DECIV - Departamento de Engenharia Civil
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Item Análise via método dos elementos finitos de conectores HILTI X-HVB em vigas mistas de aço e concreto.(2023) Oliveira, Elaine Ferreira de; Souza, Flávio Teixeira de; Paula, Geraldo Donizetti de; Souza, Flávio Teixeira de; Paula, Geraldo Donizetti de; Ribas, Rovadávia Aline de Jesus; Machado, Wanderson GonçalvesCom o avanço dos sistemas estruturais e construtivos no ramo da engenharia civil foram desenvolvidos sistemas formados por elementos mistos de aço-concreto, em que a combinação desses materiais visa aproveitar as vantagens de cada um, tanto em termos estruturais como construtivos. Esses sistemas são utilizados na construção civil em todo o mundo desde o início da década de 1930, sendo normatizado no Brasil em 1986. Para que o aço e o concreto trabalhem de forma conjunta e se caracterizem como uma estrutura mista, precisam estar ligados entre si por meio de dispositivos de transferência de esforços, os conectores de cisalhamento, que garantem a interação entre os materiais pelo atrito, aderência ou repartição de cargas. Este trabalho analisa um sistema misto por meio da simulação do ensaio Push-out, utilizando modelos numéricos via Método dos Elementos Finitos, pelo software ANSYS. Utilizou-se incialmente o conector stud bolt e os resultados foram comparados com resultados encontrados na literatura e, a partir desse modelo, foram estudadas variações com o conector Hilti X-HVB 80. Interfaces aço-concreto foram simuladas considerando elementos de contato e elementos de mola. Observou-se que o comportamento dos dois tipos de conectores foi similar, sendo que o conector Hilti sofreu menores deslocamentos do que o conector stud bolt quando submetido aos mesmos carregamentos. Quando aumentada a rigidez do sistema, os valores de tensões nos conectores foram reduzidos devido à melhor redistribuição das tensões. Os resultados obtidos foram coerentes às referências, indicando a viabilidade da análise numérica por meio dos modelos elaborados e a possibilidade de expansão dos estudos sobre este sistema misto.Item Análise de flambagem distorcional em perfis formados a frio com seção do tipo U enrijecido com variação da posição e da largura das perfurações.(2023) Pereira, Aline Fatima Nascimento; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Russo, Mário Luís Cabello; Alves, Vinicius NicchioO uso dos Perfis Formados a Frio na construção civil possibilita vantagens econômicas intrínsecas à sua leveza, versatilidade e rapidez de produção e execução. No entanto, a esbeltez característica dos mesmos poderá agravar fenômenos de instabilidade que interferem na sua capacidade resistente. Isso aliado a inserção de furos na alma dos perfis para a passagem de dutos para sistemas construtivos e para a fixação de elementos estruturais interfere na resistência e gera a necessidade de conferência da flambagem distorcional, calculada pelo Método da Resistência Direta que consta no Anexo C da ABNT NBR 14762. Sendo assim, o presente trabalho avalia a influência da largura e da posição dos furos em Perfis Formados a Frio do tipo U enrijecido submetidos à compressão centrada e sujeitos à flambagem distorcional. Realizou-se a análise linear para perfis sem perfurações através da Teoria Generalizada de Vigas por meio do software GBTul. Em sequência, utilizou-se a área líquida da seção para a análise teórica através das formulações retiradas do Método da Resistência Direta e foi feita a análise numérica não linear baseada no Método dos Elementos Finitos via software ANSYS, para perfis com e sem furos. Os valores das forças axiais de compressão resistentes pelos dois métodos foram comparados e seus resultados demonstraram que quanto maiores os furos, maior a redução da resistência. Conclui-se que a existência de uma ou duas linhas de furos não é um critério de grande relevância, uma vez que os resultados ficaram muito próximos. Por fim, verifica-se que há uma boa correlação entre os resultados numéricos e analíticos, o que indica a validação do método utilizado.Item Modelagem numérica de elementos sólidos de aço-carbono estrutural, aço inoxidável e liga inconel 718 via método dos elementos finitos.(2023) Almeida, Lukerman Douglas de; Rocha, Paulo Anderson Santana; Rocha, Paulo Anderson Santana; Lage, Carmen Miranda; Araújo, Ernani Carlos de; Fernandes, Walliston dos SantosO presente trabalho visa a realização das análises numéricas de elementos sólidos relativos ao aço-carbono estrutural, tanto para o aço de média resistência (MR250) quanto para o de alta resistência (AR350); ao aço inoxidável 304 e da superliga inconel 718. Para isso, implementouse computacionalmente uma formulação matemática baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF), que utilizou a linguagem de programação FORTRAN, que teve por propósito a obtenção dos valores de tensões, deformações e deslocamentos nodais dos aços e da liga, levando-se em conta que os materiais apresentam comportamentos elástico-lineares. Quanto às análises