements implemented in the program allow users not only the automation of the design stages, but also to explore the possibilities of understanding better the ultimate states limits that govern the behavior of the structural elements. The design process ranges from the section class determination to the accessment of ultimate limits states. These verifications are made through the results visualization of the global structure or through an individual quering of each structural member. A full description of the design process is generated by the program helping the students to understand all the stages of steel design. / [es] Este trabajo describe un sistema gráfico interactivo, denominado FTOOL (Frame Analysis Tool), para la enseñanza y automatización de las tareas del proyecto extructural de pórticos planos. En este trabajo se consideran las tareas de dimensionamiento de extructuras de acero según la Norma Canadiense de proyectos de extructuras de acero en edificaciones - CAN/CSA-S16.1-94. La integración completa de las fases de preprocesamiento, análisis extructural, posprocesamiento y dimensionamientos, a través de una interface amigable y eficiente, crea un ambiente donde los resultados de un paso de la modelaje pueden ser interpretados por el estudiante y utilizados como información para determinar las modificaciones del paso siguiente. Experimentar diferentes concepciones extructurales lleva a los estudiantes a una mejor comprensión del comportamiento extructural y de las fases de dimensionamiento de los pórticos. Con las implementaciones realizadas en el programa FTOOL, los estudiantes de ingeniería y los ingenieros civiles ganarán rapidez en la ejecució de un proyecto ya que es posible realizar varias análisis en un corto espacio de tiempo para una misma extructura, probando diferentes tipos de perfiles metálicos. Con tal recurso, el usuario define una extructura más económica que puede atender las solicitudes previstas en el proyecto. El sistema permite también, probar posibles padronizaciones de elementos con el objetivo de facilitar la fabricación y el montaje. Los criterios de dimensionamiento implantados en el programa permiten a los usuarios no solo automatizar las etapas sino también explorar mejor las posibilidades de entender los modos de ruína de los elementos extructurales y los parámetros controladores del dimensionamiento de la extructura metálica. Estas etapas comprenden desde la determinación de la clase hasta el cálculo de los estados límites últimos y la utilización de los perfiles de la extructura. Los resultados realizados en la extructura pueden ser visualizados como un todo o a través de consultas individuales, barra a barra. La memoria de cálculo generada por el programa auxilia a los alumnos en el estudio de todas las etapas del proceso de dimensionamiento extructural en acero.

[pt] As ligações estruturais desempenham um papel fundamental no comportamento global das estruturas de aço. Muitos ensaios experimentais desta ligações têm sido desenvolvidos para que se possa avaliar corretamente a influência dos parâmetros físicos e geométricos que influenciam no comportamento destas ligações. Hoje em dia, as ligações no eixo de menor inércia da coluna de pórticos contraventados são dimensionadas como flexíveis. Maiores problemas ocorrem quando este contraventamento não é possível e as ligações rígidas são utilizadas. Todavia, garantir que esta ligação tenha um comportamento rígido, principalmente no eixo de menor inércia, é algo um tanto quanto discutível. Sendo assim, a utilização de ligações semi-rígidas tornou-se viável porque tem um comportamento estrutural que melhor se aproxima da realidade e ainda possibilita uma diminuição do preço final da estrutura. Este trabalho apresenta uma avaliação do comportamento estrutural de ligações viga-coluna em estruturas de aço no eixo de menor inércia. Uma investigação dos modelos existentes de ligações semi- rígidas na literatura foi realizada e identificou dois modelos estruturais fundamentais para esta investigação: o de Kishi e Chen para o eixo de maior inércia e o de Teixeira Gomes para a menor inércia. Os sistemas de classificação de ligações existentes foram avaliadas mas ainda não se tem conhecimento de um sistema específico para o eixo de menor inércia ou da validade do uso dos sistemas de classificação gerados para maior inércia quando aplicados na menor inércia. Uma análise experimental onde três ensaios de ligação de aço viga x coluna, em escala real foi executada. Esta análise possibilitou a determinação da curva momento x rotação, resistência a flexão da ligação, evolução das tensões e deformações