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Advanced inelastic analysis of steel structures at elevated temperatures by SCM/RPHM coupling.
(2018) Barros, Rafael Cesário; Maximiano, Dalilah Pires; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Rocha, Paulo Anderson Santana
When exposed to high temperatures, the structural members and frames have their bearing capacity compromised because the physical characteristics and material resistance used in the structures deteriorate during exposure to fire, resulting in a considerable loss of strength and stiffness. In this context, the present work carries out a whole thermomechanical analysis of steel members and frames using the Finite Element Method (FEM) inelastic formulation based on the Refined Plastic Hinge Method (RPHM) coupled with the Strain Compatibility Method (SCM). The use of SCM allows for a more realistic analysis against the design codes prescriptions. So even under high temperatures, SCM is used for both evaluation of bearing capacity and stiffness parameters. To do this, the steel behavior used in the structure numerical modeling must be described in a consistent manner through its constitutive relationship. A comparison of the results obtained here with the numerical and experimental results available in the literature suggest the effectiveness of coupling SCM/RPHM and that such a methodology can provide reliable analyses of steel members and frames subjected to high temperatures.
Advanced numerical study of composite steel-concrete structures at high temperature.
(2021) Barros, Rafael Cesário; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Maximiano, Dalilah Pires; Lemes, Igor José Mendes
The composite steel-concrete structures use has several advantages, such as the reduction of cross-sectional dimensions and weight of the structure, which is one of the main reasons for it is use today. However, under fire situation, the material and mechanical properties changes, causing significant strength and stiffness loss as a result of temperature rise. In this work, the temperature influence on the behavior of composite steel-concrete structures is studied through an inelastic second order (ISO) numerical investigation. For this, two computational modules, CS-ASA/FA and CS-ASA/FSA are developed and adapted for the study of composite structures in fire. The first module calculates the temperature field in any cross-section. The second module performs the ISO analysis through the coupling between the Refined Plastic Hinge Method (RPHM) and the Strain Compatibility Method (MCD). In this way, the evolution of the temperature in cross-sec- tions, the interaction diagrams between axial force and bending moment and the structures equi- librium path as a function of the time in fire are presented for composite steel-concrete beams, columns and frames. The proposed numerical methodology success is proved by comparison with experimental and numerical responses available in the literature.
An efficient inelastic approach using SCM/RPHM coupling to study reinforced concrete beams, columns and frames under fire conditions.
(2020) Pires, Dalilah; Barros, Rafael Cesário; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Rocha, Paulo Anderson Santana
This work has as its main objective the study of the behavior of reinforced concrete beams, columns and structural frames in a fire situation. To do so an efficient numerical formulation was developed, implemented and evaluated. When exposed to high temperatures, the characteristics of the materials deteriorate, resulting in a considerable loss of strength and stiffness of the structure. The CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis) was used to achieve the objective. This computer system was expanded for advanced analysis of structures in fire conditions, taking advantage of the existing features and adding new ones. Two new computational modules were created: CS-ASA/FA (Fire Analysis) and CS-ASA/FSA (Structural Fire Analysis). The first one was used to determine the temperature field in the structural elements’ cross-section through thermal analysis by the Finite Element Method (FEM) in permanent and transient regimes. The second was created to perform the second-order inelastic analysis of structures under fire using the FEM formulations based on the Refined Plastic Hinge Method (RPHM) and the Strain Compatibility Method (SCM) coupling, which can be considered a unique feature of the present study. The use of SCM allows for a more realistic analysis against the design codes prescriptions. Consequently, even under high temperatures, SCM is used for evaluation of both bearing capacity and stiffness parameters. The results of the nonlinear analysis in a fire situation for eight structural elements and systems with different geometries, boundary, heating and loading conditions are in good agreement with the numerical and experimental results found in the literature.
Análise avançada via MRPR de estruturas mistas de aço e concreto.
