Repositório RCAAP

O projeto estrutural deve considerar as incertezas provenientes das variáveis envolvidas no dimensionamento dos elementos estruturais, tais como propriedades dos materiais, dimensões dos elementos estruturais e intensidade dos carregamentos atuantes. Existe também a variabilidade inerente aos métodos de análise estrutural, originária de imprecisões na idealização da distribuição das tensões e deformações dos elementos estruturais. Sendo assim, esta dissertação visa analisar a variabilidade dos desvios dos modelos de cálculo propostos por Blevot e Frémy (1967), Fusco (1994) e Santos (2013), todos baseados no método das bielas e tirantes, para blocos sobre duas, três e quatro estacas submetidos a carregamento centrado. Estes elementos estruturais possuem significativa importância, visto que atuam na transmissão dos esforços provenientes dos pilares às fundações profundas. Os modelos de cálculo foram confrontados entre si e com resultados experimentais de Blevot e Frémy (1967), Mautoni (1971), Clarke (1973), Miguel (2000) e Suzuki et al. (1998 / 1999 / 2000 / 2001) para determinação dos parâmetros estatísticos dos desvios desses modelos em relação aos ensaios. Os resultados apontaram desempenho satisfatório para os três modelos de cálculo. Em geral, todos os métodos se mostraram favoráveis à segurança nos casos avaliados para os três tipos de blocos de fundação.

Este trabalho de pesquisa apresenta um modelo numérico para a análise de estruturas planas sob excitação aleatória induzida pelo vento. O comportamento não-linear da estrutura é considerado adotando-se um modelo constitutivo elasto-plástico para o material, aço estrutural. Os elementos das estruturas estudadas estão sujeitos ao surgimento e desaparecimento de rótulas plásticas, levando a um dimensionamento mais econômico. O conhecimento a respeito de vibrações aleatórias de estruturas lineares encontra-se estabelecido. Por outro lado, poucos resultados encontram-se disponíveis para o caso não linear considerado. Para a simulação de vibrações aleatórias uma análise de Monte Carlo é utilizada. Uma função de densidade espectral de potência das velocidades do vento é usada para gerar um certo número de funções harmônicas de carregamento. Os ângulos de fases destes harmônicos são gerados por um algoritmo pseudo-aleatório. Para cada função de carregamento realiza-se uma integração direta no tempo pelo método de Newmark. A grande quantidade de dados de resposta é tratada estatisticamente de modo a permitir a obtenção de conclusões, a respeito da possibilidade de ocorrência de eventos desfavoráveis, do ponto de vista da engenharia.

Esse trabalho consiste na determinação das velocidades críticas do vento e das amplitudes das vibrações numa estrutura composta por uma viga engastada suspensa por um estai (cabo), submetida aos efeitos de vento e chuva. Foi considerada a deformação no cabo devido ao carregamento do peso próprio e o acoplamento não-linear das vibrações do cabo e da viga. Três modos de vibração são de especial interesse, chamados de primeiro modo global (flexão da viga e vibração no cabo), primeiro modo local (vibração no cabo, com flexão na viga desprezável) e primeiro modo à torção. O modelo foi reduzido a três graus de liberdade. A modelagem dos carregamentos aerodinâmicos aplicados na viga foi feita segundo procedimentos tradicionais. O carregamento aerodinâmico aplicado ao cabo sob efeito de chuva e vento também foi levado em consideração. Para a redução do modelo matemático, os coeficientes de rigidez e de amortecimento equivalente são definidos e dependem parametricamente da velocidade do vento. Os termos não-lineares são devidos ao acoplamento das vibrações do cabo e da viga à flexão (no plano do cabo) e também aos efeitos aeroelásticos no cabo. Os seguintes regimes instáveis são avaliados: o efeito de galope (galloping) no cabo, o drapejamento (flutter) unimodal na torção e o drapejamento (flutter) do modo de flexão da viga em conjunto com vibrações transversais do cabo.

