Orientador: Renato Pavanello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:06:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_JoseRenatoCamargode_M.pdf: 900634 bytes, checksum: 7d09144ab82cbff0aa85b10715cb7bae (MD5) Previous issue date: 2004 / Mestrado

Orientadores: Fernando Iguti, Dante A. O. Martinelli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-18T16:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vizotto_Isaias_D.pdf: 6706804 bytes, checksum: 305850a294e6ba7eb7343b8c74b9aad6 (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: Para estruturas em casca, as formas geométricas são importantes para se obter comportamentos estruturais adequados. O estado de tensão que ocorre numa casca depende diretamente da sua forma geométrica. O estado de tensão ideal para estas estruturas é o de compressão pura. Neste trabalho, é apresentado um processo relativamente simples para geração de formas de estruturas em casca por meio de técnicas de programação matemática combinadas com a técnica de elementos finitos. Como resultado da aplicação desta formulação, é possível a definição de formas geométricas para estruturas em casca em que as cargas aplicadas são equilibradas, principalmente, por esforços internos de membrana. Entretanto, isto não exclui a possível existência de outros carregamentos que podem causar estados de tensão diferentes da compressão pura. Por meio do modelo proposto é possível simular computacionalmente uma membrana flexível, de qualquer formato, sobre a,qual podem atuar vários carregamentos, incluindo o efeito de pressão. Sob a influência e a atuação destes carregamentos, a membrana é deformada até uma das suas configurações de equilíbrio, que define uma superfície média para a estrutura em casca fina a ser construída. No caso do carregamento de pressão pode ser mostrado, no caso geral, que o sistema de forças não é conservativo. No modelo para geração de formas de estruturas em casca é utilizado um elemento finito triangular plano de membrana, com a hipótese de tensão-deformação constante, modificado para permitir a consideração de deslocamentos normais ao seu plano. A equação constitutiva adotada para descrever o comportamento do material é uma relação linear entre as tensões e deformações. A definição de deformação utilizada é a de Green, sendo considerados grandes deslocamentos e grandes deformações de modo exato. No modelo computacional existe a possibilidade de se impor um deslocamento de valor conhecido à membrana, obtendo-se assim formas geométricas simplesmente pela distorção da geometria plana inicial. Deste modo é possível projetar formas livres e esbeltas de estruturas em casca para coberturas, com quaisquer formatos na projeção horizontal e que, em essência, possuam aproximadamente um comportamento de acordo com a Teoria de Membrana / Abstract: In shell structures, geometrical shapes are important for the determination of their correct behavior. The stress state is strongly dependent on the geometrical shape. The ideal stress state for these structures is the pure compression state. In this work a relati vely simple process to generate free form shells by means of mathematical programming combined with the finite element technique is presented. As a result of the application of such formulation it is possible to define geometrical shapes for the shells where the applied loadings are equilibrated mainly by membrane action. This doesn't however preclude the existence of loadings which cause noncompressive stress. With the proposed model it is possible to simulate automatically a flexible membrane, with any shape, able to carry a larger number of loading conditions, including pressure loads. Under the action of these loads the membrane is deformed reaching one of its equilibrium configurations, which will define the midle surface of the shell to be built. For pressure loadings it can be shown that, generally, the system of forces is nonconservative. The finite element used to generate free form shells is the constant stress-strain triangle modified to consider out of plane displacements. The constitutive equation to model corresponds to linear elasticity. Exact displacements and strains are used for the membrane, using Green's strains. In the computational model it is possible to impose a known displacement to the membrane and to obtain geometrical shapes just distorting the initial configuration. In this way it is possible to design free form thin shells working as membranes with generic projection in plant the material behavior formulation for large / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-08-01Bitstream added on 2014-12-02T11:21:17Z : No. of bitstreams: 1 000792446.pdf: 3597835 bytes, checksum: f7a2a579969065c50aa537117aca958a (MD5) / O uso do método dos elementos finitos é bem difundido por meio de softwares comerciais, porém o procedimento