[pt] Neste trabalho é apresentada a formulação do modelo matemático de um elemento com número reduzido de graus-de-liberdade para a análise linear tridimensional de vigas. O elemento possui quatro graus-de-liberdade por ponto nodal, sendo três deslocamentos e uma rotação local da seção reta do elemento em relação ao eixo longitudinal da viga. Os efeitos de rotação local da seção reta do elemento em relação ao eixo longitudinal da viga. Os efeitos de rotação reta devido à flexão são considerados na formulação através da condição de não haver deformações transversais por cisalhamento. As condições de contorno de engastamento e de compatiblidade entre elementos contíguos são garantidas através de um procedimento de penalidade, introduzindo modificações no funiconal da energia potencial total da estrutura, assegurando a compatibilidade entre os elementos. Análises de algumas estruturas simples são apresentadas para demonstrar a eficiência da formulação, e suas soluções comparadas com resultados analíticos ou numéricos. A formulação é proposta de forma a ser facilmente estendida a análises mais gerais que incluam efeitos dinâmicos e de não linearidade do material. / [en] Throughout this thesis the formulation of the mathematical modelo f a general tri-dimensional beam element with reduced degrees-of-freedom is presented. The element is a four node displacement based finite element with three linear and one locally referrer rotational displacements at each node. Bending effects are taken into account through the imposition of non-transversal shear condition. Coupling between adjoining elements anda t the element clamped restraint is asssured by a penalty procedure imposed at the common node location. The analysis of some simple structures are presented and the solutions compared with other analytical or numerical results. The formulation hás been proposed so that it can be generally extended to material non-linear and dynamic analysis.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2015-11-16T09:36:12Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1517826 bytes, checksum: 5fdfda894297b30c1745df2c3743f095 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-16T09:36:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1517826 bytes, checksum: 5fdfda894297b30c1745df2c3743f095 (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No presente trabalho estudamos o comportamento assintótico de um sistema dissipativo com aplicação a modelagem de materiais Viscosos. Mais especificamente, estudamos a existência, unicidade e comportamento assintótico de um sistema tipo-Timoshenko com dissipação dada pela história. Usamos semigrupo e prOpriedades do resolvente de seu gerador infinitesimal para mostrarmos a existência e unicidade de solução para o sistema, assim como o comportamento da solução. / In this paper we study the asymptotic behavior of a dissipative system vvith application to modeling of viscous materials. More specifically, vve study the existence, uniqueness and asymptotic behavior of a type-Timoshenko system dissipation given by history. We use semigroup and resolvent properties of its infinitesimal generator to show the existence and uniqueness of solution to the system and the solution behavior.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2015-11-18T15:40:47Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 21192293 bytes, checksum: 719ddf71e6c3d8f330d578a3c787e469 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-18T15:40:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 21192293 bytes, checksum: 719ddf71e6c3d8f330d578a3c787e469 (MD5) Previous issue date: 2015-03-13 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Este trabalho consistiu de um estudo amplo sobre o comportamento estrutural de vigas casteladas de aço com foco no Estado Limite de Flambagem do Montante de Alma (FMA). A pesquisa envolveu um programa experimental no qual 14 vigas de três padrões geométricos diferentes foram ensaiadas à flexão simples. O processo de análise experimental, que envolveu diversas etapas, desde a fabricação dos modelos e montagem dos experimentos até ao tratamento dos dados, evidenciou a importância do controle de qualidade na fabricação e do estabelecimento de valores para os limites de imperfeições geométricas iniciais para vigas casteladas. Os resultados experimentais permitiram a elucidação de diversas questões relacionadas ao comportamento estrutural de vigas casteladas sujeitas à FMA, bem como possibilitaram a calibração de modelos numéricos capazes de simular o comportamento da viga e o do montante de alma. Com os modelos numéricos realizados no ABAQUS foi realizado um estudo paramétrico cujos resultados viabilizaram a elaboração e ajustamento de modelos semiempíricos representativos das curvas de resistência à FMA para os principais padrões de vigas casteladas de aço. Os modelos propostos, para a determinação da capacidade resistente de vigas casteladas no estado limite