No cálculo das perdas progressivas de protensão, decorrentes da retração e da fluência do concreto e da relaxação do aço de protensão, a norma NBR 6118 prescreve dois procedimentos simplificados, indicados para fase única de operação, ou seja, quando se consideram fases únicas de concretagem, de carregamento permanente e de protensão; e o método geral de cálculo, que permite considerar ações permanentes aplicadas em idades diferentes, e tratar a seção transversal constituída de diversas camadas discretas. Neste trabalho será desenvolvido o método dos prismas equivalentes, baseado no conceito das fibras conjugadas, e com a proposta de Trost-Bazant para consideração de fluência e retração dos materiais. Possibilita-se, assim, o cálculo da redistribuição de tensões em qualquer seção, como também da redistribuição de esforços em estruturas hiperestáticas devido a deformações diferidas. Será feita a sistematização do cálculo para o caso usual da seção resultante de laje concretada sobre viga pré-moldada protendida, permitindo considerar as idades diversas de concreto como também as várias camadas de cabos de protensão, e de armaduras passivas. A análise de redistribuição de esforços em estruturas hiperestáticas será baseada nas mudanças de curvatura das seções provocadas pelos efeitos progressivos. Será feita uma aplicação a uma ponte em viga protendida contínua de seção caixão, construída pela anexação de cinco vãos sucessivos.

Por uma escolha política e economicamente pragmática, o Brasil optou por desenvolver a telefonia celular, com intenção de abreviar uma etapa de desenvolvimento. Tomada a decisão, a implantação foi feita num ritmo explosivo a partir da década de 1990, com instalação de dezenas de milhares de estações. Apesar da disparidade de custo entre os sistemas eletrônicos e as obras civis, pouco se investiu na engenharia estrutural envolvida, resultando em projetos e construções realizados com metodologia duvidosa e na herança de uma grande quantidade de problemas estruturais. Represada por considerações de ordem ambiental e estética, a instalação indiscriminada de torres, vive-se uma nova demanda para a engenharia estrutural na análise do aproveitamento dos locais existentes para suporte de novas cargas. Nesse sentido, o que se observa, via de regra, são estruturas compostas apenas de um poste em balanço de análise enganosamente simples. O que se esquece, quase sempre, é a extraordinária esbelteza desses elementos, que ao engenheiro deveria sugerir a imediata necessidade de considerar a não-linearidade geométrica forçosamente existente. Além disso, o carregamento mais importante e dominante é o do vento, de características eminentemente dinâmicas e aleatórias, desaconselhando análises estáticas ou dinâmicas determinísticas, preconizadas em Normas. Assim que, o objetivo deste trabalho é avaliar a influência da rigidez geométrica na resposta dinâmica de estruturas esbeltas sujeitas à excitação de vento. Para tanto, foi desenvolvido um modelo matemático simplificado, com características dinâmicas estabelecidas por uma técnica tipo Rayleigh, que evidencia a presença significativa da não-linearidade geométrica devida à esbelteza das peças. Para a validação dos resultados teóricos foi realizado um conjunto de ensaios dinâmicos em laboratório com modelos de barras e monitorada uma estrutura real em campo. A formulação proposta também foi aferida por métodos analíticos e numéricos como a solução de Euler para a carga crítica de flambagem e o Método dos Elementos Finitos. Os resultados obtidos validaram a proposta para o cálculo da freqüência fundamental de vibração de estruturas em balanço. A influência da rigidez geométrica na resposta das estruturas sob ação de vento foi também avaliada por meio de cálculos comparativos utilizando os modelos preconizados pela norma brasileira. Verificou-se que, dependendo das cargas existentes, a consideração da rigidez geométrica pode ter significativo efeito redutor na capacidade de os postes de telecomunicações possuírem área de exposição ao vento para a instalação de antenas.