matemático muitas vezes passa despercebido pelos usuários. Os softwares utilizam o método principalmente em análises de estruturas sólidas, transferência de calor, fluidos e eletromagnetismo. Tais softwares são caros e muitas vezes não acessíveis a estudantes ou profissionais da área. Para usuários que precisam realizar uma análise de elementos estruturais como treliças e pórticos a aquisição deste tipo de software é inviável economicamente. Este trabalho desenvolveu uma rotina em Visual Basic for Aplication do Excel utilizando o referido método, capaz de realizar análises estruturais em treliças planas e espaciais, vigas planas e pórticos planos, tornando acessível a aqueles que querem analisar tais estruturas ou que querem conhecer melhor o método. O Microsot Excel está presente na maioria dos computadores com o sistema operacional Microsoft Windows o que o viabiliza sua portabilidade entre computadores sem grandes dificuldades. A validação dos resultados foi feita por comparação dos resultados obtidos no software ANSYS / The use of the finite element method is well diffused through commercial software, but the mathematical procedure often goes unnoticed by users. The software uses the method in the analysis of solid structures, heat transfer fluids and electromagnetism. Such software is expensive frequently not accessible to students or professionals. For people who want to do an analysis of structural elements such as truss and frames to purchase this kind of software is uneconomical. This work developed a routine in Visual Basic for Aplication of Micrsoft Excel using the finite element method, able to do analysis in space trusses, plane beams and plane frames, turning accessible one who want analyze such structures or those who want to know well the method. The Microsoft Excel has features matrix operations and various mathematical operations and any other operation or manipulation of data required it has programming in Visual Basic for Aplication. Excel is being on most computers with Microsoft Windows operating system enables what its portability between computers without bigger difficulties. For this a review of the finite element method and Excel features have been realized. Validation of results was done by comparing results obtained in ANSYS software

Apresenta-se neste trabalho a análise numérica de um edifício de 32 pavimentos, em concreto armado, situado na cidade do Recife. Primeiramente foi realizada a modelagem pelo método dos elementos finitos apenas para a estrutura em concreto. Em seguida realizou-se a modelagem considerando o efeito dos painéis de alvenaria de vedação no comportamento estrutural do edifício, através do modelo de barras diagonais equivalentes. E, depois, a modelagem mais refinada de alguns desses painéis, submetidos ao carregamento proveniente dos pórticos. Os resultados obtidos nos processamentos dos modelos com barras equivalentes e sem elas foram comparados entre si, a fim de se analisarem as reações de apoio e deslocamentos no topo do edifício para os dois modelos. Constatou-se um aumento na rigidez do edifício, bem como a redistribuição dos esforços. Foram analisados também os esforços nos painéis de alvenaria a fim de se verificar em que pavimentos e em que geometria de pórticos as alvenarias estavam sujeitas a maiores tensões / The work presents results from numerical analyses performed in a 32-storey reinforced concrete building in Recife. Numerical finite element analyses were performed taking into account the modeling of reinforced concrete members only as well as the masonry infill panels, considered as equivalent diagonal struts. It was also analyzed a more refined model consisting of isolated infill masonry panels subjected to frame loading from 3-D finite element analyses. Support reaction, stress resultants and displacements on the top of the buildings, obtained from performed analyses, were compared. An increase in building stiffness was observed as well as stress resultant redistribution. Infill masonry panel stresses were also investigated in order to find out the places where it is most stressed

Made available in DSpace on 2017-06-01T17:57:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elilde Medeiros.pdf: 1143833 bytes, checksum: 753821a53256142f318470c59cb69f82 (MD5) Previous issue date: 2007-08-17 / The work presents results from numerical analyses performed in a 32-storey reinforced concrete building in Recife. Numerical finite element analyses were performed taking into account the modeling of reinforced concrete members only as well as the masonry infill panels, considered as equivalent diagonal struts. It was also analyzed a more refined model consisting of isolated infill masonry panels subjected to frame loading from 3-D finite element analyses. Support reaction, stress resultants and displacements on the top of the