último de FMA, permitem descrever de maneira realista o comportamento das vigas em regime elástico ou inelástico, possibilitando a obtenção de resultados mais econômicos e seguros que os dos modelos mais antigos existentes na literatura, contribuindo para o incremento da competitividade e da sustentabilidade da solução. Palavras-chave: vigas casteladas, flambagem do montante de alma, método dos elementos finitos, análise experimental, modelagem numérica, curvas de resistência. / This work presents of an extensive study on the structural behavior of castellated steel beams (CSB) focused on the ultimate limit state of web-post buckling (WPB). The research involved an experimental program in which 14 beams from three different geometric patterns were tested in bending. The process of experimental analysis, which involved several steps, from manufacturing of models and assembly of experiments to the processing of data, highlighted the importance of quality control in manufacturing and the establishment of values for the limits of initial geometric imperfections for CSB. The experimental results elucidate various issues related to the structural behavior of CSB subjected to the WPB and allowed the calibration of numerical models to simulate the behavior of the beam and the web post. With the numerical models in ABAQUS was conducted a parametric study, which made possible the establishment and adjustment of representative semi-empirical models of the WPB resistance curves for the main patterns of castellated steel beams. The proposed models, to determine the bearing capacity of castellated beams in the ultimate limit state of WPB, allow realistically describe the behavior of these beams in elastic or inelastic regime, making possible to obtain more economical and safe results than older models in the literature, contributing to increase the competitiveness and sustainability of the solution. Keywords: castellated beams, web-post buckling, finite element method, experimental analysis, numerical modelling, buckling curves.

Orientador : Vitor Antonio Ducatti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-08-03T14:46:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_MarcosFunchalNunesde_M.pdf: 1775244 bytes, checksum: 77625ceb20a2ebf36c4fe249582ac08a (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado

Orientadores: Nilson Tadeu Mascia, Cilmar Basaglia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-27T02:41:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bertoline_CarlosAugustoAbade_M.pdf: 3941772 bytes, checksum: 77c7627fa74d7ef235cd23941064704d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A necessidade de restaurar as propriedades de rigidez e resistência iniciais ou do reforço de estruturas, bem como de projetar sistemas mais eficientes, combinada com a redução de custos, peso e de impactos ambientais torna interessante a utilização de sistemas compósitos de alto desempenho envolvendo materiais sintéticos na construção civil. Nas estruturas de madeira, imperfeições do material no estado bruto como nós, medula e pequenas fissuras causam um enfraquecimento do material. No caso de peças de madeira laminada colada, embora o próprio processo de seleção das lâminas permita reduzir este efeito, a incorporação de camadas de fibras sintéticas no elemento resulta em um aumento significativo dos valores das propriedades mecânicas desta composição. Atualmente, percebe-se um crescimento na aplicação deste tipo de reforço, sendo que as fibras mais utilizadas são as de vidro e carbono. No entanto, a busca por materiais capazes de apresentar melhor custo-benefício favorece o estudo de novas alternativas, como a fibra Vectran®. No caso desta fibra específica, a utilização no mercado internacional é direcionada principalmente às áreas aeroespacial, militar, navegação, tecidos de proteção e esportes. Porém, devido ao baixo peso específico e excelentes características de rigidez, resistência e elasticidade deste material, torna-se interessante o estudo da aplicabilidade desta fibra na construção civil. Desta forma, este trabalho consistiu em um estudo sobre vigas de madeira laminada colada reforçadas com fibra Vectran®, comparando-a com outras fibras. A partir de um modelo teórico já validado, foram programadas em código C equações que permitem verificar o ganho de resistência e rigidez de peças reforçadas, determinar o momento último resistente e inserir parâmetros de peso e custo com a finalidade de comparar alternativas. Também foi desenvolvida uma análise complementar no software Ansys para avaliar deslocamentos e tensões na estrutura. Foram comparados resultados como ganhos de rigidez e resistência entre os dois modelos. Os resultados obtidos a partir das análises propostas validaram o aumento de valores das propriedades decorrente da aplicação de fibras sintéticas e justificam a aplicação da fibra Vectran® / Abstract: The necessity to restore initial stiffness and resistance properties