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Title: Análise inelástica de segunda ordem de estruturas metálicas com ligações semi-rígidas.
Authors: Rocha, Paulo Anderson Santana
metadata.dc.contributor.advisor: Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Keywords: Estruturas metálicas
Engenharia de estruturas
Ligações metálicas
Ligações semi-rígidas
Análise inelástica
Issue Date: 2006
Publisher: Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
Citation: ROCHA, P. A. S. Análise inelástica de segunda ordem de estruturas metálicas com ligações semi-rígidas. 2006. 112 f. Dissertação (Mestrado em Ciências da Engenharia Civil) - Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2006.
Abstract: Procura-se neste trabalho desenvolver e implementar computacionalmente um elemento finito híbrido não-linear que incorpore os efeitos de segunda ordem, da inelasticidade o aço e da semi-rigidez da conexão entre os membros metálicos. Esse elemento híbrido é formado pelo elemento padrão de viga-coluna com pares de molas em série em suas extremidades. Em uma das molas é utilizado o parâmetro Ss que avalia o efeito da inelasticidade do aço, seguindo o método da rótula plástica; a outra mola tem o papel de definir a flexibilidade (ou rigidez) da conexão entre os membros através do parâmetro Sc. Chega-se, dessa forma, na matriz de rigidez desse elemento incluindo todos esses efeitos não-lineares. Além do modelo linear para modelar o comportamento da ligação semi-rígida, com a definição do parâmetro S c , foram utilizadas neste trabalho três funções não-lineares para descrever a resposta (curva momento-rotação) das ligações, a saber: exponencial, exponencial modificada e Richard-Abbott. O fato de estarem entre as funções mais conhecidas, possuírem boa eficiência computacional, primeiras derivadas sempre positivas e boa precisão, está entre as razões que motivaram suas escolhas. O emprego aqui do método da rótula plástica baseia-se no conceito da “seção montada” para correção do parâmetro S s , em que duas formulações são usadas: a elasto-plástica e a plástica-refinada. Essa última utiliza uma curva de interação M-P que varia de acordo com as dimensões de cada perfil, e considera as tensões residuais e equações desacopladas de rigidez para simular os efeitos de segunda ordem. Com essa formulação é possível acompanhar a degradação da resistência da seção metálica ao longo do processo de carregamento da estrutura. A formulação elasto-plástica é obtida através da simplificação da plástica-refinada. Baseando-se na teoria apresentada e nos exemplos numéricos estudados no final da dissertação, pode-se concluir que esses efeitos não-lineares (segunda ordem, inelasticidade do aço e flexibilidade da conexão) podem exercer grande influência no comportamento (flambagem e capacidade de carga) dos sistemas estruturados em aço
metadata.dc.description.abstracten: The development and the computational implementation of a hybrid finite element which includes second order effect, steel inelasticity and semi-rigid connection between the metallic members are given in this dissertation. This hybrid finite element is formed by standard beamcolumn element with springs in series, attached at the ends. One of the springs uses the Ss parameter to account for the material yielding, and a plastic hinge concept is adopted; the other spring considers the connection flexibility (or stiffness) between the elements through the Sc parameter. So, the stiffness matrix for the beam-column with flexible connections and plastic hinges at its ends is obtained. Beyond the linear model used to characterize the behavior of the semi-rigid connection, where the parameter Sc is a constant value of the initial stiffness of the connection, this work considered three non-linear functions to represent the beam-to-column connection response (moment-rotation relationship), i.e.: the Chen-Lui exponential model, the modified exponential model, and the Richard-Abbott moment-rotation curve. These non-linear connection models can be considered good mathematical model, having physical meaning and requiring few parameters. Besides, they guarantee the generation of a smooth curve, with a positive first derivate, and cover a wide range of connection types. The implemented inelastic methodology, which follows the lumped plasticity approach, is based on "section assemblage concept". This formulation was developed directly for the refined-plastic hinge approach, and it is a more rigorous and rational method of analysis by considering the section capacity under moment and axial force, via the modeling of an I and H section by three rectangular strips. This model uses detached stiffness equations to simulate second order effects. The elastic-plastic formulation is considered a simplification of the refined-plastic one. Based on the above theoretical considerations and the numerical examples carried out by the developed computer program and presented at the end of the dissertation, it can be concluded that the flexible nodal connections and material yielding based on plastic hinge concept, that account for gradual plastification of cross-section, greatly influence frame’s behaviour subject to static loads.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/3132
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