buildings, obtained from performed analyses, were compared. An increase in building stiffness was observed as well as stress resultant redistribution. Infill masonry panel stresses were also investigated in order to find out the places where it is most stressed / Apresenta-se neste trabalho a análise numérica de um edifício de 32 pavimentos, em concreto armado, situado na cidade do Recife. Primeiramente foi realizada a modelagem pelo método dos elementos finitos apenas para a estrutura em concreto. Em seguida realizou-se a modelagem considerando o efeito dos painéis de alvenaria de vedação no comportamento estrutural do edifício, através do modelo de barras diagonais equivalentes. E, depois, a modelagem mais refinada de alguns desses painéis, submetidos ao carregamento proveniente dos pórticos. Os resultados obtidos nos processamentos dos modelos com barras equivalentes e sem elas foram comparados entre si, a fim de se analisarem as reações de apoio e deslocamentos no topo do edifício para os dois modelos. Constatou-se um aumento na rigidez do edifício, bem como a redistribuição dos esforços. Foram analisados também os esforços nos painéis de alvenaria a fim de se verificar em que pavimentos e em que geometria de pórticos as alvenarias estavam sujeitas a maiores tensões

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In order to obtain the best relation between the parts of a structural system of precast concrete, this work proposes to perform the optimization of plane frames with semi-rigid connections between beams and columns. For this, some frames were simulated numerically using the Finite Element Method, in which beams and columns were modeled by beam elements and the beam-column connections by spring elements, allowing the modification of its stiffness. The implemented objective function was based on the search of lowest stiffness connection, which would meet the global stability of the building. At the end of the process, a connection model with great stiffness was adopted to compose the frame, followed by checking the horizontal displacement maximum allowed. The importance of considering the stiffness connection is to avoid idealizations in design that tend to consider the connections as perfectly articulated or perfectly rigid. Connections in central column and corner column with fixity factor about 0.32 and 0.27, respectively, were responsible for reducing the bending moments at the base of the columns by 36%, while reducing the displacement at the top of the frame reached 76%. For a second frame, semi-rigid connections between beam and column averaging fixity factor of 0.33 were sufficient to satisfy the maximum allowable horizontal displacement and the acting moment at connection. This proves that even connections with low constraints provide significant gains from a structural point of view, without loss of the constructive aspects and assembly. / Com a finalidade de obter a melhor relação entre as partes de um sistema estrutural de concreto pré-moldado, propõe-se realizar a otimização de pórticos planos com ligações semirrígidas entre vigas e pilares. Para isto, alguns pórticos foram simulados numericamente através do Método dos Elementos Finitos, em que vigas e pilares foram modelados por elementos de barra e as ligações viga-pilar por elementos de mola, possibilitando a modificação de sua rigidez. A função objetivo implementada baseou-se na busca da menor rigidez da ligação, que atendesse a estabilidade global da edificação. Ao final do processo, um modelo de ligação com rigidez ótima foi adotado para compor o pórtico, seguindo com a verificação do deslocamento horizontal máximo permitido. A importância da consideração da semirrigidez da ligação está em evitar idealizações de projeto que tendem a considerar as ligações como perfeitamente articuladas ou rígidas. Ligações para pilar central e para pilar de canto com fator de restrição da ordem de 0,32 e 0,27, respectivamente, foram responsáveis por reduzir o momento na base dos pilares em 36%, enquanto que a redução do deslocamento no topo do pórtico atingiu 76%. Já para um segundo pórtico analisado, ligações semirrígidas entre viga e pilar com fatores de restrição médio de 0,33 foram suficientes para atender o deslocamento horizontal máximo permitido e o momento solicitante da ligação, atingindo um parâmetro de estabilidade global igual a 1,12. Isto comprova que mesmo ligações com baixas restrições geram ganhos significativos do ponto de vista estrutural, sem prejuízos dos aspectos construtivos e de montagem. / Mestre em Engenharia Civil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta pesquisa utilizou-se um equipamento experimental que utiliza o método do eco-impacto produzido no Laboratório de Ensaios Físicos do Instituto Politécnico do Rio de Janeiro (UERJ/IPRJ), para estimar a espessuras de placas de concreto através da