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An efficient strategy for solving structural nonlinear equations by combining the orthogonal residual method and normal flow technique.
(2019) Maximiano, Dalilah Pires; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Gonçalves, Paulo Batista
This paper presents a new procedure for solving structural nonlinear problems by combining the orthogonal residual method (ORM) and normal flow technique (NFT). The perpendicularity condition to the Davidenko flow, introduced by the NFT, which must be satisfied during the iterative process, overcome the difficulties, i.e. the poor convergence and inefficiency of the ORM close to the limit points, particularly the displacement limit points (snap-back behavior). Basically, the idea of the proposed strategy is to adjust the load parameter, which is treated as a variable in the nonlinear incremental-iterative solution process, assuming that the unbalanced forces (residual forces) must be orthogonal to the incremental displacements. This constraint is used together with the NFT perpendicularity condition. The proposed procedure is tested, and its efficiency is corroborated through the analyses of slender shallow and nonshallow arches and an L-frame since they exhibit highly nonlinear behaviors under certain loading conditions. It is concluded that the proposed procedure can overcome the numerical instability problems in the neighborhood of critical points when using only the conventional OR process, and the procedure compares favorably with the arc-length method, minimum residual displacement method, and generalized displacement control method.
Análise de estruturas reticuladas em aço em temperaturas elevadas.
(2018) Dias, Thalita Cardoso; Silva, Andréa Regina Dias da; Souza, Henor Artur de; Galvão, Alexandre da Silva; Silva, Andréa Regina Dias da
O projeto de estruturas mais esbeltas de peso reduzido associado ao projeto de proteção contra incêndio é usualmente dispensado, pois torna o seu custo final mais oneroso. Os desastres causados por incêndios são de grandes proporções, sendo importante o conhecimento do comportamento da estrutura em situações de incêndio para prevenir a precoce falha estrutural. Durante o aquecimento ocorre alterações nas propriedades do material, em especial a brusca degradação das propriedades mecânicas. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um modelo numérico para as análises linear, não linear geométrica e avançada estática de estruturas em aço reticuladas sob altas temperaturas baseada no Método dos Elementos Finitos. O efeito da temperatura foi incluído como fonte de não linearidade pelos deslocamentos que surgem devido aos esforços provenientes da elevação da temperatura, e também pela diminuição das suas propriedades mecânicas. O comportamento do material foi adotado como elástico perfeitamente plástico. A simulação do escoamento do material foi feita pelo Método da Rótula Plástica Refinado. A solução do problema estático não linear foi feita por meio de uma análise incremental-iterativa de Newton-Raphson modificado. As propriedades mecânicas foram adotadas segundo a norma europeia EN 1994-1-2. As análises de validação do modelo proposto foram feitas no programa computacional CS-ASA, que já realiza análise avançada em condições de temperatura ambiente. Foram realizadas análise para validação do modelo proposto.
Análise dinâmica avançada de estruturas de aço com ligações semirrígidas e interação com o solo.