(2015) Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
O presente trabalho tem como finalidade a implementação e a avaliação de estratégias numéricas para realizar análises estáticas avançadas de estruturas mistas de aço e concreto. Utilizam-se formulações não lineares baseadas no Método dos Elementos Finitos (MEF) acopladas ao Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR). Consideram-se simultaneamente os efeitos de segunda ordem e da plasticidade, em termos nodais, em sistemas estruturais como vigas, pilares e pórticos. A perda gradual da rigidez à flexão, via MRPR, é determinada através da localização da combinação de esforços solicitantes dentro da curva de resistência, que relaciona esforço normal e momento fletor. Fez-se necessária então a definição dos limites de início de plastificação e da capacidade resistente da seção. Para tal, métodos simplificados, utilizando normas de projeto, e uma formulação generalizada, baseada na compatibilidade de deformações, foram introduzidos ao sistema computacional CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis). Utiliza-se o método iterativo de Newton-Raphson acoplado, ou não, a estratégias de continuação para a solução das equações não lineares global e local (a nível da seção transversal). Por fim, apresentam-se análises numéricas avançadas de sistemas estruturais de aço, de concreto e mistos de aço e concreto através da formulação implementada. Os resultados obtidos são comparados com respostas numéricas e experimentais presentes na literatura.
Análise de estruturas de concreto armado via modelos de bielas e tirantes e técnicas de otimização topológica.
(2019) Ladeira, Artur Hallack; Silva, Amilton Rodrigues da; Silva, Amilton Rodrigues da; Fernandes, Walliston dos Santos; Lemes, Igor José Mendes
O Modelo de Bielas e Tirantes (MBT) pode ser uma excelente alternativa para o dimensionamento de elementos estruturais em concreto armado submetidos a estado plano de tensão e para regiões que apresentem descontinuidade de ordem geométrica ou estática. Nesse sentido, o modelo permite uma melhor representação do comportamento estrutural e mecanismos de resistência nas estruturas de concreto. Para tornar a concepção do modelo menos dependente da experiência do projetista, o presente trabalho tem como objetivo a aplicação do modelo de bielas e tirantes em elementos estruturais e seu dimensionamento considerando a não-linearidade dos materiais, aliando a técnica de otimização topológica ESO (Evolutionary Structural Optimization) ao Método dos Elementos Finitos. O critério de evolução do método de otimização topológica adotado considera a eliminação de elementos/armadura menos solicitados e ocorre em duas etapas. Em um primeiro momento essa remoção é feita em nível de tensão, considerando uma análise linear, a qual gera o MBT e a configuração inicial para disposição das armaduras. Em seguida, é feita uma análise não linear onde são excluídas as armaduras dos elementos com menores níveis de deformação, obtendo-se a configuração final e a consequente distribuição de armadura procurada. Nesse contexto, é possível obter soluções otimizadas de problemas complexos envolvendo o concreto estrutural. São apresentados exemplos de cada etapa deste trabalho para comprovação e validação das técnicas implementadas. Os MBT’s obtidos apresentam boa concordância com os modelos normativos e com aqueles encontrados na literatura. Além disso, com a consideração da não linearidade dos materiais foi possível reduzir sobremaneira o consumo de aço em relação à análise linear.
Análise inelástica e de segunda ordem de estruturas com restrições bilaterais e unilaterais de contato.
(2021) Silva, Jéssica Lorrany e; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Nogueira, Christianne de Lyra; Araújo, Francisco Célio de; Gonçalves, Paulo Batista; Ferreira, Walnório Graça
Este trabalho apresenta uma metodologia numérica com base em uma formulação em deslocamento para simular o comportamento não linear 2D de elementos estruturais em aço, de concreto e mistas de aço e concreto. São abordadas fontes de não linearidades, como: os efeitos de segunda ordem e a inelasticidade. Vale ressaltar a adoção do referencial corrotacional na formulação não linear geométrica de elementos finitos, baseadas na separação explícita entre movimentos de corpo rígido e os que causam deformação. A inelasticidade é modelada considerando a plasticidade concentrada nos nós dos elementos finitos. Assim, a simulação do comportamento não linear dos materiais, incluindo a determinação da capacidade resistente das seções é abordada através do Método de Compatibilidade de Deformações, onde as relações constitutivas dos materiais são utilizadas explicitamente. Além disso, a presente abordagem numérica não se limita a uma tipologia transversal específica e pode ser usada para análise de diferentes seções transversais. Em conjunto é realizado um estudo da resposta não linear de sistemas envolvendo a interação solo-estrutura (solo/rocha), com o intuito de fornecer uma modelagem numérica mais realística do problema de engenharia (estrutural/geotécnico). Essa interação pode ser considerada de duas formas diferentes em função da resposta do meio geológico, como: bilateral e unilateral. Finalmente, apresentam-se análises numéricas avançadas de estruturas de aço, de concreto e mistos de aço e concreto, para diferentes seções transversais; e análises de sistemas mecânicos com interação solo-estrutura. Os resultados obtidos são comparados com respostas numéricas e experimentais presentes na literatura. Verificou-se nos exemplos simulados que a formulação numérica proposta é estável com boa concordância com dados numéricos e experimentais da literatura.