The definition of the mooring systems is one of the most important stages on the design any offshore unit. Some effects associated with it, on the responses of the floating body, are still under investigation. In this context, the full nonlinear high-order hierarchical modeling and the numerical integration of the resulting equations of motion might not be the most cost effective approach for the evaluation of those effects during the early design process. Thus, an expedite analytical formulation to assess the mooring system stiffness, a tool that could help the initial design and analysis. Using classic approaches from Analytical Mechanics, the nonlinear generalized restoring forces associated with the mooring acting on the vessel due to the mooring lines are formulated. The six-degree-of-freedom (DoF) problem is herein addressed. The stiffness matrix is obtained from the linearization of the generalized forces around a generic position. Mooring line characteristic tension function is an input of the method. The closed formulation does not requires a specific line model, although the formulation for a multi-segment mooring line is also derived. The methodology is applied taking the OC4-DeepCwind Floating Wind Turbine semi-submersible platform as a case study. Two Spread Mooring Systems arrangements are studied, in order to demonstrate the use of the presented formulation as a design tool. The calculated mooring system stiffness matrix, evaluated at the trivial equilibrium position, exhibits good agreement with numerical results found in the literature by high hierarchy models. Additionally, the stiffness coefficients are evaluated for other positions than the trivial equilibrium one in the form of colored maps. The natural periods of the motions on the horizontal plane are also mapped. These maps help to understand the effects of the static vessel mean position on the mooring system stiffness and, consequently, on the natural periods associated with the motions on the horizontal plane. Considering the original OC4 mooring system, the effects of the mooring line pre-tensioning are also investigated. Some conclusions on the axial stiffness of catenary cables are also made. The main contributions of the present master dissertation are: (i) the stiffness matrix analytical closed formulation and (ii) the use of colored maps to evaluate the stiffness and the natural periods as functions of the mean offset position. The present master dissertation brings then an innovative closed-form formulation with important practical applications.

Este trabalho trata das principais filosofias de verificação de pilares à flexão composta em pórticos de aço assim como das normas que as recomendam. São discutidas as metodologias baseadas em comprimentos efetivos de flambagem, forças horizontais fictícias e análise avançada. É proposta uma metodologia de análise avançada utilizando elementos finitos de casca, que incorpora os efeitos das tensões residuais, imperfeições geométricas e não-linearidades geométricas e do material. São apresentados, ao final do trabalho, exemplos para comparação das diversas metodologias discutidas ao longo do texto.

Este trabalho trata da análise de problemas da Mecânica da Fratura Elástica Linear (MFEL) utilizando o Método dos Elementos de Contorno (MEC). Esse método constitui uma poderosa e precisa técnica de análise numérica. A necessidade da discretização somente do contorno do modelo é um dos grandes atrativos do MEC. Na Mecânica da Fratura, o MEC é adequado pela própria natureza de sua formulação, a qual está baseada em soluções fundamentais. Dentre os parâmetros da MFEL, destaca-se o Fator de Intensidade de Tensão (FIT). No presente desenvolvimento, esse parâmetro é analisado numericamente pela técnica da correlação dos deslocamentos e por uma técnica alternativa a qual emprega o campo de tensões presente na extremidade da trinca. A direção do crescimento da trinca é analisada por meio do critério da Máxima Tensão Circunferencial. Os resultados obtidos são comparados à solução analítica e a outros resultados encontrados na literatura.