das tensões, utilizou-se o método de critério de ruptura de von Mises. Para a discretização dos elementos sólidos, foram utilizados os elementos finitos tetraédricos de 4 nós (T4), hexaédricos de 8 nós (H8) e hexaédricos de 20 nós (H20), sendo que cada nó apresenta três graus de liberdade. Utilizou-se também o Método de Gauss-Legendre (Quadratura de Gauss) para a resolução numérica das integrais. Com o intuito de verificar e validar as respostas obtidas a partir do programa computacional implementado, foram realizadas comparações com resultados encontrados na literatura, e em seguida foram feitas as análises numéricas dos materiais. Este trabalho pretende contribuir de forma eficiente para o cálculo de tensões, deformações e deslocamentos em sólidos.Item 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 JesusO 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.Item 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 dasO 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.Item Otimização de treliças de cobertura utilizando o método dos elementos finitos.(2019) Souza, Flávio Teixeira de; Silva, Sheila Bárbara Ferreira da; Paula, Geraldo Donizetti de PaulaO objetivo de um projeto estrutural é a obtenção de edificações seguras, estáveis e econômicas e, o emprego de algoritmos de otimização possibilita atingir a estes objetivos de forma otimizada, reduzindo o custo e aumentando a eficiência da estrutura. Estes algoritmos de otimização podem ser utilizados associados a métodos de análise, como o Método dos Elementos Finitos, que potencializam sua aplicação. Este trabalho utiliza esta técnica para a avaliação de treliças de cobertura alterando-se os vãos, distanciamento entre elas, suas tipologias e as seções transversais utilizadas, considerando-se a taxa de consumo de aço como parâmetro. Observou-se que a adoção da treliça de banzos paralelos leva a maior consumo de aço, e que a escolha da seção transversal do perfil estrutural não altera este parâmetro, podendo nortear-se por razões construtivas.Item Análise estrutural via método dos elementos finitos de reforços em contêineres ISO reutilizados na construção civil.(2021) Felipe, Yasmine Luz; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Paula, Geraldo Donizetti de; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Paula, Geraldo Donizetti de; Martins, Jaime Florêncio; Mazon, Ana Amélia OliveiraOs contêineres têm sido reutilizados em todo o mundo como componentes estruturais no projeto de edifícios, apresentando-se como um sistema construtivo com grande potencial. Dentre os diferentes tipos encontrados no mercado, destacam-se aqueles fabricados de acordo com as normas ISO, pois garantem uniformidade no que diz respeito às suas características mecânicas e geométricas. Nesta pesquisa, foram elaborados modelos numéricos do contêiner de 20 pés Standard, um fechado (sem aberturas) a partir do qual foram obtidos outros dez realizando-se diferentes configurações de aberturas, por meio do software ANSYS. Foram realizadas simulações dos mesmos, via método dos elementos finitos, sem e com aplicação de cantoneiras de abas iguais e de perfis de seção I como reforços estruturais nas aberturas. Os resultados obtidos dos deslocamentos (transversais, verticais e longitudinais) nas estruturas e das tensões de von Mises nas chapas foram analisados e comparados, a fim de avaliar a eficiência dos reforços em cada uma das situações. Concluiu-se que, para as condições aplicadas a esses modelos, seus desempenhos são satisfatórios e contribuem para adaptar os contêineres a diversos projetos arquitetônicos.Item Análise numérica da influência das dimensões de perfurações em perfis formados a frio do tipo rack submetidos à compressão.(2020) Souza, Flávio Teixeira de; Santos, Elves Tiago dos; Sarmanho, Arlene Maria CunhaOs sistemas de armazenagem industrial, normalmente chamados racks, são formados por perfis formados a frio em aço com perfurações para acomodar as ligações. A seção utilizada nas colunas é susceptível à flambagem distorcional, cujo dimensionamento normativo é feito por meio do Método da Resistência Direta. Como este método não considera as perfurações, este trabalho avalia sua adaptação para ser utilizado em sistemas de armazenagem industrial, com foco na flambagem distorcional de elementos sob compressão. Para isto, a análise de estabilidade requerida no Método da Resistência Direta foi feita por meio do software GBTul, considerando a redução da espessura da chapa para considerar o efeito das imperfeições. Foram ainda simuladas 300 colunas via elementos finitos, utilizando-se o software ANSYS. Os modelos numéricos foram construídos com um procedimento calibrado experimentalmente em trabalhos anteriores, servindo, portanto, como referência para a avaliação das adaptações do Método da Resistência Direta. Os resultados indicaram que a adaptação do Método da Resistência Direta para a avaliação de perfis formados a frio com perfurações é viável, desde que se considerem adequadamente o modo de flambagem preponderante para a seção. Indica também que o método proposto neste trabalho, que considera a variação da esbeltez da coluna devida à inserção das perfurações, pode levar a resultados ainda melhores na previsão da resistência de colunas do tipo rack sob compressão centrada.Item Análise numérica da influência das dimensões de perfurações em perfis formados a frio do tipo rack submetidos à compressão centrada sujeitos à flambagem distorcional.