Sistema computacional para análise avançada estática e dinâmica de estruturas metálicas.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para análise avançada estática e dinâmica de estruturas metálicas reticuladas baseada no Método dos Elementos Finitos. O conhecimento do comportamento estático e dinâmico de uma estrutura é essencial para a concepção de estruturas mais leves e esbeltas sem afetar o seu padrão de segurança e de qualidade. Assim, torna-se necessário utilizar teorias mais complexas, como formulações não lineares, evitando simplificações no processo de análise/projeto. Nesse sentido, são consideradas neste trabalho duas fontes de não linearidades: a geométrica, que considera os efeitos da deslocabilidade da estrutura, e a física, causada principalmente pelas características mecânicas dos materiais utilizados na construção civil. A inelasticidade do aço e a semi-rigidez das ligações entre os membros estruturais caracterizam a não linearidade física. Em uma Análise Avançada, esses efeitos não lineares são diretamente considerados na formulação do elemento. Isso elimina a necessidade de processar a análise e o dimensionamento estrutural em fases distintas, permitindo assim estimar precisamente os possíveis modos de colapso. Os fundamentos teóricos necessários para um melhor entendimento do comportamento estrutural e das formulações desenvolvidas para a consideração de cada um dos efeitos citados serão apresentados ao longo do trabalho. Avalia-se a estabilidade estática e dinâmica de vários sistemas estruturais com ligações rígidas e semi-rígidas cujas soluções analíticas ou numéricas são encontradas na literatura. Essas análises são usadas também para a validação da metodologia de solução adotada. Ao final da tese, algumas conclusões e observações referentes ao comportamento estrutural serão estabelecidas.A new computational tool for the advanced static and dynamic analysis of steel framed structures based on the Finite Element Method has been developed and is presented herein. Understanding the static and dynamic behavior of a structure is essential for designing structures that are lighter and slenderer without affecting their safety and quality standards. As such, it is evermore necessary to use complex theories, such as nonlinear formulations, and not oversimplify the project’s process analysis. In this sense, two sources of non- linearity are herein contemplated: the geometric, which considers the effects of structural displacement; and the physics, which considers the effects of the mechanical characteristics of the material used in civil construction. Member material yielding and connection flexibility of the structural members characterize the physical sources of nonlinear behavior. In an Advanced Analysis, these nonlinear effects are directly considered in the formulation of the element. This eliminates the need for distinct-phase analysis and structural designing, permitting, as such, the precise estimation of possible collapse load and modes. The necessary fundamental theories for the better understanding of structural behavior and the formulations developed for each of the cited effects are herein presented. Also presented is an evaluation of the static and dynamic stability of various structural systems, with rigid and semi-rigid connections, whose analytical or numerical solutions are found in literature. This latter evaluation is used for validating the methodology and the formulations developed by the author. Finally, some conclusions and observations referring to structural behavior are construed