In this work, we present the formulation and implementation of two elastoplastic constitutive equations for kinematically exact thin-walled rod models. The first uses the fact that first order strains due to cross sectional shear stresses and warping are considered to formulate a small strains three-dimensional elastoplastic constitutive model. Given the kinematical hypothesis of non-deformability of the cross section in the projection of its plane, we may also assume that plastic deformations may occur due only to the cross sectional normal stresses, thereby allowing us to formulate a second, simple one-dimensional framework. Our approach adopts a standard additive decomposition of the strains together with a linear elastic relation for the elastic part of the deformation. Both ideal plasticity and plasticity with (linear) isotropic hardening are considered. The models have a computational implementation within a finite element thin-walled rod model and, following the kinematics adopted, we implement this equation on models with consideration of the warping of the cross sections, having 7 degrees of freedom. The formulation and implementation presented is validated by the analysis of problems known in the literature and comparison of the results. We believe that simple elastoplastic models combined with robust thin-walled rod finite element may be a useful tool for the analysis of thin-walled rod structures, such as, e.g., steel structures.

Este trabalho tem como objetivos complementar os requisitos para obtenção do grau de mestre em engenharia e propiciar um texto para os que se iniciam no estudo do método dos elementos finitos. Apresentam-se, no primeiro capítulo, conceitos básicos da teoria da elasticidade importantes no desenvolvimento do tema. No segundo capítulo desenvolvem-se os teoremas variacionais da teoria da elasticidade. Estabelecem-se os teoremas da energia potencial total, da energia potencial complementar total e um conjunto de outros teoremas, com destaque para o de dois campos, devido a Reissner, e o três campos, devido a Oliveira. Introduz-se no terceiro capítulo, o conceito de solução aproximada contínua. Inicialmente apresenta-se um modelo genérico, análogo a todos os modelos contínuos. Em seguida avalia-se o erro global das soluções aproximadas contínuas, no caso de serem compatíveis ou equilibradas, estabelecendo extremos superior e inferior para a energia de deformação da solução exata. Dedica-se o quarto capítulo ao método dos elementos finitos aplicado às estruturas de comportamento linear. Apresenta-se uma visão panorâmica do estágio atual do método, referindo-se aos vários processos e modelos derivados. Estabelecem-se, relativamente ao processo dos deslocamentos, a técnica de discretização propriamente dita e sua justificativa. Finalmente desenvolve-se a formulação de vários elementos, correspondentes aos possíveis modelos derivados do processo dos deslocamentos.Ressalta-se a importância das obras de Oliveira (13) a (20) no desenvolvimento de todo o trabalho, e as de Fung (4) e Sokolnikoff (32), no primeiro capítulo, de Washizu (34), no segundo capítulo, de Prager (30) no terceiro capítulo e Pedro (22), no quarto capítulo. O autor deseja expressar os seus agradecimentos aos professores Decio Leal de Zagottis, Maurício Gertsenchtein e Victor Manuel de Souza Lima, da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, ao professor Jairo Porto, da Escola de Engenharia de Lins, e aos engenheiros José de Oliveira Pedro e Manuel Pinho de Miranda, do Laboratório Nacional de Engenharia Civil de Lisboa, que colaboraram no desenvolvimento deste trabalho.

Este trabalho é dedicado ao estudo da estabilidade de arcos, em regime elástico linear, submetidos a carregamentos conservativos. No Capítulo I, desenvolve-se a análise de alguns importantes trabalhos dos últimos 20 anos, sobre estabilidade de arcos, apresentando-se os seus procedimentos e principais resultados. O Capítulo 2 é dedicado aos estabelecimento de conceitos básicos do cálculo tensorial necessários para o desenvolvimento claro da teoria da elasticidade em coordenadas curvilíneas e sua aplicação na formulação variacional da teoria de barras curvas, apresentadas no Capítulo 3. O Capítulo 4 é dedicado à confecção de modelo matemático para o estudo da estabilidade de arco com geometria e carregamentos conservativos quaisquer, envolvendo o estabelecimento da trajetória fundamental de equilíbrio, a determinação da carga crítica e o estabelecimento da trajetória pós-crítica na vizinhança da carga crítica. A formulação adotada é a lagrangiana, a discretização do problema é feita pelo método dos elementos finitos, e as equações não lineares de equilíbrio são resolvidas por uma combinação dos métodos das perturbações e de Newton-Raphson.