e possíveis modos de ruína. O presente trabalho também propõe um modelo preliminar de ligação semi-rígida com dupla cantoneira de alma e cantoneira de apoio, ou enrijecedor, no eixo de menor inércia visando sua utilização em edificações de estruturas de aço. Uma validação deste modelo preliminar foi realizada através de uma comparação com os resultados experimentais gerados. / [en] Connections perform a fundamental hole in the steel structure´s global behaviour. In order to evaluate the real influence of the physical and geometrical parameters that controls their behaviour, many experimental tests and analysis have been developed but a definitive answer to the problem in question still stands. Nowadays, the non-sway portal frame design still adopts bolted flexible connections in the column´s minor axis. Unfortunately, in the case of sway frames, the majority of connections are rigid, despite the fact that rigid connections have higher costs and rigid connections in the column minor axis have questionable true behaviour. To overcome these difficulties the use of semi-rigid connections can decrease the global structure cost, having an extra advantage of being closer to reality. This background served as motivation for the present investigation on the an evaluation of the structural behaviour of beam-column semi-rigid steel connections working in the column minor axis. A literature survey on the semi-rigid models currently in use in literature was accomplished. Two fundamental structural models were identified: the Kishi and Chen model for the bending on the column major axis and the model proposed by Gomes for the minor axis bending. A specific connection classification system developed for the major axis for the column minor axis was not found in the literature. The use of general classification for this task still deserves a validations study. An experimental programme consisting of three full scale tests of beam to column connections was carried out. This analysis enable the assessment of the moment versus rotation curve, moment capacity of the connection, stress patterns, strains and collapse mechanisms. This work also presents a preliminary semi-rigid model for the column´s minor axis, made with a double web angle and a support angle or a stiffner. A validation study of this preliminary model was accomplished through a comparison with the acquired experimental results. / [es] Las ligaduras extructurales desempeñam un papel fundamental en el comportamiento global de las extructuras de acero. Muchos ensayos experimentales han sido desarrollados para poder evaluar correctamente la influencia de los parámetros físicos y geométricos que influeyen en el comportamiento de estas ligaduras. Hoy en dia, las ligaduras en el eje de menor inercia de la columna de pórticos contraventados son dimensionadas como flexíbles. Mayores problemas ocurren cuando este contraventamento no es posible y se utilizan ligaduras rígidas. Pero garantizar que esta ligadura tenga un comportamiento rígido, principalmente en el eje de menor inercia, es algo bastante discutible. Así, la utilización de ligaduras semi-rígidas se hizo posible, porque tiene un comportamiento extructural que se aproxima mejor de la realidad y posibilita una diminuición del precio final de la extructura. Este trabajo presenta una evaluación del comportamiento extructural de ligaduras viga-columna en extructuras de acero en el eje de menor inercia. Se realizó una investigación de los modelos existentes de ligaduras semirígidas en la literatura y se identificó dos modelos extructurales fundamentales para esta investigación: el de Kishi y Chen para el eje de mayor inercia y el de Teixeira Gomes para el de menor inercia. Los sistemasde clasificación de ligaduras existentes fueron evaluados pero aún no se tiene conocimiento de un sistema específico para el eje de menor inercia o de la validad del uso de los sistemasde clasificación generados para mayor inercia cuando aplicados en menor inercia. Un análisis experimental donde tres ensayos de ligadura de acero viga x columna, en escala real fue ejecutada. Este análisis posibilitó la determinación de la curva momento x rotación, resistencia a la fexión de la ligadura, evolución de las tensiones y deformaciones y posibles modos de ruína. El presente trabajo propone un modelo preliminar de ligadura semirígida con dupla esquinera de alma y de apoyo, o enrijecedor, en el eje de menor inercia con el objetivo de utilizarlo en edificaciones de extructuras de acero. Una evaluación de este modelo preliminar fue realizada através de una comparación con los resultados experimentales generados.