(2018) Batelo, Everton André Pimentel; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Guimarães, Gustavo Paulinelli; Ferreira, Walnório Graça; Galvão, Alexandre da Silva
Esta tese apresenta os fundamentos numéricos para a previsão do comportamento de estruturas planas de aço com ligações semirrígidas e interação com o solo quando estas são submetidas a ações dinâmicas extremas, como: impacto, abalos sísmicos e ações de ventos. Nessas condições, as estruturas de aço podem apresentar deformações permanentes, danos localizados que podem levar ao colapso parcial ou total. Dessa forma, projetar sistemas estruturais considerando o comportamento elástico do material, nessas situações extremas, tende a ser antieconômico. É aceitável, portanto, que haja certo dano nas estruturas nessas situações de carregamento extremo, desde que esse não coloque em risco a segurança da edificação. Assim, esta tese tem como objetivo avaliar o comportamento não linear de estruturas de aço sob ação dinâmica, procurando explorar a capacidade de amortecimento histerético introduzido pelas ligações semirrígidas e pelo processo de deformação plástica de seus membros (vigas e colunas formados por perfis I ou H compactos), com a consequente redistribuição de esforços internos e formação de rótulas plásticas. As análises transientes não lineares são realizadas através do programa computacional CS-ASA (Silva, 2009), que é baseado no método de elementos finitos (MEF). Esse programa é ampliado através do presente estudo, onde os efeitos não lineares geométricos, das ligações semirrígidas e do material aço são considerados juntamente com a interação solo-estrutura (ISE). Elementos finitos planos não lineares de barra, baseados na hipótese de Euler Bernoulli, são usados na modelagem das estruturas de aço e elementos de fundação são usados para aproximar o meio geológico (solo ou rocha), que é modelado de forma discreta ou contínua (hipóteses de Winkler). Assume-se aqui que esses elementos de fundação reagem às solicitações de tração e compressão, caracterizando o problema ISE com restrições bilaterais de contato. As respostas transientes não lineares dos problemas analisados são obtidas através um processo incremental-interativo, usando os métodos Newmark e Newton-Raphson. Por fim, vale destacar que as respostas alcançadas através da metodologia de solução numérica proposta apresentaram boa concordância com as extraídas da literatura e através do software SAP 2000.
Análise dinâmica de sistemas estruturais reticulados com restrições de contato.
(2016) Rosas, Letícia Reis Batista; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Galvão, Alexandre da Silva; Silva, Kátia Inácio da
Com o avanço da construção civil, tem-se projetado elementos estruturais cada vez mais esbeltos, o que os torna mais susceptíveis a problemas excessivos de vibrações. Em muitas situações, esses elementos estão apoiados em outros corpos, tais como o solo, que podem oferecer restrições de movimentos em algumas direções. Nesse contexto, a análise estática e dinâmica desses elementos considerando a interação com esse outro meio torna-se importante na concepção de um projeto estrutural. Este trabalho tem como objetivo realizar análise dinâmica de sistemas estruturais considerando sua interação com o solo. As análises são realizadas utilizando o sistema computacional CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis), desenvolvido por Silva (2009). O solo é representado através do modelo de molas discretas e dos modelos contínuos de Winkler e Pasternak. São considerados os efeitos oriundos da não linearidade geométrica da estrutura e, em algumas análises, considera-se também o comportamento não linear do solo. A estratégia de modelagem utilizada baseia-se na aplicação do Método dos Elementos Finitos, e o problema de autovalor para determinação das frequências naturais é resolvido pelo método de Jacobi. O problema transiente não linear é resolvido através do método de integração de Newmark, em combinação com a estratégia incremental e iterativa de Newton-Raphson. Situações práticas envolvendo a interação entre o solo e a estrutura são avaliadas no decorrer do estudo, procurando evidenciar a influência do contato na trajetória de equilíbrio, na distribuição dos esforços, nas frequências naturais de vibração e na resposta transiente dessas estruturas.
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.
Aplicação de um elemento finito híbrido não linear na modelagem de estruturas metálicas.
(2012) Santos, Marcelo Nascimento dos; Rocha, Paulo Anderson Santana; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Nesse trabalho, um elemento finito híbrido, que incorpora em sua formulação os efeitos não lineares de segunda ordem, da inelasticidade do aço e da semirrigidez da ligação, é utilizado para modelar e analisar sistemas estruturais reticulados planos em aço. Trata-se do elemento finito clássico de pórtico plano que apresenta, em suas extremidades, pares de molas dispostas em série. Uma das molas é representada pelo parâmetro Sc, que define o grau de rigidez da ligação entre as barras; a outra mola é representada pelo parâmetro Ss, que avalia a plastificação da seção. A matriz de rigidez desse elemento incorpora todos os efeitos não lineares supracitados. O presente trabalho faz uma averiguação da eficiência computacional do elemento híbrido na simulação isolada e combinada desses efeitos não lineares. Problemas clássicos de equilíbrio e estabilidade são inicialmente modelados e, em seguida, a atenção é voltada para a análise de sistemas estruturais com ligações flexíveis. Por fim, o referido elemento é utilizado em análises inelásticas de pórticos planos baseadas no método da rótula plástica refinado. Através dessas análises, é possível verificar e validar o emprego do elemento híbrido na modelagem numérica de diversos problemas estruturais não lineares na engenharia civil.