(2021) Pinto, Ramon Albis Rodrigues; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Souza, Flávio Teixeira de; Sarmanho, Arlene Maria Cunha; Alves, Vinicius Nicchio; Russo, Mário Luís CabelloConstantemente torna-se necessária a realização de perfurações em perfis de aço formados a frio. Este trabalho teve o objetivo de avaliar como o comportamento estrutural desses perfis é influenciado pelas dimensões e posição das perfurações, bem como obter valores de forças axiais resistentes de compressão associada ao modo distorcional, via Método dos Elementos Finitos e compará-las a valores obtidos por uma extensão ao Método da Resistência Direta, presente em normas brasileiras. Dessa forma, foram trabalhadas análises numéricas pela Teoria Generalizada de Vigas, via software GBTul e pelo Método dos Elementos Finitos, via ANSYS, para obtenção da força resistente em função dos modos de instabilidade possíveis. Devido às características da seção transversal estudada, rack, e das condições de contorno definidas, buscaram-se formas para que o modo distorcional fosse o governante. Sabendo, por meio de pesquisas anteriores que perfurações influenciam no comportamento de placas, foram realizadas variações nas larguras e comprimentos de furos retangulares nas almas dos perfis, além de diversificações das linhas de furos. Estudou-se dois métodos e um apresentou boas correlações quando comparado a resultados obtidos pelo Método Dos Elementos Finitos, apresentando uma divergência média de 6,1%. Verificou-se que as dimensões das larguras dos furos reduzem a resistência em uma proporção maior que o comprimento deles. Além disso, perfis com uma linha de furo apresentaram maiores resistências do que aqueles com duas linhas e, para essa última configuração, linhas de furos mais distantes das bordas também apresentaram maiores valores de resistência.Item Análise de pisos mistos com conexão deformável sob ação de cargas induzidas por atividades rítmicas considerando a interação homem-estrutura.(2019) Machado, Wanderson Gonçalves; Neves, Francisco de Assis das; Silva, Amilton Rodrigues da; Cury, Alexandre Abrahão; Sousa Junior, João Batista Marques de; Varela, Wendell DinizNovas tendências arquitetônicas aliadas a necessidade de vencer grandes vãos, e sobretudo, com um menor peso estrutural, tem resultado em sistemas estruturais cada vez mais arrojados. Esse arrojo tem provocado, muitas vezes, sérios problemas quanto aos Estados Limites de Utilização da estrutura, principalmente os relacionados à vibração, o que na maioria das vezes não causa risco de ruína da estrutura, mas sérios problemas quanto ao conforto dos usuários. Os elementos estruturais mistos de aço e concreto mais utilizados são as vigas, pilares e pisos, sendo este último objeto de estudo deste trabalho. Os pisos mistos têm sido muito utilizados devido a sua capacidade de vencer grandes vãos. O objetivo do presente trabalho é validar os elementos de barra, placa e interface implementados para a análise dinâmica de pisos mistos considerando uma possível conexão deformável, bem como a Interação Homem-Estrutura (IHE), ou seja, que o usuário, simulado por um sistema Massa-Mola-Amortecedor (MMA). Encontra-se na literatura diversos trabalhos sobre a análise dinâmica de pisos mistos considerando a conexão não-deformável, porém quando se considera a conexão deformável juntamente com à IHE, nenhum trabalho foi encontrado. A validação dos elementos finitos implementados é realizada por meio da avaliação das frequências naturais e modos de vibração, bem como dos deslocamentos e acelerações (de pico e/ou médias), sendo os resultados obtidos comparados com resultados encontrados por outros autores, sempre procurando verificar a influência da rigidez da conexão e/ou da IHE no comportamento estrutural. Para a avaliação do comportamento desses elementos, é utilizado o Método dos Elementos Finitos, sendo o piso discretizado por elementos finitos de barra, placas e interface. Já o usuário/pedestre é discretizado de duas maneiras: primeiro, considerado como uma “força dura”, ou seja, não interage com a superfície da estrutura; segundo, considerado como um sistema massa-molaamortecedor, capaz de simular a IHE, sendo ainda possível simular o efeito de multidão por meio da utilização de vários sistemas MMA na estrutura. Os resultados obtidos se mostraram satisfatórios para estruturas mistas com conexão deformável e não deformável e também para estruturas formadas por um único material, tanto considerando o pedestre como “força dura”, quanto considerando-o como um sistema MMA, seja para um único pedestre ou considerando o efeito de multidão.