Uma metodologia para simular o crescimento de trincas por fadiga em estruturas pressurizadas de cascas delgadas e enrijecidas é implementada por meio de uma estrutura de software, que consiste em um programa de simulação de fraturamento associado a um programa de análise por elementos finitos. Permite-se que as trajetórias das trincas sejam arbitrárias, sendo calculadas incrementalmente como parte da simulação. As trajetórias são representadas em uma região localizada do modelo, que pode ser remodelada automaticamente a cada incremento de trinca por meio de um algoritmo de geração de malha de elementos de casca quadrilaterais. Duas alternativas de modelagem da região em torno da ponta da trinca são apresentadas: por elementos finitos de casca e por elementos sólidos. A metodologia assume que o crescimento da trinca seja caracterizado por quatro fatores de intensidade de tensão que modelam o comportamento de membrana pela teoria da elasticidade bidimensional, em estado plano de tensões, e o comportamento de placa pela na teoria de Kirchhoff. A resposta da estrutura de casca delgada pressurizada é determinada por meio do programa ADINA (Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis), que utiliza um procedimento de análise geometricamente não linear para elementos finitos de casca, formulados pela teoria de Reissner-Mindlin. Um estudo mostra que os fatores de Kirchhoff podem ser correlacionados aos fatores de Reissner-Mindlin por meio de expressões semi-empíricas. Fatores tridimensionais médios de intensidade de tensão são definidos e relacionados aos fatores das teorias da elasticidade bidimensional e de Reissner-Mindlin. Um exemplo de aplicação é apresentado, comparando-se os resultados das três teorias. A validação da metodologia é discutida por meio da simulação do crescimento de trincas por fadiga em um painel de teste em escala real da fuselagem de um Boeing 737.

Desde o início do século XX, com as publicações de Ritter e Mörsch, o fenômeno da resistência ao cisalhamento de elementos em concreto armado começou a ser intensamente estudado. Diversos modelos de cálculo foram criados, tentando predizer o valor da resistência ultima de elementos de concreto armado, quando solicitados por esforços cisalhantes. O fenômeno da resistência ao cisalhamento é extremamente complexo, sendo influenciado por diversos fatores. A elaboração de ensaios e modelos de predição se torna complexa, pois, determinar quais são os parâmetros que influenciam significativamente o fenômeno do cisalhamento, não é simples. Outras dificuldades são: relacionar a resistência ao cisalhamento com o grau de solicitação por esforços fletores e compreender em quais intervalos de parâmetros os principais fatores influenciam o fenômeno. Sendo assim, é essencial verificar a aplicabilidade das normas técnicas em diversos intervalos destes fatores ou parâmetros. A partir da coleta de cerca de 1.200 resultados de ensaios de laboratório de vigas de concreto armado, solicitadas por esforços de cisalhamento, elaborou-se um banco de dados com os resultados de ensaios da força última resistente, juntamente com diversos parâmetros de cada ensaio. Para analisar os valores de predição das normas e os valores dos resultados de ensaios, foi necessário definir critérios de análise comparativa, e com ajuda de uma análise paramétrica, foi possível analisar a aplicabilidade de diversas normas em diversos intervalos de parâmetros, classificando assim, cada norma quanto à segurança e prudência ao uso. Baseado nos resultados das análises efetuadas foi possível verificar que as normas cujas formulações são derivadas da teoria do Modified Compression Field Theory apresentaram um comportamento uniforme e adequado na maioria dos intervalos de parâmetros. Verificou-se, que a norma brasileira NBR 6118 (2007) apresentou resultados satisfatórios nos intervalos usuais dos parâmetros. No entanto, a utilização da norma não se mostrou favorável nos seguintes casos: de média e baixa armadura de cisalhamento, para elementos com estribo; baixa quantidade de armadura longitudinal de flexão ou altura do elemento maior que 25 cm, para elementos sem estribo.