Avaliação do comportamento inelástico de colunas e pórticos metálicos com flexão em torno do eixo de menor inércia.
(2015) Gonçalves, Gilney Afonso; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento inelástico de sistemas estruturais metálicos submetidos à flexão em torno do eixo de menor inércia. Consideram-se sec¸ ões transversais compactas do tipo I. Nessas sec¸ ões, a flexão em torno do eixo mais fraco apresenta benefícios importantes como a capacidade de desenvolver toda resistência plástica sem ocorrência de flambagem lateral por torc¸ ão. Adota-se uma formulac¸ ão de elementos finitos reticulados planos, na qual o processo de plastificac¸ ão do ac¸ o é acompanhado através do método da rótula plástica refinado. Nesse método, os efeitos decorrentes do escoamento do material são capturados através de um parâmetro que reduz a rigidez do membro estrutural em func¸ ão do desenvolvimento de regiões plásticas. Emprega-se ainda nesse método o módulo tangentepara considerar adegradac¸ ãoda rigidez emfunc¸ ãodas forc¸ as internas. Efeitosde segunda ordem, tensões residuais e imperfeic¸ ões geométricas também são considerados nas análises. Como critério para definir o estado limite último de resistência da sec¸ ão transversal adotam-se superfícies de plastificac¸ ão que descrevem a interac¸ ão entre esforc¸ o normal e momento fletor. Para soluc¸ ão das equac¸ ões não lineares de equilíbrio estrutural usa-se o método de Newton-Raphson acoplado a estratégias de continuac¸ ão. Colunas isoladas e pórticos planos são analisados e os resultados obtidos são comparados aos encontrados por outros pesquisadores. Essas comparac¸ ões permitem concluir que as técnicas usadas neste trabalho são eficazes e necessárias para uma melhor previsão do comportamento das estruturas com membros submetidos à flexão em torno do eixo de menor inércia.
Confiabilidade de pórticos planos de aço projetados por análise avançada.
(2020) Nadir, Endersom Lisboa; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Silva, Andréa Regina Dias da; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Silva, Andréa Regina Dias da; Brandão, André Luis Riqueira; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
A prática atual de projetos de estruturas de aço baseada em verificações de segurança de membros individuais é a mais utilizada. A abordagem designada projeto por análise avançada vem sendo incorporada nas normas de projeto em todo o mundo, como na norma americana AISC 360-10. No entanto, mesmo os métodos de análise mais sofisticados não podem prever com segurança o desempenho real de uma estrutura devido às incertezas presentes nas variáveis básicas do projeto. Para levar em consideração tais incertezas e garantir um nível de confiabilidade estrutural alvo, um coeficiente de ponderação da resistência para o sistema é aplicado pelas normas. Neste trabalho, avalia-se a confiabilidade do sistema de pórticos planos de aço, sujeitos a cargas gravitacionais, com ligações rígidas, por meio da análise avançada (análise inelástica de segunda ordem), onde os efeitos da não linearidade geométrica e não linearidade física são considerados, bem como as imperfeições geométricas iniciais e tensões residuais. Utilizou-se uma versão do programa computacional de confiabilidade desenvolvido por Mapa (2016), em linguagem MATLAB®. A análise de confiabilidade é realizada com base no método de confiabilidade First Order Reliability Method (FORM), que atua interativamente com o programa MASTAN2, para as análises estruturais inelásticas de segunda ordem. Discutiu-se a segurança das estruturas por meio do índice de confiabilidade para estados limites últimos de resistência. Comparam-se os resultados com os obtidos por outros autores e discutem-se as implicações de confiabilidade dessa metodologia e a adequação do coeficiente de ponderação da resistência aplicado ao sistema. O método inelástico de segunda ordem apresentou resultados em termos de índices de confiabilidade do sistema consistentes e mais uniformes em relação ao Método dos Estados Limites. No entanto, considerando que as consequências do colapso do sistema são maiores que a falha de membros isolados, pode ser desejável se adotar um coeficiente de ponderação da resistência menor do que 0,9 (conforme o AISC 360-10), como utilizado neste trabalho.