Análise numérica do comportamento não linear de estruturas mistas de aço e concreto.
(2017) Lemes, Igor José Mendes; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Rocha, Paulo Anderson Santana
O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma formulação numérica adequada para análise de estruturas mistas de aço e concreto considerando os efeitos da não linearidade geométrica e da inelasticidade dos materiais. Para tal, foi desenvolvida uma metodologia baseada no Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR), sendo os coeficientes de rigidez obtidos por meio da homogeneização da seção transversal. A avaliação da capacidade resistente dos elementos estruturais é feita no contexto do Método da Compatibilidade de Deformações (MCD). Os problemas oriundos da consideração das fontes de não linearidade (global e local) são resolvidos por meio do método iterativo de Newton- -Raphson acoplado a estratégias de continuação. Os resultados obtidos são comparados com aqueles fornecidos em análises experimentais e/ ou numéricas presentes na literatura, sendo verificada boa precisão nas análises de seções transversais mistas, pilares isolados mistos e pórticos simples mistos.
Análise termomecânica de estruturas de aço via acoplamento MCD/MRPR.
(2016) Barros, Rafael Cesário; Pires, Dalilah; Lemes, Igor José Mendes; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Quando expostos à temperatura elevada, os elementos estruturais têm sua capacidade resistente comprometida, pois as características físicas e de resistência dos materiais empregados nas estruturas se deterioram com o aumento de temperatura. Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo apresentar um novo módulo computacional, denominado aqui CS-ASA/FSA, capaz de realizar a análise numérica de estruturas de aço sujeitas à temperaturas elevadas. Esse módulo utiliza o Método dos Elementos Finitos (MEF) e a análise inelástica é baseada no Método da Rótula Plástica Refinado (MRPR) acoplado ao Método da Compatibilidade de Deformações (MCD). Esse último método foi adotado para avaliar tanto a capacidade resistente da seção transversal, quanto as rigidezes axial e à flexão de estruturas de aço sob elevadas temperaturas. A construção da relação momentocurvatura se torna essencial para tal avaliação. Por fim, os resultados obtidos são comparados aos numéricos e experimentais encontrados na literatura.
Concentrated approaches for nonlinear analysis of composite beams with partial interaction.
(2021) Carvalho, Tawany Aparecida de; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Dias, Luís Eduardo Silveira; Barros, Rafael Cesário
Two plane displacement-based formulations with concentrated nonlinear effects for numerical analysis of composite beams are presented here. The effects of geometric nonlinearity, plasticity and partial shear connection are considered. In these two approaches, the co-rotational system is defined to allow large displacements and rotations in the numerical model. The first formulation is based to Strain Compatibility Method, where the sections strains are explicitly evaluated as well as the slipping at the steel-concrete interface. Thus, the axial and flexural stiffness of the cross section is determined in each step of the incremental-iterative process. The second methodology considers rotational pseudo-springs at the finite elements ends to simulate of plasticity. Further- more, the effects of partial interaction can not be simulated by the inherently rotational behavior of the pseudo-springs. Thus, the cracking and partial interaction effects are approached through effective moment of inertia defined by normative criteria. Four composite beams are simulated with these two formulations and compared by the load-displacements paths. In all numerical re- sult findings these formulations are closed and accurate to the experimental data presented in lit- erature.
Determinação da capacidade resistente de elementos estruturaismistos através do método da rótula plástica refinado.
(2017) Lemes, Igor José Mendes; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Rocha, Paulo Anderson Santana; https://doi.org/10.1016/j.rimni.2015.10.003
Estratégias de continuidade para análise não linear de seções transversais mistas de aço-concreto : uma avaliação à flexão biaxial.
