Análise avançada de pórticos espaciais de aço considerando as teorias de Saint Venant e Vlasov: formulação e implementação computacional

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dc.contributor.advisorSilva, Renata Gomes Lanna da
dc.contributor.advisor-coCosta, Rodrigo Sernizon
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/1285373351616883
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1852330407141788
dc.contributor.authorViana, Harley Francisco
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4172304263509688
dc.contributor.refereeSilva, Renata Gomes Lanna da
dc.contributor.refereeCosta, Rodrigo Sernizon
dc.contributor.refereePaula, Junia Nunes de
dc.contributor.refereeLavall, Armando Cesar Campos
dc.contributor.refereeSilva, William Taylor Matias
dc.date.accessioned2025-03-17T16:46:37Z
dc.date.available2025-03-17T16:46:37Z
dc.date.issued2024-08-30
dc.description.abstractO projeto de estruturas de aço geralmente é realizado em duas etapas: análise estrutural e dimensionamento. A separação dessas etapas implica na necessidade de avaliar os esforços solicitantes, deslocamentos, estabilidade e resistência de cada elemento estrutural, o que dificulta o processo de obtenção de estruturas mais resistentes, otimizadas, econômicas e, consequentemente, mais sustentáveis. Além disso, ao analisar estruturas de aço com perfis abertos de parede fina submetidas a grandes carregamentos, é imprescindível considerar, além da não linearidade geométrica e do material, o empenamento da seção transversal, as tensões residuais e as imperfeições geométricas iniciais. Nesse contexto, o objetivo da presente pesquisa é apresentar o desenvolvimento teórico de uma formulação não linear para a análise estrutural avançada de pórticos espaciais de aço, considerando as teorias de torção de Saint Venant e Vlasov, bem como a sua implementação computacional por meio do método dos elementos finitos. O desenvolvimento teórico é realizado aplicando-se uma formulação Lagrangiana atualizada, que utiliza a abordagem corrotacional para a dedução da matriz de rigidez do elemento finito de pórtico espacial. As relações cinemáticas adotadas permitem a consideração de grandes translações e rotações de corpo rígido, acompanhadas de pequenas deformações. O comportamento plástico do material é considerado aplicando-se o conceito de plasticidade distribuída e relações constitutivas apropriadas para o material, permitindo-se, assim, o acompanhamento do escoamento ao longo da altura da seção transversal e do comprimento do elemento. Neste estudo, é assumido que as rigidezes à torção e ao empenamento não são influenciadas pela plastificação do elemento. A formulação desenvolvida foi implementada no programa ASTRAS, elaborado em linguagem Fortran 90. Por fim, exemplos numéricos são apresentados a fim de demonstrar a consistência e precisão dos resultados obtidos por meio da metodologia proposta. Verificou-se que a consideração da restrição ou não do empenamento nos nós é um aspecto importante na análise, especialmente em estruturas sujeitas a flambagem. O método da zona plástica permitiu avaliar melhor a redistribuição de tensões e identificar pontos de fragilidade que poderiam ser negligenciados pelo método da rótula plástica, além de incorporar a não linearidade geométrica e de material de maneira mais abrangente, resultando em uma representação mais fiel das respostas estruturais.
dc.description.abstractotherThe design of steel structures is generally carried out in two stages: structural analysis and design. The separation of these stages requires the evaluation of applied forces, displacements, stability, and the resistance of each structural element, making it challenging to achieve structures that are more resistant, optimized, economical, and consequently, more sustainable. Additionally, when analyzing steel structures with thin-walled open sections subjected to large loads, it is essential to consider not only geometric and material nonlinearity but also cross-sectional warping, residual stresses, and initial geometric imperfections. In this context, the aim of this research is to present the theoretical development of a nonlinear formulation for the advanced structural analysis of spatial steel frames, incorporating the Saint Venant and Vlasov torsion theories, as well as its computational implementation using the finite element method. The theoretical development is carried out using an updated Lagrangian formulation, which employs the corotational approach to derive the stiffness matrix for the spatial frame finite element. The adopted kinematic relations allow for the consideration of large rigid body translations and rotations accompanied by small deformations. The material's plastic behavior is considered through the application of distributed plasticity concepts and appropriate constitutive relations, enabling the tracking of material yielding throughout the cross-sectional height and element length. In this study, it is assumed that torsional and warping stiffnesses are not influenced by the element's plasticity. The developed formulation was implemented in the ASTRAS program, written in Fortran 90. Finally, numerical examples are presented to demonstrate the consistency and accuracy of the results obtained using the proposed methodology. It was found that considering or not the restriction of warping at the nodes is an important aspect in the analysis of thin-walled structures, especially in structures susceptible to buckling. The plastic zone method allowed for a better evaluation of stress redistribution and identification of weaknesses that could be overlooked by the plastic hinge method, in addition to incorporating geometric and material nonlinearity more comprehensively, resulting in a more accurate representation of structural responses.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/808
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.subjectSistemas não lineares
dc.subjectAnálise de sistemas
dc.subjectAnálise estrutural - Engenharia
dc.subjectMateriais – Propriedades mecânicas
dc.subjectTeoria de sistemas
dc.subjectAço – Estruturas
dc.titleAnálise avançada de pórticos espaciais de aço considerando as teorias de Saint Venant e Vlasov: formulação e implementação computacional
dc.typeTese

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