Confiabilidade estrutural de pórticos de aço.
(2019) Mapa, Danilo Luiz Santana; Freitas, Marcílio Sousa da Rocha; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da
O emprego de métodos para análise de confiabilidade estrutural permite a avaliação da probabilidade de violação de estados limites relevantes ao projeto estrutural. Este artigo apresenta procedimento numérico preciso e eficiente para avaliação da confiabilidade de pórticos planos de aço via análise estrutural avançada em elementos finitos, considerando os efeitos da não linearidade geométrica e da flexibilidade das ligações. O método analítico FORM (First Order Reliability Method) foi empregado na avaliação da probabilidade de falha de funções de desempenho formuladas para estados limites últimos de resistência e estados limites de serviço. Os resultados obtidos indicaram que os índices de confiabilidade dos exemplos de pórticos planos de aço analisados são significativamente afetados pela presença das ligações semirrígidas e pelos efeitos da não linearidade geométrica.
CS-ASA : a new computational tool for advanced analysis of steel frames.
(2013) Silva, Andréa Regina Dias da; Prado, Ícaro Machado; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Esse trabalho apresenta uma nova ferramenta computacional, para análise avançada estática e dinâmica de estruturas de aço reticuladas planas, desenvolvida com base no Método dos Elementos Finitos. Duas fontes de não linearidades são consideradas nas análises: a geométrica, que considera os efeitos da deslocabilidade da estrutura; e a física, causada, principalmente, pelas características mecânicas dos materiais utilizados na construção civil. Imperfeições relacionadas com o carregamento, geometria do sistema e tensões residuais podem, também, serem consideradas. Para se ilustrarem alguns dos recursos e análises que diferenciam essa ferramenta dos programas comerciais existentes, a estabilidade estática e dinâmica de alguns sistemas estruturais, com ligações rígidas e semirrígidas, é avaliada. As respostas obtidas por outros pesquisadores são usadas, para validar as formulações e as metodologias de solução não linear, implementadas nessa ferramenta, e para atestar a eficiência desse programa caseiro de análise estrutural.
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 numéricas para otimização da solução não linear de problemas estruturais.
(2019) Rocha Segundo, Jackson da Silva; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silva, Amilton Rodrigues da; Maximiano, Dalilah Pires
É crescente a busca por ferramentas computacionais capazes de realizar simulações numéricas de sistemas estruturais com comportamento não linear. Para problemas estáticos não lineares, em particular, é fundamental a implementação e uso de estratégias numéricas com o objetivo de obter de forma completa as trajetórias de equilíbrio da estrutura, superando possíveis pontos críticos (pontos limite e de bifurcação). No contexto dos métodos de discretização (Método dos Elementos Finitos, Método das Diferenças Finitas, Método dos Elementos de Contorno, etc), em que estratégias incrementais e iterativas são geralmente adotadas, os solvers não lineares devem ser eficientes nas duas fases do processo de solução (predita e corretiva), para cada passo do carregamento aplicado. São implementadas neste trabalho duas estratégias para tornar o procedimento de solução não linear mais robusto e eficiente: o ciclo iterativo de Potra-Pták e a técnica de otimização da busca linear. A primeira estratégia consiste em uma modificação do processo iterativo de Newton-Raphson, na qual são realizadas duas avaliações da função gradiente, representada pelas forças desequilibradas do sistema estrutural. Por sua vez, a busca linear é a técnica que visa escalonar o vetor de deslocamentos corretivos na fase iterativa, procurando garantir e acelerar a convergência do processo. Essas estratégias numéricas são detalhadas, implementadas (na ferramenta computacional CS-ASA, Computational System for Advanced Structural Analysis) e usadas em análises de estruturas com forte não linearidade. Através dos resultados numéricos obtidos, percebe-se que as estratégias empregadas são alternativas válidas e eficientes para a análise não linear geométrica de vigas, colunas, pórticos e arcos, proporcionando, em geral, a redução no número de incrementos de carga, iteração e tempo de processamento para obter o caminho de equilíbrio de forma completa.