(2023) Lima, Pedro Henrique Andrade; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Horowitz, Bernardo; Barros, Rafael Cesário
O presente estudo teve como objetivo a análise não linear de seções transversais mistas aço-concreto. O método de compatibilidade de deformação (MCD) foi usado para descrever a configuração deformada das seções em cada etapa do processo de solução incremental-iterativa. Para a análise completa da relação momento-curvatura, o MDC foi acoplado a estratégias de continuidade (técnica de deslocamento generalizado adaptada e método de deslocamento residual mínimo adaptado) para ir além dos pontos críticos de momento fletor na construção das relações que descrevem o completo comportamento mecânico da seção transversal. As relações constitutivas foram abordadas explicitamente, assim como as tensões residuais presentes nas seções de aço. Foram realizados avaliações da flexão composta oblíqua para cada esforço normal aplicado, onde foi considerado as combinações dos momentos fletores entorno dos eixos de maior e menor inércia, considerando diferentes inclinações da linha neutra da seção. Para validar a formulação numérica proposta, os resultados obtidos foram comparados com os dados numéricos disponíveis na literatura, e quando comparados foi possivel concluir que as implementações foram bem sucedidas e obtiveram resultados condizentes com a literatura. Além disso, o efeito de amolecimento no concreto foi aumentado para induzir trechos descendentes na relação momento-curvatura, e essa condição foi avaliada corretamente.
Estudo numérico avançado de estruturas de aço, concreto e mistas.
(2018) Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silva, Amilton Rodrigues da; Sousa Junior, João Batista Marques de; Horowitz, Bernardo
Este trabalho apresenta uma formulação numérica generalizada, baseada na plasticidade concentrada, aplicável na análise de estruturas de aço, de concreto e mistas de aço e concreto. São abordadas fontes de não linearidades, como: os efeitos de segunda ordem, a inelasticidade, as ligações semirrígidas e a interação parcial em vigas mistas. Um elemento finito corrotacional 2D foi utilizado e associado a funções de interpolação para evitar o enrijecimento espúrio da estrutura durante a análise. Associado a este elemento, o Método da Compatibilidade de Deformações (MCD) foi utilizado para inserir o comportamento dos materiais nos nós do modelo numérico, viabilizando a análise de elementos constituídos por concreto. As ligações semirrígidas foram tratadas por meio de pseudo-molas de comprimento nulo, inseridas nas extremidades do elemento, sendo sua rigidez rotacional obtida pela relação momento-rotação da ligação. Já a interação parcial foi simulada com um grau de liberdade adicional no problema local, via MCD. Fez-se o desmembramento da força axial, sendo parte absorvida pelo perfil e a outra parte pela laje. Verificou-se nos exemplos simulados que a formulação numérica proposta é estável com boa concordância com dados numéricos e experimentais da literatura e sem os problemas comumente relacionados aos métodos baseados na plasticidade concentrada. Por fim, o tratamento da interação parcial aliada à plasticidade na forma concentrada e as ligações semirrígidas se torna um diferencial do estudo realizado.
Estudo numérico comparativo de metodologias para a degradação da rigidez à flexão no contexto do método da rótula plástica refinado.
(2016) Lemes, Igor José Mendes; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Rocha, Paulo Anderson Santana
Influence of residual stress models prescribed in design codes for steel I-section behavior.
(2022) Lemes, Igor José Mendes; Silva, Jéssica Lorrany e; Batelo, Everton André Pimentel; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Non-uniform cooling of steel cross-sections during the manufacturing process generates a state of residual stresses in the cross-section. Design codes describe the distribution of these stresses in different ways. This work aims to numerically investigate the influence of these models on the behavior of bare steel and steel-concrete composite sections by the curves: flexural stiffness-bending moment, moment-curvature and yield curves (initial and full yield). These procedures are important for the study of the simplified curves used in some methodologies of the refined plastic hinge method (RPHM) analysis. The study will use the strain compatibility method (SCM), where, if the axial strain of the cross-section point is known, the section stiffness is obtained using the tangential Young's modulus derived from the materials constitutive relationship. A fiber discretization algorithm is applied and the residual stresses are explicitly inserted into the fibers automatically. The methodology was calibrated using the moment-curvature relationship and the flexural stiffness-bending moment curve. These results were numerically stable and good convergence with literature data was obtained. In general, the residual stress model of the American standard (AISC, 2016) defines a larger elastic region within the interaction diagrams then European model (CEN, 2005). The results obtained showed that the initial yield curves for steel I-sections under minor axis bending require revision for application to RPHM, mainly due to the loss of symmetry in relation to the ''M'' axis in the normal force-bending moment (''NM'') interaction diagram.