of structures or structural reinforcements, as well as to design more efficient systems, combined with cost, weight and environmental impact reduction makes the use of high performance composite systems involving synthetic materials interesting on civil engineering. Regarding timber structures, imperfections such as knots, pitch and small cracks cause the weakening of the material. As for glued laminated timber, even though the process of selecting the laminates reduce this effect, the use of layers of synthetic fibers on the element result in a significant increase of these properties' values. Currently, it is noted and increase in the application of this type of reinforcement and the most used fibers are glass and carbon fibers. However, the search for materials that can present a better cost-benefit ratio favor the study of new alternatives, such as Vectran® fiber. In the case of this particular fiber, the use in the international scenario is intended primarily to aerospacial, military, navigation, sports and protective fabrics area. Due to the low specific weight and excellent characteristics of stiffness, strength and elasticity of this material, it is interesting to study the applicability of this fiber in civil construction. Thus, this work consisted on a study of glued laminated timber beams reinforced with Vectran® fibers, comparing with other fibers. From a validated theoretical model, equations for verifying the gain of strength and stiffness of a reinforced element were programmed in C language, allowing to determine the ultimate resisting stress and to insert weight and cost parameters in order to compare alternatives. It was also developed an additional analysis on the software Ansys to evaluate the displacements and stresses in the structure. Results such as stiffness and strength gains were compared with the theoretical model. The results obtained from the proposed analyzes validated the gain of these properties' values with the application of synthetic fibers and justify the application of Vectran® fiber / Mestrado / Estruturas e Geotécnica / Mestre em Engenharia Civil

[pt] No Brasil, o dimensionamento de estruturas de concreto armado segue as recomendações da norma brasileira NBR 6118-2003. A norma brasileira, usa a metodologia de dimensionamento semi-probabilístico que não quantifica a probabilidade de falha de um elemento estrutural. A análise de confiabilidade de estruturas é uma ferramenta que possibilita o cálculo da probabilidade de falha associada a um estado limite e também um dimensionamento para uma determinada probabilidade de falha denominada probabilidade de falha alvo. Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia que possibilite o dimensionamento baseado em confiabilidade de seções de vigas de concreto armado sem e com reforço com compósitos de fibras de carbono. Na análise de confiabilidade desenvolvida foram consideradas como variáveis aleatórias o carregamento, as resistências do aço e do concreto, e a resistência à tração dos compósitos de fibras de carbono com propriedades estatísticas determinadas com base nos resultados dos ensaios realizados no laboratório de Estruturas e Materiais do Departamento de Engenharia Civil da PUC-Rio (LEM-DEC). Exemplos de dimensionamento de seções de vigas de concreto armado submetidas à força cortante e à flexão foram realizados inicialmente por métodos semi-probabilísticos e depois utilizando a metodologia proposta baseada em confiabilidade. A análise dos resultados mostra a viabilidade de um projeto baseado em confiabilidade usando um índice de probabilidade de falha determinado para cada tipo de projeto aliando economia e segurança. / [en] In Brazil, the design of reinforced concrete structures follows the recommendations of Brazilian standard NBR 6118-2003. The Brazilian standard uses the methodology of semi-probabilistic design that does not quantify the probability of failure of a structural element. The reliability analysis of structures is a tool that allows the calculation of probability of failure associated with a limit state and also the design for a given probability of failure. This work aims to develop a methodology that enables the Reliability-based-design of concrete beams sections with and without strengthening with carbon fiber composites. In the reliability analysis were considered as random variables the loads, the compression concrete strenght, yield strenght, and tensile strength of carbon fiber composites with certain statistical properties based on the results of tests performed in the Structures and Materials laboratory at PUC-Rio (LEM-DEC). Examples of reinforced concrete beams strengthened with CFC were performed initially by semi-probabilistic methods and then using the proposed methodology based on reliability. The analysis shows the feasibility of a Reliability-baseddesign using a reliability index of failure probability determined for each type of project combining economy and safety.