Estudo computacional via ansys de vigas, arcos e anéis com restrições de contato impostas por bases elásticas.
(2016) Abreu, João Felipe Araújo Carneiro de; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Galvão, Alexandre da Silva; Silva, Andréa Regina Dias da
Problemas onde elementos estruturais estão apoiados ou servem com suporte do solo ou rocha podem ser facilmente encontrados em diversas situações práticas na engenharia, tais como: trilhos de estradas de ferro suportados por dormentes, estacas verticais submetidas a cargas horizontais em seu topo, tubulações enterradas, tubulações em contato com o fundo do mar, pavimentos, vigas baldrames, cascas de proteção em ambientes agressivos (usinas nucleares), e sapatas corridas e isoladas. Essas situações evidenciam o caráter de alguns problemas, que não são apenas estruturais, mas também geotécnicos. Neste contexto, esta dissertação tem como principal objetivo o desenvolvimento de uma metodologia de solução numérica, através do emprego da plataforma computacional ANSYS, para análise dos problemas estruturaisgeotécnicos com restrições de contato impostas por bases elásticas, que representam aqui o solo ou a rocha. O trabalho tem como principais características: i. a utilização do método dos elementos finitos (MEF) na discretização do problema de contato em questão; o emprego do modelo contínuo de Winkler na representação do solo e a sua substituição por um modelo discreto formado por molas; e a possibilidade de análise dos Problemas de Contato Bilateral (PCB) e Unilateral (PCU), onde nessa última abordagem a separação entre os corpos (estruturabase elástica) pode acontecer, isso caracteriza o problema a ser resolvido como não linear, pois não se conhece as regiões de contato após a aplicação do carregamento. É elaborado um roteiro passo-a-passo que permite a utilização do ANSYS para a solução dos PCB e PCU. Exemplos numéricos são apresentados e analisados, onde atenção especial foi dada às vigas, arcos e anéis com restrições de contato impostas por bases elásticas, com o intuito de averiguar a eficiência da metodologia de solução proposta. Análises paramétricas foram realizadas no sentido de averiguar a influência da malha de elementos finitos na estratégia numérica proposta; adicionalmente, verificou-se a influência do parâmetro de rigidez da base elástica no comportamento do sistema de suporte e regiões de contato e perda de contato entre os corpos. Destaca-se o emprego de soluções numéricas e analíticas da literatura consagradas na validação dos resultados encontrados nesta dissertação. Por fim, são apresentadas as conclusões e observações referentes às análises realizadas, com a inclusão de sugestões de novas pesquisas visando a continuação deste trabalho.
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
Formulações corrotacionais 2D para análise geometricamente não linear de estruturas reticuladas.
