Modelos num?ricos para an?lise de elementos estruturais mistos.

Programa de P?s Gradua??o em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.Os elementos estruturais mistos, formados pela associa??o de perfis met?licos com o concreto, v?m se tornando uma solu??o atraente em diversos pa?ses, n?o s? pelo aumento da capacidade de carga das pe?as estruturais, mas tamb?m devido a aspectos como economia e rapidez de execu??o da obra. Esta associa??o revela novos fen?menos que est?o diretamente ligados ? a??o conjunta dos materiais e que, normalmente, s?o tratados de forma simplificada pelas normas. Este trabalho apresenta formula??es num?ricas para an?lise de elementos mistos utilizando elementos finitos de barra, que levam em considera??o as n?o linearidades f?sica e geom?trica. A implementa??o realizada permite a considera??o de qualquer tipo de se??o transversal, que possa ser escrita em forma de poligonais, e de qualquer tipo de material, que possa ter sua rela??o constitutiva descrita atrav?s de fun??es polinomiais, abrangendo a grande maioria das situa??es encontradas na constru??o mista. Os elementos implementados permitem ainda a considera??o de imperfei??es geom?tricas iniciais e tamb?m an?lises no campo de grandes deslocamentos e grandes rota??es atrav?s da utiliza??o de elementos co-rotacionais. Um procedimento num?rico de formula??o simples, como no caso de elementos de barra, pode ser uma ferramenta de grande valor para pesquisadores e projetistas de estruturas mistas. O foco principal da disserta??o ? o comportamento de pilares mistos, mas, devido ao car?ter gen?rico da formula??o ? poss?vel o tratamento de elementos puramente met?licos ou de concreto armado. Ao longo do trabalho s?o descritas as principais particularidades inerentes a este tipo de estrutura e s?o apresentados os principais m?todos de an?lise dispon?veis na literatura. Resultados num?ricos e experimentais s?o utilizados em compara??es para verifica??o e valida??o do modelo proposto. Tamb?m s?o descritas, e comparadas atrav?s de exemplos, as prescri??es do Eurocode 4 (1994), AISC-LRFD (1999, 2005) e do projeto de revis?o da NBR 8800 (2003).Steel-Concrete composite members, formed by the association of steel profiles with concrete, are an attractive structural solution in many countries, not only by the increase on the load carrying capacity but also due to aspects related with cost saving and speed of construction. This association gives rise to new phenomena related with the combined action of the materials and generally treated by the design codes in a simplified way. This work presents numerical formulations for the analysis of composite members using beam-column finite elements using physical and geometrical nonlinearity assumptions. The developed implementation allows the consideration of a generic cross section, as long as it can be represented by polygons, and any type of material with piecewise polynomial stress-strain relation. This encompasses most practical situations usually found in composite construction. The implemented elements allows the consideration of initial lack of straightness of the element axis and also large displacements and large rigid-body rotations through the use of co-rotational technique. A simple numerical procedure, as is the case of bar elements, can be a useful tool for researchers and designers of composite structures. The main objective of this dissertation is the study of composite columns. Nonetheless, the generic aspect of the implemented formulation allows the treatment of bare steel elements and reinforced concrete members as well. The proposed numerical model is compared to other numerical and experimental results. The inherent characteristics of these structural elements are described and the most important methods of analysis available in literature are presented. Finally, the design methods recommended in Eurocode 4 (1994), AISC-LRFD (1999, 2005) and NBR 8800 (Draft-2003) are presented and evaluated through numerical examples