propagação de ondas de tensão geradas por um impacto. Para determinação dessa espessura, foram investigados vários mecanismos de estruturação do protótipo do equipamento com objetivo de se obter a melhor leitura possível, por meio das literaturas existentes. Entre parâmetros avaliados no estudo, estava o modelo de sensor a ser utilizado, o tipo de impactor, a precisão relacionada à aquisição de dados e o tratamento do mesmo, a distância entre o ponto de impacto e o transdutor (sensor), e o local de teste. Os resultados experimentais concordam com as previsões teóricas e revelam que este método é eficiente para análise de estrutura de concreto. A análise da espessura e resposta em frequência de um novo protótipo desenvolvido e os testes realizados possibilitou um erro médio de espessura real para amostras sem agregados de 0,39% e para as amostras com agregados com de 0,64%. Esses resultados apontam que o equipamento produzido tem potencial e que o mesmo pode ser utilizado para avaliação de estrutura de concreto. / In this research we used an experimental device that uses the method of impact-echo on Physical Testing Laboratory of the Polytechnic Institute of Rio de Janeiro (UERJ/IPRJ), to estimate the thickness of concrete slabs through the propagation of stress waves generated by an impact. To determine this thickness, several mechanisms for structuring the prototype equipment in order to obtain the best possible reading by means of existing literatures were investigated. Among the parameters evaluated in the study was the model of sensor being used, the type of impact, the precision related to the data acquisition and processing thereof, the distance between the impact point and the transducer (sensor), and test site. The experimental results agree with the theoretical predictions and show that this method is effective for analyzing concrete structure. The thickness analysis and frequency response of a new prototype and testing allowed an average error of actual thickness for samples without aggregates and 0.39 % for samples with aggregates with 0.64 %. These results indicate that the product produced has potential and that it can be used for evaluation of concrete structure.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The main objective of this work is to analyze the behavior of guyed towers of different heights, subject to the following solicitations: wind loads, dead weight, and prestress of the stays. The study was done in order to better understand the influence of some static and dynamic parameters in these structures. Guyed towers are structures that are utilized in several applications, such as, for instance, transmission towers. Besides determining the best quantity, disposition, and inclination angle of the stays for these systems, it was verified the influence of different methods used to calculate wind loads in the following results: Von Mises stresses, forces on the stays, and the resulting displacement. The methods used were the ones mentioned in the Brazilian Standards NBR6123/1988, and in order to calculate the wind loads acting on the tower, algorithms in MATLAB® were implemented. The tower masts were designed using the admissible stress method. For the three-dimensional models in finite elements and their analysis, were elaborated APDLs (ANSYS Parametric Design Language) the structural systems, in such away to optimize the time spent on the modeling and to reduce possible source of uncertainty. The results analysis consists in evaluating the sensitivity of the design variables in terms of: Von Mises stresses, forces on the stays, and resulting displacements. Also, modal analyses were done to verify the influence of the support conditions on the base of the mast on the natural frequencies of the structure. The obtained results showed that the inclination angle of the stays with respect to the mast can be reduced, propitiating an area reduction occupied by the tower. It was also observed, that the resulting displacements of these structures are more sensitive to the studied parameters than the stresses and the forces on the stays. The studies done and the obtained results show a better understanding of the structural and the dynamic behaviors of this type of structure. / Este trabalho tem por objetivo analisar o comportamento de torres estaiadas de diferentes alturas. Estas estão sujeitas as solicitações de vento, peso próprio e pré-tensão nos estais. Foi feito um estudo com a finalidade de conhecer a influência de determinados parâmetros na resposta estática e dinâmica dessas estruturas. Torres estaiadas são estruturas utilizadas em diversas aplicações, como por exemplo, em torres de transmissão. Além, de determinar a quantidade, disposição e ângulo de inclinação ótimos dos estais para esses sistemas, verificouse ainda, a influência dos modelos de cálculo das solicitações de