ANÁLISE DINÂMICA AVANÇADA DE ESTRUTURAS DE AÇO COM LIGAÇÕES SEMIRRÍGIDAS E INTERAÇÃO COM O SOLO

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Publicada em 21/06/2018

Discente: Everton André Pimentel Batelo

Resumo:

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.

Abstract:

This thesis presents the numerical fundamentals for the prediction of the behavior of planar steel structures with semi-rigid connections and interaction with soil when they are subjected to extreme dynamic actions, such as: impact, earthquakes and wind actions. In these conditions, steel structures can exhibit permanent deformations and localized damage that can lead to partial or total collapse. Thus, the design of structural systems considering the elastic behavior of the material, in these extreme situations, tends to be uneconomical. It is therefore acceptable that there is some damage to the structures in these extreme loading conditions, if this does not endanger the building safety. The aim of this research is to evaluate the nonlinear behavior of steel structures under dynamic action, seeking to explore the hysteretic damping capacity introduced by the semi-rigid connections and the plastic deformation process of their members (beams and columns formed by compact I or H profiles), with the consequent redistribution of internal forces and formation of plastic hinges. The nonlinear transient analyzes are performed through the CS-ASA computational program (Silva, 2009), which is based on the finite element method (MEF). This program is expanded through the present study, where the geometric, material (inelastic) and semi-rigid joints nonlinear effects are considered together with the soil-structure interaction (ISE). Nonlinear finite elements, based on Euler Bernoulli's hypothesis, are used in the steel structures modeling, and foundation elements are used to approximate the geological medium (soil or rock) behavior, which is modeled here in a discrete or continuous form (Winkler's hypothesis). It is assumed that these foundation elements react both to tensile and compression actions, characterizing the ISE problem as bilateral contact problem. The nonlinear dynamic responses of the analyzed problems are obtained through an incremental-interactive process using the Newmark and Newton-Raphson methods. Finally, it is worth mentioning that the answers reached through the proposed numerical methodology presented good agreement with those from literature and through SAP 2000 software.

Áreas de Concentração:

- Doutorado: Construção Metálica

Orientadores:

- Andréa Regina Dias da Silva
- Ricardo Azoubel da Mota Silveira

Banca Examinadora:

Prof. Ricardo Azoubel da Mota Silveira, UFOP (Presidente)
Profa. Andréa Regina Dias da Silva, UFOP
Prof. Francisco de Assis das Neves, UFOP
Prof. Gustavo Paulinelli Guimarães, UFOP
Prof. Walnório Graça Ferreira, UFES
Prof. Alexandre da Silva Galvão, UFSJ

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