(2016) Silva, Jéssica Lorrany e; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Alvarenga, Arthur Ribeiro de; Galvão, Alexandre da Silva
Com o propósito de tornar os sistemas estruturais mais econômicos tem-se um aumento da utilização de estruturas cada vez mais esbeltas em várias áreas da engenharia. Para a concepção de estruturas mais esbeltas, a realização de análises não lineares geométricas, em que os efeitos de segunda ordem são explicitamente incluídos, torna-se cada vez mais comum. Nesse âmbito, com esta dissertação tem-se a finalidade principal o desenvolvimento de formulações para estruturas reticuladas 2D, que consideram o comportamento não linear geométrico, dentro do contexto do Método dos Elementos Finitos. As implementações foram realizadas no programa computacional CS-ASA (Computational System for Advanced Structural Analysis), com o qual é possível a realização de análises avançadas de estruturas considerando vários efeitos não lineares. As formulações de elementos finitos geometricamente não lineares implementadas aqui estão adaptadas à metodologia de solução que usa o método de Newton-Raphson acoplado às estratégias de incremento de carga e de iteração. Essas estratégias permitem a ultrapassagem de pontos críticos (bifurcação e limite) ao longo da trajetória de equilíbrio. Vale enfatizar a adoção nessas formulações não lineares de elementos finitos do referencial corrotacional, que permite a separação explícita entre os movimentos de corpo rígido e os deformacionais. Nesse tipo de abordagem, somente os deslocamentos que causam deformações estão presentes e, dessa forma, os deslocamentos e rotações medidos nesse sistema local corrotacional podem ser considerados pequenos e permitem a consideração de medidas de deformação lineares sem perda de precisão. Essas formulações utilizam a teoria de viga de Euler-Bernoulli e também a teoria de Timoshenko. Os resultados obtidos no presente trabalho foram avaliados através do estudo de problemas estruturais clássicos de estabilidade fortemente não lineares encontrados na literatura.
Inelastic second-order analysis of steel columns under minor-axis bending.
(2019) Gonçalves, Gilney Afonso; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silva, Jéssica Lorrany e
The inelastic second-order behavior of steel structural columns under minor-axis bending is presented in this article. To study this behavior, a nonlinear frame element formulation is adopted in which the steel's plasticity process is accompanied at the nodal points of each finite element through the refined plastic-hinge method (RPHM). A tangent modulus approach is employed in order to consider the stiffness degradation in function of the internal forces' variation, and the second-order effects, residual stresses and geometric imperfections are considered in the modeling of column behavior. As a criterium for defining the ultimate limit state of the column cross-section, strength surfaces are adopted. These surfaces describe the interaction between the axial force and bending moment (N-M interaction diagrams). To solve the nonlinear equilibrium equation for the structural system, the Newton-Raphson method is used, coupled with continuation strategies. Columns with different slenderness, boundary and loading conditions are analyzed, and the results obtained are comparable to those found by other researchers. The results lead to the conclusion that the numerical approach adopted in this study can be used for a better behavioral understanding of the steel column under weak-axis bending.
Influence of inverted-v-braced system on the stability and strength of multi-story steel frames.
(2023) Azevedo, Iara Santana de; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Population growth in urban centers, together with the lack of physical space, has led to the construction of increasingly tall and slender buildings. Multiple-story structures present substantial challenges to civil engineering because they have specific requirements for their design, construction, and use. The increased number of floors leads to more lateral displacements resulting from horizontal actions. Under these conditions, to ensure system stability, structural bracing components are commonly adopted. In addition, along with the use of more resistant materials and new construction techniques, it is necessary to improve the methodologies adopted in the structural analysis to offer professionals in the area the conditions to undertake safer and more economical projects with better speed and efficiency. Thus, in this study, numerical analyses were applied to steel planar reticulated structures to evaluate their stability and strength when inserting bracing systems. The study compared the arrangement of the bars and analyzed the influence of the parameters of the bracing systems, such as the properties of the cross-section and the position of the inverted-V-braced system. The MASTAN2 program was used to perform nonlinear static assessments using reticulated finite elements that considered both geometrical and physical nonlinearities. It was observed that the inverted-V-braced system had a substantial impact on all of the structures that were analyzed, providing increased stiffness and, as a result, significantly reducing the frame’s lateral displacement.
Influência do contraventamento na estabilidade e resistência de estruturas em aço.