The pipelines used to transport oil and gas from the wellheads to the distribution and refining sites can be subjected to high levels of pressure and temperature. Under such conditions, the pipelines tend to expand, but, if the expansion is inhibited, a significant compressive axial force can arise, leading to their buckling, which can occur in the horizontal or vertical plane. In this context, the objective of the present work is to analyze the upheaval buckling of pipelines, considering the internal pressure to which they are subjected during the transportation of oil and gas as its only triggering. Using the concept of effective axial force, it aims at discussing two different approaches for considering the internal pressure in buckling problems: distributed loads dependent on pipeline curvature and equivalent compressive axial forces with follower and non-follower characteristics. It also discusses the influence of using static or dynamic analysis for such approaches. Concerning the upheaval buckling itself, the work intends to analyze and compare the influence of the soil imperfection amplitudes to the influence of the friction between the pipeline and the ground in the critical loads and in the post-buckling configurations of the pipeline. Besides theoretical research, the objectives are achieved through the development of various numerical models, since geometrically-simple models, without the consideration of the interaction between the pipeline and the ground, until more complex models, with the use of contact models to detect the ground and its imperfections. The models are developed in Giraffe (Generic Interface Readily Accessible for Finite Elements) using geometrically-exact finite element models of beams, undergoing large displacements and finite rotations. Through the research, it is concluded that there is an equivalence between the application of the internal pressure as a distributed load dependent on pipeline curvature and the application of the internal pressure as a follower compressive axial force. Besides this, it is demonstrated that the type of the analysis (static or dynamic) depends on the nature of the physical system analyzed. With the aid of results presented in terms of internal pressure, classical results about the influence of the imperfection amplitudes and of the friction between the pipeline and the ground in buckling are confirmed. It is also showed that the imperfection amplitudes analyzed play a more important role in the post-buckling configurations of the pipeline than the friction.

A finite element model with discrete and explicit representation of steel fibers is applied for modeling the post-cracking behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) in order to contribute on the design of beams with combined reinforcement of steel fibers and rebars (RC-SFRC beams). In this numerical approach, concrete and fibers are initially discretized in finite elements in an independent way, avoiding high computational costs due to conforming meshes. Then, coupling finite elements are introduced to describe the concrete-fiber interaction. The steel fibers are discretized using truss finite elements and their behavior described by an elastoplastic constitutive model. The position of each fiber is defined into the specimen by an uniform isotropic random distribution using as reference the concrete finite element mesh. Concrete and concrete-fiber interface are represented using three and fournoded triangular finite elements, respectively, and their behavior represented by appropriate continuum damage models integrated using an implicit-explicit scheme to enhance the robustness and to reduce the expense of computation. Firstly, the numerical tool is applied in the simulation of three-point bending tests according to EN 14651 to verify its ability to obtain the performance parameters of SFRC and for calibrating the material parameters that describe the concrete-fiber interface. Secondly, both numerical and experimental performance parameters of SFRC are used on the design of RC-SFRC beams according to fib Model Code 2010 to study their influence on the amount of bending and shear reinforcements required. Thirdly, the RC-SFRC beams designed are numerically simulated and the results are compared to the designed ones in terms of crack width, mean crack spacing, deflection and ultimate and service loads. Finally, the numerical results of small scale beams are compared to the experimental and the fib Model Code 2010 predictions to study the capability of the numerical tool to simulate the behavior of structural members. The results demonstrated that computational simulations with an appropriated approach to represent the composite may be an important tool to contribute to better understanding its behavior, extrapolating the conditions considered in laboratory and contributing on the design of SFRC structural members.