En la presente tesis se realizó un análisis de vigas híbridas en puentes vehiculares con luces de 50m de Ayacucho, considerando el diseño alternativo en la superestructura de sección compuesta con vigas homogéneas de aceros convencionales que es el proyecto existente versus las vigas híbridas con aceros A709 Grado 50 y de Grado HPS-70W, la misma que determinará cual es la alternativa de diseño que brinda mejores resultados desde el punto de vista como propuesta técnica y económica. Para este análisis se desarrollan seis capítulos. El capítulo número uno, se describe el plan de trabajo a seguir para alcanzar los objetivos planteados. El segundo capítulo, comprende el marco teórico en el cual se definen los conceptos, clasificación de puentes, tipos de aceros estructurales, propiedades, normativas y filosofía de diseño. En el tercer capítulo, se realiza el estudio de caso aplicado a un proyecto existente, donde utilizamos los antecedentes e información del proyecto. En el cuarto capítulo, se realiza el modelamiento y resultados de análisis estructural; en este capítulo se emplea el software SCibridges para el cálculo de las demandas en la estructura. En el quinto capítulo, se realiza el diseño de las vigas en el cual se presenta ensayos de material de una muestra de acero de grado HPS 70W, así mismo, se realiza el diseño de viga I según AASHTO LRFD donde se obtiene resultados considerables para reducir los aceros convencionales. ​Finalmente, en el capítulo seis se presenta las conclusiones y recomendaciones alineados a los objetivos planteados. / In this thesis, an analysis of hybrid beams in vehicular bridges with spans of 50m in Ayacucho was carried out, considering the alternative design in the superstructure of composite section with homogeneous beams of conventional steels that is the existing project versus the hybrid beams with A709 Grade steels. 50 and Grade HPS-70W, which will determine which is the design alternative that provides the best results from the point of view as a technical and economic proposal. Six chapters are developed for this analysis. Chapter number one describes the work plan to follow to achieve the objectives set. The second chapter includes the theoretical framework in which the concepts, classification of bridges, types of structural steels, properties, regulations and design philosophy are defined. In the third chapter, the case study applied to an existing project is carried out, where we use the background and information of the project. In the fourth chapter, the modeling and results of structural analysis are carried out; In this chapter, the SCibridges software is used to calculate the demands on the structure. In the fifth chapter, the design of the beams is carried out in which material tests of a sample of HPS 70W grade steel are presented, likewise, the I-beam design is carried out according to AASHTO LRFD where considerable results are obtained to reduce conventional steels. Finally, chapter six presents the conclusions and recommendations aligned to the objectives set. / Tesis

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.

La presencia inadvertida de daños en elementos estructurales representa un aspecto crítico en la seguridad de los mismos. Tales fallas pueden causar irregularidades de funcionamiento e incluso conducir al colapso catastrófico. Por ese motivo, la detección de daños en forma temprana es de fundamental importancia. Un tipo de falla que puede pasar peligrosamente inadvertida es aquélla producida por fatiga, ya que resulta muy difícil de detectar a simple vista. Si bien existen técnicas adecuadas para la detección localizada, la aplicación de las mismas puede resultar impráctica en base a la dificultad en la revisión de estructuras complejas, que inclusive pueden pre-sentar sectores inaccesibles. En consecuencia, se han investi-gado otro tipo de procedimientos de carácter más global, entre los que ha adquirido gran importancia la identificación basada en la respuesta dinámica. Esencialmente, este método se basa en la comparación entre valores teóricos y experimenta-les de parámetros dinámicos de estructuras dañadas. Las incógnitas del mencionado problema corresponden a las magni-tudes asociadas al daño (localización, intensidad). Por lo tan-to, a los valores más próximos a los reales les corresponderá una mínima desviación entre los valores teóricos y experimen-tales. Este tipo de técnica inversa hace uso de un modelo teó-rico de la estructura dañada. En esta tesis se presenta un nuevo modelo unidimensional que permite reproducir el comportamiento estructural de vigas de pared delgada con presencia de fisuras debidas a fatiga. En dicho modelo, se admite la posibilidad de considerar el efecto no lineal de cerra-miento parcial de fisura o breathing. El modelo asocia un enfoque de daño estructural por fisura basado en conceptos de mecánica de fracturas, que se desarrolla íntegramente en este trabajo, con una teoría de vigas de pared delgada recien-temente desarrollada para el caso de vigas intactas. Esta teo-ría debe ser extendida para considerar la presencia de fisuras. La premisa global de la teoría es que la presencia de una fisu-ra genera una reducción localizada en la rigidez de la viga. El modelo unidimensional de viga de pared delgada dañada es aplicable a vigas construidas con materiales isótropos, ortótro-pos y compuestos con laminación cross-ply simétrica o espe-cialmente