(2021) Azevedo, Iara Santana de; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Silva, Andréa Regina Dias da; Silveira, Ricardo Azoubel da Mota; Batelo, Everton André Pimentel; Neves, Francisco de Assis das
O crescimento populacional em grandes centros urbanos, juntamente com a falta de espaço físico, tem levado à construção de edifícios cada vez mais altos e esbeltos. Estruturas com múltiplos pavimentos trazem grandes desafios à Engenharia Civil exigindo condições especificas de projeto, de construção e de uso. Mais diretamente relacionado à análise estrutural, o aumento do número de pavimentos acarreta em um acréscimo dos efeitos decorrentes das ações horizontais. Nessas estruturas, por estarem susceptíveis a grandes deslocabilidades devido a tais ações, adota-se comumente componentes estruturais de contraventamento, cuja principal função é fornecer estabilidade ao sistema. Além disso, com o uso de materiais mais resistentes e novas técnicas construtivas surge-se a necessidade de aperfeiçoamento das metodologias adotadas na análise estrutural, buscando oferecer aos profissionais da área condições para que realizem projetos mais seguros e econômicos com maior rapidez e eficiência. Nesse sentido, neste trabalho realizam-se análises numéricas de estruturas reticuladas planas em aço com o objetivo de avaliar sua estabilidade e resistência ao inserir sistemas de contraventamento. Durante o estudo, investiga-se a influência de alguns parâmetros dos sistemas de contraventamento tais como: o tipo de ligação com os outros membros da estrutura, as propriedades da seção transversal, a posição e a disposição das barras, além da sua eficácia quanto à variação na intensidade das cargas laterais. Análises estáticas serão realizadas via programa MASTAN2. Formulações não lineares de elementos finitos que consideram duas fontes de não linearidades, geométrica e física, são adotadas. Através dos estudos realizados, observou-se que os sistemas de contraventamento exerceram influência significativa em todas as estruturas analisadas, proporcionando um aumento na rigidez, e consequente, redução da deslocabilidade lateral. Outras conclusões e observações referentes ao comportamento estrutural de cada estrutura investigada e diretamente relacionadas às análises efetuadas serão estabelecidas.
Interface entre estruturas metálicas e estruturas de concreto, pré-fabricadas e moldadas “in loco”.
(2016) Andrade Junior, Miguel Jose de; Souza, Henor Artur de; Silva, Andréa Regina Dias da; Souza, Henor Artur de; Silva, Andréa Regina Dias da; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Azevedo, Crysthian Purcino Bernardes
O trabalho evidencia a interface entre os elementos mistos aço e concreto, sendo atualmente os mais utilizados no mercado da construção civil, delineando suas tipologias estruturais e características deste sistema construtivo. A revisão bibliográfica foi realizada com base em estudos acadêmicos e normativos, além do estudo de um edifício exemplo, projetado pelo autor e executado em elementos mistos. As lajes, vigas e pilares foram abordados inicialmente de forma isolada, apresentando ao leitor os principais aspectos teóricos e normativos para o entendimento e análise de uma edificação constituída de elementos mistos estruturais. Busca-se, da mesma forma, apresentar características sobre o processo construtivo e normalização, que ampliam as qualidades do elemento proposto, diminuindo custos com mão-de-obra, matéria-prima, e do próprio objeto. Apresenta-se ainda uma análise do desempenho estrutural misto com maior utilização, visando sua aplicação imediata e prioritária em situações que demandam velocidade de execução e restrições sobre aspectos projetuais, podendo oferecer uma resistência estrutural adequada a situação proposta. A análise estrutural foi realizada via simulação numérica utilizando os softwares Strap 2013.00 e Ftool, respectivamente. Os resultados obtidos pela análise estrutural demonstraram que a solução mista, viga de aço e concreto foram os mais adequados, pois além de oferecer estabilidade estrutural proporcionaram um modelo mais leve e compatível com as necessidades projetuais e executivas.