Modelo computacional para análises estática e dinâmica de estruturas de aço e madeira com seções genéricas e inércias variáveis em mísulas.
(2022) Lima, Miguel Angelo Araújo; Rocha, Paulo Anderson Santana; Rocha, Paulo Anderson Santana; Galvão, Alexandre da Silva; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus
O presente trabalho tem como objetivo realizar análise estática e dinâmica de estrutura de aço e madeira com seções transversais genéricas e momentos de inércias variáveis em mísulas ao longo de cada elemento estrutural. Com a finalidade de demonstrar a eficiência do método aplicado a barras com variação em mísula, utilizou-se a Regra de Simpson e verificou-se a sua eficiência a partir do cálculo dos fatores de forma e fatores de carga em alguns elementos estruturais com variação em mísula. Posteriormente utilizou-se uma função parabólica para descrever a variação da altura da seção ao longo do comprimento da barra e em seguida adotou-se o Método de Gauss-Legendre (Quadratura de Gauss) com a finalidade de calcular numericamente e de forma bastante precisa a flexibilidade dos elementos. Utilizou-se ainda para o cálculo das propriedades geométricas das seções transversais o Método dos Elementos Finitos (MEF).Vale ressaltar que no presente trabalho as discretizações das seções transversais foram realizadas com o auxílio do elemento finito triangular com três nós (CST). Neste trabalho as estruturas foram analisadas de duas formas: usando-se o elemento de barra (para análise estática e dinâmica) e posteriormente utilizou-se o elemento finito tridimensional (para análise estática). Com isso é possível realizar a análise de vigas, treliças, barras axiais e pórticos planos. Para a análise dinâmica utilizaram-se dois métodos de marcha no tempo, a saber: Método de Newmark e o Método da Superposição Modal. Por fim, implementou-se também no código computacional três formulações correspondentes à modelagem de estruturas tridimensionais utilizando-se os elementos finitos tetraédrico com 4 nós (T4), hexaédrico de oito nós (H8) e com o elemento hexaédrico ou paralelepipédico com 20 nós (H20). Neste trabalho, fez-se ainda a proposição de uma expressão para a matriz de rigidez, a matriz de massa e a matriz de amortecimento baseada na Regra de Simpson. Ou seja, daí surgem três matrizes equivalentes para a definição da rigidez, da massa e do amortecimento de estruturas. Com o intuito de validar as implementações numéricas realizadas foram analisadas duas estruturas. Na primeira aplicação comparou-se o resultado correspondente à análise dinâmica da estrutura através do Método de Newmark e do Método da Superposição Modal. Na segunda aplicação, modelou-se um pórtico plano via análise matricial com a consideração das matrizes de forma convencional e posteriormente com o uso da formulação proposta no presente trabalho. Por fim, verificou-se que os resultados obtidos foram bastantes satisfatórios tanto para as análises estáticas quanto para as análises dinâmicas demonstrando assim o sucesso das implementações numéricas realizadas.
Nonlinear analysis of two-dimensional steel, reinforced concrete and composite steel-concrete structures via coupling SCM/RPHM.
(2017) Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Castro, Paulo de Tarso Amorim
This paper presents a numerical methodology based on Euler-Bernoulli theory to simulate the steel, reinforced concrete and composite structures 2D nonlinear behavior. The displacement-based numerical formulation uses the principles of the Refined Plastic Hinge Method (RPHM) to simulate the concentrated plasticity at the corotational finite element nodal points. In order to present a more realistic simulation of the axial and flexural stiffness degradation, the RPHM is coupled with the Strain Compatibility Method (SCM), where the materials constitutive relations are used explicitly. The SCM is also applied in determining the structural elements’ bearing capacity. Moreover, the present approach is not limited to a specific cross-sectional typology. Also addressed are residual stress models; these are introduced explicitly in subareas of steel profiles generated by a two-dimensional cross-sectional discretization. It should be emphasized that this study considers full interaction between the materials. Finally, the results obtained are compared with numerical and experimental findings available in the literature.
