Ante un incremento de solicitaciones sísmicas en una estructura, el cual puede ser generado por incremento de la sobrecarga, o por una debilitación de la estructura por deterioro, las estructuras podrían requerir un reforzamiento. Entre los distintos tipos de reforzamiento empleados actualmente, se tiene, dentro de los casos de intervención externa, el uso de fibra de carbono. Este material se instala exteriormente, de forma no invasiva, al concreto armado empleando resinas epóxicas para aumentar la resistencia. Sin embargo, disminuye la ductilidad de la sección debido a que el CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) es un material frágil. Comúnmente se diseña el refuerzo con CFRP de las vigas en la zona de mayores momentos negativos y positivos debido al incremento de las cargas de gravedad o por deficiencia en estos elementos. Pero, por otro lado, restringe la capacidad de la estructura para desplazarse inelásticamente antes de la rotura. El propósito del presente trabajo de tesis es introducir una nueva configuración de instalación de CFRP; es decir, colocándola solo en la zona de momentos positivos de las vigas. De esta forma, la estructura podrá rotularse en los momentos negativos permitiendo un mayor desplazamiento a la estructura que se traducirá en una mejora de su ductilidad. Para ello en este trabajo se diseñarán cuatro pórticos distintos que cumplirán con la Norma E.030 y la Norma E.060. Se idealizarán los pórticos en el programa SAP2000 con ciertas dimensiones que cumplan una deriva de entrepiso de 6‰. Luego, a los pórticos se colocarán todos los casos de cargas, así como las combinaciones de cargas pertinentes y el espectro de respuesta según los parámetros de sitio correspondientes, con lo que se podrá determinar el diseño de cada sección de concreto armado. Por lo tanto, si aumentamos la sobrecarga, las secciones de concreto armado de las vigas necesitarán un reforzamiento. Se reforzarán de dos maneras: a) la primera consiste en reforzar la zona de momentos positivos y negativos, y b) la segunda consiste solo en reforzar la zona de momentos positivos. Se diseñan las secciones de concreto armado para ambas maneras de reforzamiento, se calcula los diagramas de momento-curvatura de todas las secciones y dichos datos se cargan al programa para asignar las rótulas plásticas de cada elemento. Finalmente, con un análisis estático no lineal, o también llamado pushover, que consiste en aplicar a la estructura con fuerzas horizontales incrementales, se obtendrá la curva de capacidad de la estructura. Esta curva se convertirá en espectro de capacidad para poder ser comparado con registros sísmicos de tres localidades distintas y determinar su desempeño en cada uno. Con dichos resultados, se procederá a comparar el desempeño de una estructura sin reforzar, reforzada en la zona de momentos positivos y negativos, y reforzada solo en la zona de momentos positivos. / Tesis

