Computational Model for Semi-Rigid Joints and its Influence in the Nonlinear Dynamic Response of Steel Frames

A comunidade científica tem conhecimento de que uma das etapas mais relevantes no projeto de estruturas de aço e mistas, diz respeito a uma avaliação precisa sobre os modelos estruturais que representam o comportamento real das ligações viga-coluna. Este assunto tem sido objeto de vários trabalhos de pesquisa nas ultimas décadas. Na prática corrente do projeto de estruturas de aço, a grande maioria das ligações viga-coluna é representada por modelos flexíveis (rótulas) ou rígidos (engastes). Contudo, na maior parte dos casos práticos, essas ligações assumem um comportamento intermediário, ou seja, semi-rígido. Um outro ponto importante acerca do assunto diz respeito à avaliação da resposta dinâmica de estruturas de aço com a consideração pertinente do efeito das ligações, especialmente, no que tange as semi-rígidas, já que a maioria dos trabalhos de pesquisa concentra-se apenas no estudo da resposta estática dos modelos. Assim sendo, esta investigação apresenta uma contribuição inicial no que tange ao emprego de elementos que representem mais fielmente os efeitos das ligações estruturais na análise dinâmica de estruturas de aço, evidentemente, com a consideração do efeito de semi-rigidez dessas ligações. Desta forma, este trabalho de pesquisa propõe o uso de um modelo mecânico com elementos de mola rotacionais não-lineares, objetivando simular adequadamente o efeito das ligações viga-coluna especificamente em pórticos de aço. Inicialmente, foi feita uma calibração do modelo computacional desenvolvido, comparando os resultados obtidos mediante o uso do modelo de mola rotacional com os dados obtidos na literatura técnica sobre o assunto. Na seqüência, desenvolve-se uma analise paramétrica extensa, com a inclusão de todos os efeitos mencionados no parágrafo anterior, de forma a avaliar mais detalhadamente a resposta dinâmica dos pórticos de aço, deslocamentos e esforços, com base no estudo de um edifício residencial de quatro pavimentos.The scientific community has realized that one of the most relevant stages in the design of steel and composite structures concerns to an accurate evaluation about the structural models that represent the actual behaviour of the beam-to-column connections. This issue has been the subject of many studies over the last decade. In the current design of steel structures, most of the beam-to-column connections are represented by pinned or rigid models. However, in most of the current cases, the connections have an intermediate behaviour between these two cases. Another important issue about the correct evaluation of the dynamic response of steel structures its about the consideration of the effects of the joints, especially of the semi-rigid joints, since most of the studies consider only a static analysis of the models. Therefore, this dissertation has proposed the use of a mechanical model of rotational springs with a nonlinear behaviour, objectifying a proper simulation of the beam-to-column effects in steel frames. The numeric results were obtained along the present study, and calibrated based on many computer models available on the literature. On the sequence, a large parametric analysis is developed, including all the effects mentioned before, objectifying evaluate more precisely the dynamic response of the steel frames (displacements and forces), based on the static and dynamic response of a four storey edifice