O trabalho propõe avaliação das respostas de esforços e deslocamentos de edifícios 3D considerando a interação solo-fundação-estrutura usando o conceito de Confiabilidade Estrutural. Para isso, empregam-se os Métodos dos Elementos Finitos (MEF) para a análise de estruturas e os métodos de Monte Carlo Simples (MCS) e First Order Second Moment (FOSM) para calcular sua segurança perante a inserção de variabilidade em certos parâmetros significativos no projeto, como as incertezas dos dados de rigidez do solo e a velocidade de vento. A formulação do edifício é baseada no MEF com elementos de barra e de casca, sendo as vigas, pilares e estacas elementos de barra e as sapatas em elementos de casca. Essa formulação é elastostática, mas permitindo a analise não-linear geométrica para os pilares. O solo é representado pelo modelo discreto de Winkler, o qual substitui sua influência contínua por molas pontuais com rigidezes equivalentes, tanto para a fundação rasa (sapatas isoladas) como para profunda (estacas). Com os resultados obtidos pelos modelos gerados, são feitas discussões e comparações com os métodos tradicionais de avaliação do fenômeno de recalque diferencial confrontando limites de índices de confiabilidade apresentados no Joint Committee on Structural Safety (JCSS, 2001) e os valores absolutos propostos pela literatura com base na Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT, NBR6122: Projeto e execução de fundações (2010). Realiza-se também a análise de Estado Limite Último de pilares submetidos a flexo-compressão oblíqua com não linearidade física, de modo a avaliar o dimensionamento com fatores de segurança parciais da NBR 8681: Ações e segurança nas estruturas - Procedimento (2004) e Métodos de Confiabilidade Estrutural.

A análise isogeométrica (AIG) de estruturas consiste em construir a geometria exata ou aproximada de um modelo computacional a partir de funções criadas por meio de tecnologias de Computer Aided Design (CAD), tais como B-Splines, NURBS (Non-Uniform Rational BSplines) e T-splines, e aplicar o conceito de análise isoparamétrica, ou seja, representar o espaço de solução para as variáveis independentes em termos das mesmas funções que representam a geometria. O presente trabalho visa o estudo da análise isogeométrica aplicada a vigas planas, com a utilização de B-Splines e NURBS para aproximação de deslocamentos. São desenvolvidos modelos isogeométricos de vigas planas baseados nas hipóteses de Bernoulli- Euler e Timoshenko, e alguns exemplos de aplicação são realizados a fim de comparar os resultados numéricos com soluções analíticas, mostrando boa concordância. Uma questão pertinente à AIG corresponde à imposição de vínculos em pontos do domínio em que as funções básicas não sejam interpolatórias ou os vínculos desejados não forem diretamente relacionados aos graus de liberdade do elemento, que é o caso do elemento de viga de Bernoulli-Euler, já que as rotações geralmente não são tidas como graus de liberdade mas há a necessidade de se prescrever condições de contorno/conexão nas mesmas para descrever problemas físicos. Essa questão é tratada no presente trabalho através dos Métodos de Lagrange e de penalidade. São realizados exemplos de aplicação construídos com elementos de viga de Bernoulli-Euler utilizando os métodos de Lagrange e de penalidade na imposição de vínculos e na conexão entre pontos de regiões de domínio.

As vigas mistas de aço-concreto vêm ganhando espaço no mundo e no Brasil. Sua grande vantagem é o aproveitamento das melhores propriedades que cada material apresenta. O aço possui excelente resposta para esforços tanto de tração como os de compressão e o concreto para esforços de compressão. As vigas mistas envolvem basicamente o perfil de aço, a laje de concreto, os conectores e as armaduras. Na interface destes materiais ocorrem fenômenos que merecem destaque, como grau de interação, cisalhamento na superfície de contato e separação vertical. Os procedimentos normalmente empregados em projetos de estruturas convencionais de concreto armado e de aço fornecem muitas respostas para questões semelhantes nas estruturas mistas, porém, no geral, não abordam a questão mais relevante que é a ligação entre o aço e o concreto. Na vizinhança dos conectores de cisalhamento, a laje da viga mista de aço e concreto está sujeita a uma combinação de cisalhamento longitudinal e momento fletor transversal, por isso a interface é a região que necessita de uma análise cuidadosa. Esses aspectos são os objetos principais da pesquisa. Adicionalmente são discutidos os procedimentos de projetos adotados pelas normas brasileira (NBR 8800-86), americana (AISC) e européia (EUROCODE 4): nas regiões de ligações entre os materiais por meio de conectores em perfis de aço sob lajes de concreto, no controle da fissuração em seções solicitadas por momentos negativos e nas armaduras transversais de costura.