vento, sugeridos pela NBR 6123/1988, nas tensões de Von Mises, esforços nos estais e deslocamentos resultantes nas estruturas. Os mastros das torres foram dimensionados utilizando o método das tensões admissíveis. As solicitações advindas da atuação do vento nas torres foram obtidas através de algoritmos implementados em MATLAB®, utilizando os vários modelos de cálculo apresentados na norma brasileira. Para modelagem tridimensional em elementos finitos e realização das análises, foram elaboradas rotinas em linguagem APDLs (ANSYS Parametric Design Language) para os sistemas estruturais, de maneira a parametrizar os modelos e otimizar o tempo gasto na modelagem. Foi realizada uma análise para avaliar a sensibilidade de determinadas variáveis de projeto tais como, quantidade, posicionamento e ângulo de inclinação dos estais, em termos de tensões de Von Mises, esforços nos estais e deslocamentos resultantes. Ademais, foram realizadas análises modais para verificar a influência das condições de contorno da base do mastro sobre as freqüências naturais da estrutura. Os resultados obtidos mostraram que o ângulo de inclinação dos estais com relação ao mastro pode ser reduzido, propiciando uma redução da área ocupada pela torre. Observouse também, que os deslocamentos resultantes dessas estruturas são mais sensíveis aos parâmetros estudados do que as tensões e os esforços nos estais. Os estudos realizados e os resultados obtidos levam a uma melhor compreensão do comportamento estrutural e dinâmico desse tipo de estrutura. / Mestre em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Conventional structural analysis of buildings in reinforced concrete is performed considering beam-column connections as rigid. However, experimental results prove the existence of relative rotations in beam-column connections of reinforced concrete structures, showing the partial transfer of bending moment. In this study the influence of the stiffness of beam-column connections on the structural behavior of multi-storey buildings in reinforced concrete was investigated. On a first stage, the value of the rotation restriction of connections was varied, observing the impact on horizontal displaceability of the structure, on the γz coefficient, on the negative and positive moments of the beams and on the longitudinal reinforcement of the pillars. This analysis was performed for buildings with 05, 10, 15 and 19 floors. The results show that the reduction of the rotation restriction of connections increases the values of the horizontal displacements, of the γz coefficient, of the positive moments and of the reinforcement of the pillars. The increases that occur on the values of the analyzed parameters become larger as the number of floors of buildings increases. On a second stage, the same building was calculated with rigid connections and deformable connections. In order to determine the factor αR of deformable connections, two analytical models available in literature were used, and a comparison between the results obtained by each analytical model was also performed. Based on the results, it is concluded that neglecting the influence of the stiffness of the beam-column connections on the analysis of monolithic reinforced concrete structures may result in different solutions compared to the real behavior of the structure. The stiffness values obtained with the analytical models that were used differ considerably from the condition of rigid connections, suggesting an adjustment on the standard consideration of rigid connections adopted by the computer programs of structural calculation. / A análise estrutural convencional de edificações em concreto armado é realizada considerando as ligações viga-pilar como rígidas. Entretanto, resultados experimentais comprovam a existência de rotações relativas nas ligações viga-pilar de estruturas de concreto armado, evidenciando a transmissão parcial de momento fletor. Neste trabalho foi investigada a influência da rigidez das ligações viga-pilar no comportamento estrutural de edificações de múltiplos pavimentos em concreto armado. Em uma primeira etapa, variou-se o valor de restrição à rotação das ligações observando os impactos na deslocabilidade horizontal da estrutura, no coeficiente γz, nos momentos negativos e positivos das vigas e nas armaduras longitudinais dos pilares. Esta análise foi realizada para edificações com 05, 10, 15 e 19 pavimentos. Observou-se por meio dos resultados que a redução da rigidez à rotação das ligações provoca aumento nos valores dos deslocamentos horizontais, do coeficiente γz, dos momentos positivos das vigas e das armaduras dos pilares. Os acréscimos ocorridos nos valores dos parâmetros analisados são maiores à medida em que se aumentam o número de pavimentos das edificações. Em uma segunda etapa, calculou-se uma mesma edificação com ligações rígidas e com