Elastic analysis of the effects of geometrical nonlinearity in steel structures.

A análise das estruturas de aço sujeitas a ações verticais e horizontais, em termos de esforços solicitantes, deslocamentos e rotações, muitas vezes requer a consideração dos efeitos da não linearidade geométrica. Em outras palavras, a interação entre os deslocamentos e os esforços externos pode provocar uma alteração na intensidade dos esforços internos que solicitam a estrutura que, caso não seja adequadamente avaliada, pode conduzir a uma redução significativa dos níveis de segurança. Nesse contexto, destacam-se duas metodologias de avaliação desses efeitos: aquelas baseadas em análises aproximadas e aquelas baseadas em análises geometricamente exatas. As análises aproximadas podem ser caracterizadas em sua grande maioria por desenvolver um estudo baseado no equilíbrio da estrutura na configuração inicial ou indeformada (análise sob linearidade geométrica) e, em seguida, estimar os esforços solicitantes atuantes na configuração final ou deformada por meio de coeficientes majoradores. Por outro lado, a característica principal da análise geometricamente exata é verificar as condições de equilíbrio estrutural na configuração deformada e sem fazer nenhuma restrição quanto à magnitude dos deslocamentos e rotações ou, em outras palavras, observar o comportamento geometricamente exato (não linear) de maneira direta na configuração final de equilíbrio. Este trabalho propõe realizar um estudo comparativo entre um dos métodos de análise aproximada aquele baseado nos coeficientes B1 e B2, que é recomendado pela norma brasileira ABNT NBR 8800:2008 e um método baseado em análise geometricamente exata, de maneira a verificar as semelhanças e as diferenças entre os resultados. O aço é admitido como elástico. As ferramentas computacionais utilizadas são os programas FTOOL e PEFSYS, formulados segundo teorias de barras lineares e não lineares, respectivamente.The analysis of steel structures subjected to vertical and horizontal loads, regarding internal forces, displacements and rotations, often requires the consideration of geometrically nonlinear effects. In other words, the interaction between displacements and external loads may cause a changing in the intensity of internal forces acting on the structure which, if not correctly evaluated, lead to significant reducing of structural safety. In this context, there exist two main methodologies to evaluate these effects: one based on approximated analysis and another based on geometrically exact analysis. The approximated analysis can be usually characterized by a study based on the equilibrium of the structure at its initial or undeformed configuration (geometrically linear analysis) and, further, by estimating the internal forces acting at the final or deformed configuration by means of amplifier coefficients. On the other hand, the main characteristic of the geometrically exact analysis is to verify the equilibrium conditions directly at the deformed configuration, without any restrictions regarding the magnitude of displacements and rotations or, in other words, observe the geometrically exact (nonlinear) behaviour directly at the final equilibrium configuration. This work purposes to develop a comparative study between one of the approximated methods the one based on the so called B1 and B2 coefficients, recommended by the Brazilian code ABNT NBR 8800:2008 and a method based on geometrically exact analysis, to verify the similarities and differences of results. The computational tools employed are the softwares FTOOL and PEFSYS, based on linear and nonlinear rod theories, respectively