Numerical analysis of RC plane structures : a concentrated nonlinear effect approach.
(2018) Lemes, Igor José Mendes; Barros, Rafael Cesário; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Rocha, Paulo Anderson Santana
The present work aims to study the nonlinear behavior of reinforced concrete structures via Refined Plastic Hinge Method (RPHM). Pseudo-springs are used at the finite element ends, where the gradual loss of stiffness is determined by the combination of the normal force and bending moment (NM) in the cross section. The limiting of the uncracked, elastic and plastic regimes is done in the NM diagram. The concrete cracking is explicitly simulated with two approaches to calculate the effective moment of inertia of the cross section. The displacement-based formulation is referenced to the co-rotational system and coupled with continuation strategies to allow to overcome the possible critical points in the equilibrium paths. For validation of the numerical simulations, the results found with the proposed formulation are confronted with experimental and numerical data present in literature.
Numerical analysis of steel–concrete composite beams with partial interaction : a plastic-hinge approach.
(2021) Lemes, Igor José Mendes; Dias, Luís Eduardo Silveira; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Amilton Rodrigues da; Carvalho, Tawany Aparecida de
A two-dimensional displacement-based formulation with a plastic-hinge approach for the numerical analysis of composite beams with partial shear connection is presented here. The co-rotational approach is applied in the numerical model to allow large displacements and rotations. The axial and transverse displacement functions are defined to avoid locking problems. The simulation of the materials and shear connection nonlinear behaviors are approached via the strain compatibility method (SCM), where the constitutive relations are explicitly used. The slip in the steel section–concrete slab interface is considered by the axial force decomposition in the cross-section level by the degree of composite action, without introducing degrees of freedom in the finite element. The numerical proposal of the present work is tested by simulating steel–concrete composite beams and comparing the obtained results with the experimental and numerical data already known. This formulation is verified as numerically stable and without locking phenomena, and good convergence with literature results was obtained. However, more refined finite element (FE) meshes are needed.
Plastic analysis of steel arches and framed structures with various cross sections.
(2021) Silva, Jéssica Lorrany e; Deus, Lidiane Rodrigues Reis Maia de; Lemes, Igor José Mendes; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
This paper presents a displacement-based numerical methodology following the Euler-Bernoulli theory to simulate the 2 nonlinear behavior of steel structures. It is worth emphasizing the adoption of co-rotational finite element formulations considering large displacements and rotations and an inelastic material behavior. The numerical procedures proposed considers plasticity concentrated at the finite elements nodes, and the simulation of the steel nonlinear behavior is approached via the Strain Compatibility Method (SCM), where the material constitutive relation is used explicitly. The SCM is also applied in determining the sections bearing capacity. Moreover, the present numerical approach is not limited to a specific structural member cross-sectional typology, with the residual stress models introduced explicitly in subareas of steel cross-sections generated by a 2D discretization. Finally, results consistent with the literature and with low processing time are presented.
Second-order inelastic analysis of shallow and non-shallow steel arches.
(2020) Deus, Lidiane Rodrigues Reis Maia de; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Lemes, Igor José Mendes; Silva, Jéssica Lorrany e
This work presents a second-order inelastic analysis of steel arches. The analysis of shallow and non-shallow arches with several cross sections and boundary and loads conditions are discussed. The computational platform used is the homemade CS-ASA, which performs advanced nonlinear static and dynamic analysis of structures. The nonlinear geometric effects are considered using a co-rotational finite element formulation; the material inelasticity is simulated by coupling the Refined Plastic Hinge Method (RPHM) with the Strain Compatibility Method (SCM), and the static nonlinear solution is based on an incremental-iterative strategy including continuation techniques. In the simulated nonlinear steel arch models, special attention is given to the equilibrium paths, the influence of rise-to-span ratio, support and loading conditions and full yield curves among other factors. The numerical results obtained show good agreement with those from literature and highlight that the arch rise-to-span ratio has great influence on the structure resistance and that the shallow arches can lose stability through the snap-through phenomenon.