Na engenharia, existem diversas técnicas de análise estrutural que conduzem à obtenção de esforços e deslocamentos com considerável grau de eficácia e acurácia e, dentre estas, há a técnica de SUBESTRUTURAÇÃO. Esta técnica consiste na divisão e análise de um modelo estrutural completo, através da divisão de seu domínio em SUBESTRUTURAS, permitindo uma considerável eficiência nos cálculos e na avaliação de modelos estruturais combinados com a análise hierárquica de estruturas. Neste trabalho, seguindo-se a metodologia de pesquisa, que envolveu revisão bibliográfica e desenvolvimento de modelos computacionais, apresentaram-se as principais técnicas de subestruturas - seção 1, definições e formulação teórica dos principais métodos - desenvolvidos por Przemienieck (1963), Rosen e Rubinstein (1968), Rubinstein (1970) e El-Sayed e Hsiung (1990) - e a conceituação da análise hierárquica de estruturas com as respectivas aplicações combinadas com técnica de subestruturação para análise de fissuras em estruturas aeronáuticas, proposta de Starnes e Britt (1991) e aplicada por Potyondy (1993) - seção 2. Nesse contexto, na seção 3 se propôs a metodologia hierárquica para análise de estruturas típicas da construção civil, utilizando técnicas de subestruturação. Apresentaram-se instrumentos úteis à respectiva aplicação, dentre os quais se destaca a proposta de metodologia simplificada de análise hierárquica. Algumas precauções a serem adotadas na aplicação da metodologia também foram apresentadas. Na seção 4, desenvolveram-se cinco estudos de caso aplicando-se as metodologias, instrumentos e precauções desenvolvidos na seção 3, destacando-se a eficácia das metodologias. Conclui-se a pesquisa na seção 5 sendo que, na seção 6, indicam-se novas linhas de pesquisas a serem desenvolvidas sobre a metodologia proposta na pesquisa.

Esta dissertação apresenta uma revisão histórica dos trabalhos acerca de superfícies minimais, ressaltando a pertinência da analogia entre a busca de superfícies de mínima área e a busca de formas de membranas estruturais sujeitas a um estado de tensões superficiais, homogêneo e isótropo. São colocados alguns conceitos geométricos das superfícies parametrizáveis, com base na geometria diferencial, a fim de realizar o equilíbrio diferencial de membranas e determinar as suas equações de equilíbrio. Além disso, é apresentada uma metodologia puramente geométrica para a determinação de superfícies minimais, baseada na minimização do funcional da área, dado pela soma das áreas das facetas triangulares nas quais a superfície é discretizada. O trabalho discute a formulação matemática do problema e apresenta resultados obtidos tanto por meio das rotinas implementadas no software MATLAB quanto por meio daquelas da biblioteca de otimização deste mesmo software. Finalmente, são realizados alguns exemplos e um teste de convergência, comparando as superfícies resultantes dos métodos numéricos com suas respectivas respostas analíticas. A geometria final de um dos exemplos é verificada por meio da analogia dos filmes de sabão, realizando-se uma análise não-linear de equilíbrio através do software Ansys. As soluções foram bastante satisfatórias, resultando em formas muito próximas das analíticas e com pequenos erros relativos das áreas. O teste de convergência também comprovou que o refinamento da discretização leva a uma solução mais próxima da desejada. Portanto, os procedimentos apresentados podem ser empregados no processo de busca da forma de membranas estruturais.