ortótropa. Considera además flexibilidad por corte debido a flexión y alabeo. Los parámetros asociados a las fisuras son identificados mediante la minimización de una fun-ción objetivo, que se define en términos de diferencias norma-lizadas entre valores de indicadores de fisura obtenidos experi-mentalmente y calculados con el modelo viga. Como indica-dores de daño estructural se consideran los desplazamientos producidos por excitación forzada y también las frecuencias de vibración natural. En orden de resolver el problema inverso, se emplea el algoritmo de optimización Evolución Diferencial. / The unnoticed presence of damage in structural elements represents a critical issue in their security. Such flaws may generate malfunctions and even leading to catastrophic collapse. Thus, early detection of damage represents a topic of fundamental importance. A kind of flaw that can be dange-rously unnoticed is that one produced by fatigue, in terms of the difficulty to detect it with the naked eye. Although there are adequate techniques for local detection, their application may result impractical based on the difficulty represented by complex structures, which can have inaccessible parts. Consequently, other procedures of more global character have been topic of research. Among them, identification ba-sed on dynamic response has acquired major importance. Essentially, this method is based on comparisons among theo-retical and experimental values of dynamic parameters related to damaged structures. The unknowns of the mentioned problem correspond to the magnitudes associated to damage (location, severity). Thus, a minimal deviation among theore-tical and experimental results will correspond to the values closer to real ones. This kind of inverse technique makes use of a theoretical model of the damaged structure. In this the-sis, a new one-dimensional model is presented, which allows replicating the structural behavior of thin-walled beams with the presence of cracks generated by fatigue. In this model, the possibility of considering the nonlinear effect of crack partial closure or breathing is allowed. The model associates a structural damage approach based on fracture mechanics concepts, developed entirely in this work, with a recently developed thin-walled beam theory for the case of intact beams. This theory must be extended in order to consider the presence of cracks. The global premise of the theory is that the presence of a crack generates a localized reduction on the beam stiffness. The one-dimensional thin-walled da-maged beam model is applicable to beams made of isotropic material beams, orthotropic materials and composite materials with symmetric cross-ply or specially orthotropic stacking sequences. In addition, shear flexibility debt to flexure and warping is considered. Damage parameters associated to cracks are identified by means of the minimization of a target function, defined in terms of normalized differences among values of damage indicators obtained experimentally and calculated with the beam model. As indicators of structural damage, displacements debt to forced excitation and also frequencies of natural vibration are considered. In order to solve the inverse problem, the optimization algorithm Differential Evolution is employed.

El reforzamiento de estructuras o elementos de concreto armado es practicado cuando se presentan déficit en alguna de las propiedades de dichas estructuras o elementos de concreto armado respecto a una nueva solicitación de su vida útil. Generalmente estas nuevas solicitaciones se presentan por el aumento en su carga de servicio, problemas de durabilidad debido a materiales de construcción pobres e inapropiados, cambios en el ambiente omitidos en el estudio y diseño inicial, incremento de cargas originada por el cambio de uso de la estructura o incremento de la vida útil de la estructura. En los últimos años con la aparición de nuevas metodologías de refuerzo de elementos estructurales de concreto armado han surgido mayores alternativas de solución que nos permiten “reforzar” elementos de concreto armado que son sometidos a mayores cargas luego de haber alcanzado su periodo de servicio, así mismo nos permite comparar en cuanto a costo las diversas alternativas que existen en el mercado. El uso de materiales compuestos como reforzamientos estructurales cada vez es más utilizado, por ejemplo, el uso de la fibra de carbono brinda seguridad a la estructura, aumenta su resistencia y además mitiga los efectos de las fallas producidas por flexión y por corte. El presente proyecto tiene como objetivo principal estudiar el comportamiento elástico e inelástico de vigas de concreto armado reforzadas con fibras de carbono sometidas a flexión. Para lo cual se analizarán vigas de concreto armado reforzadas con acero y con fibras de carbono (CFRP), empleando diferentes cuantías de cada una. Se estudiará el comportamiento de cada caso mediante diagramas momento – curvatura y se comparará el aporte del uso de fibra CFRP tanto para la ductilidad como resistencia de las vigas de concreto armado sometidas a flexión. Se realizará el análisis comparativo para determinar las ventajas y desventajas del uso de este método de reforzamiento. Finalmente se presentarán las principales conclusiones y recomendaciones obtenidas del análisis empleado, brindando las consideraciones básicas para el uso de CFRP como reforzamiento de elementos estructurales.