The total wind power capacity installed in the world has substantially grown during the last few years, mainly due to the increasing number of horizontal axis wind turbines (HAWT). Consequently, a big effort was employed to increase HAWT\'s power capacity, which is directly associated to the size of blades. Then, novel designs of blades may lead to very fexible structures, susceptive to large deformation, not only during extreme events, but also for operational conditions. In this context, this thesis aims to compare two geometrically nonlinear structural modeling approaches that handle large deformation of blade structures: 3D geometrically-exact beam and shell finite element models. Regarding the beam model, due to geometric complexity of typical cross-sections of wind turbine blades it is adopted a theory that allows creation of arbitrary multicellular cross-sections. Two typical blade geometries are tested, and comparisons between the models are done in statics and dynamics, always inducing large deformation and exploring the accuracy limits of beam models, when compared to shells. Results showed that the beam and shell models present very similar behavior, except when violations occur on the beam formulation hypothesis, such as when shell local buckling phenomena takes place. / A capacidade total de energia eólica instalada no mundo cresceu substancialmente nos últimos anos, principalmente devido ao número crescente de turbinas eólicas de eixo horizontal. Consequentemente, um grande esforço foi empregado com o intuito de aumentar a capacidade de produção das turbinas eólicas, que está diretamente associada ao tamanho das pás. Assim, surgiram projetos inovadores quanto à concepção de pás de turbinas eólicas levando a estruturas bastante flexíveis, susceptíveis a grandes deslocamentos, não apenas em eventos extremos, mas também em condições normais de operação. Nesse contexto, a presente dissertação tem por objetivo comparar duas abordagens de modelos estruturais geometricamente não-lineares capazes de lidar com grandes deslocamentos de pás de turbinas eólicas: elementos finitos geometricamente exatos 3D de vigas e cascas. Em relação ao modelo de viga, devido à complexidade geométrica das seções transversais típicas de pás de turbinas eólicas, adota-se uma teoria que permite a criação de seções transversais arbitrárias multicelulares. Duas geometrias de pás s~ao testadas e comparações entre os modelos s~ao feitas em análises estáticas e dinâmicas, sempre induzindo grandes deslocamentos e explorando os limites de precisão do modelo de viga, quando comparado ao modelo de cascas. Os resultados indicam que os modelos de viga e casca apresentam comportamento muito similar, exceto quando ocorrem violações em hipóteses do modelo de viga, tal como quando ocorre flambagem local do modelo de casca.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Estruturas de Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Professor Joaquim Figueiras

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Construções Civis). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado. Reabilitação do património Edificado. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Faculdade de Ciências e Tecnologia. Universidade Nova de Lisboa. 2007

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Estruturas de Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor António Adão da Fonseca

[pt] Este trabalho apresenta uma teoria de vigas para metais e ligas metálicas a altas temperaturas que leva em conta o endurecimento cinemático e isotrópico induzidos pela plastificação. Apesar da não linearidade das equações constitutivas consideradas, propõe-se uma técnica numérica extremamente simples de solução, válida para diferentes tipos de carregamentos. Desta forma, é possível se fazer a baixo custo uma avaliação das tensões atuantes e das deformações permanentes induzidas por carregamentos complexos, o que é um passo fundamental no estudo da integridade de certos equipamentos industriais. / [en] This work presents a theory of beams for metals and alloys at elevated temperature which takes into account the kinematic and isotropic hardening induced by plastic deformation. In spite of the strong non linearity of the constitutive equations, it is proposed a very simple numerical technique of solution which is valid is valid for any kind of loading. Consequently, the theory allows a low cost analysis of the stresses and strains in many structural elements used in industrial applications.

Este trabalho estuda a resolução de vigas contínuas e porticos treliçados em X e Warren, utilizando-se rigidezes e mo mentos de inercia equivalentes. As equações de equil1brio em um no genérico r, sao obtidas pelo método das diferenças finitas e as equaçoes para os deslocamentos e cargas estâticas arbitrârias, são apresentadas em séries finitas de Fourier dedicado um capítulo para a obtenção de equações para momentos de inércia equivalentes, considerando-se a influência do numero de painéis e comparações com as equações clãssicas da literatura. No final, sao apresentados âbacos para vigas treliçadas em X, que permitem a comparação entre os coeficientes de rigidez pelas séries e coeficientes de rigidez pelos momentos de inércia equivalentes e correções para os coeficientes de rigidez considerando inércias equivalentes a partir so das ãreas dos cordões superior e inferior. / This work study the resolution of Warren and X-trussed continuous beams using equivalent stiffness coefficients and moments of inertia. The equilibrium equations in the generic Joint r are obtained by finite differences method and the deflections and arbitrary static load equations are present in finite Fourier series form. The results of illustrative examples for both kinds of trussed be beams are compared with solutions obtained with the Lorane Linear Program. The influence of panels number and comparasions with classic result of equivalent inertia are established. Abacus for X-trussed beams for stiffness coefficients obtained by series versus equivalent inertia stiffness coefficients and corrections using the top and bottom chords area are presented.