ligações deformáveis. Para determinação da restrição à rotação das ligações deformáveis, utilizaram-se dois modelos analíticos disponíveis na literatura, realizando-se, também, uma comparação entre os resultados obtidos pelos modelos. Com base nos resultados, conclui-se que negligenciar a influência da rigidez das ligações viga-pilar na análise de estruturas monolíticas em concreto armado pode gerar soluções muito diferentes do comportamento real da estrutura na prática. Os valores de rigidez obtidos pelos modelos analíticos utilizados divergem consideravelmente da condição de ligações rígidas, sugerindose a adequação na consideração padrão de ligações rígidas adotada pelos programas computacionais de cálculo estrutural. / Mestre em Engenharia Civil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the present thesis it is proposed and evaluated, both numerically and experimentally, an inverse procedure for the indirect determination of axial loads applied to submersed pipe-like structures, based on their dynamic responses. The investigation is motivated by the existence of practical problems encountered in the oil industry. An experimental bench has been designed and built, consisting in a reservoir inside which a tubular stainless steel beam has been mounted and tested. Special fixtures have been designed in such a way to enable to apply controlled axial loads and represent different types of boundary conditions. In parallel, computational routines have been developed for the two-dimensional modeling of the structure accounting for the effects of axial loads, flexible supports and fluid-structure interaction, based on the finite element approach. Having in mind the difficulties which are expected to be encountered when the methodology be applied in real conditions, some special dynamic test procedures have been considered, including Operational Modal Analysis (OMA), which enables to identify modal parameters from output-only measurements. Numerous scenarios have been considered using either numerically simulated or experimentally measured responses. As for the resolution of the inverse problem, two strategies have been investigated: the first consists in the deterministic resolution of a constrained optimization problem based on evolutionary algorithms, and the second, which enables to account for the presence of uncertainties in the experimental data, is a stochastic approach based on Bayesian inference, combined with Markov chains and Metropolis-Hastings algorithm. The results obtained confirm the operational feasibility and satisfactory accuracy provided by the suggested identification approaches. / Na presente tese de doutorado é proposto e avaliado numérica e experimentalmente um procedimento inverso para determinação indireta de carregamentos axiais aplicados a estruturas tubulares submersas a partir de suas respostas dinâmicas. A investigação é motivada pela existência de problemas práticos evidenciados pelo setor de tecnologia submarina da indústria petrolífera. Nesta proposta, as cargas axiais, que na prática não podem ser medidas diretamente, são identificadas através da resolução de um problema inverso, formulado como um problema de otimização, a partir das respostas dinâmicas da estrutura. Uma bancada experimental foi projetada e construída, composta de um reservatório dentro do qual foi ensaiado um tubo metálico de seção circular. Mecanismos de fixação e aplicação de carga à estrutura foram especialmente projetados de modo a permitir consideração de dois tipos diferentes de condição de contorno. Paralelamente, rotinas computacionais foram desenvolvidas para a modelagem numérica bidimensional da estrutura incluindo os efeitos de interação fluido-estrutura e das cargas axiais, com base no Método de Elementos Finitos. Tendo em vista o objetivo da aplicação da metodologia proposta em situações práticas, as quais envolvem dificuldades de execução de ensaios em ambientes submarinos, foram investigados procedimentos de ensaios dinâmicos especialmente adaptados a estas condições. Com este intuito, foi analisado o emprego da técnica de análise modal experimental denominada OMA (Operational Modal Analysis), que permite obter os parâmetros modais sem conhecimento das forças de excitação da estrutura. Numerosos cenários de identificação foram estudados utilizando tanto respostas dinâmicas simuladas numericamente, quanto respostas medidas experimentalmente. Visando considerar a influência de incertezas nos dados experimentais, o problema de identificação da carga axial também foi tratado utilizando uma abordagem estocástica, com base em inferência bayesiana, a partir da simulação de cadeias de Markov, associada ao algoritmo Metropolis-Hastings. Os resultados obtidos atestam a viabilidade operacional e a precisão satisfatória do procedimento de identificação proposto. / Doutor em Engenharia Mecânica