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Title: The influence of geometrically nonlinear effects on the progressive collapse of reinforced concrete structures.
Authors: Oliveira, Cláudio Ernani Martins
metadata.dc.contributor.advisor: Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Keywords: Concreto armado
Análise não-linear
Issue Date: 2015
metadata.dc.contributor.referee: Galvão, Alexandre da Silva
Araújo, Francisco Célio de
Sousa Junior, João Batista Marques de
Citation: OLIVEIRA, Cláudio Ernani Martins. The influence of geometrically nonlinear effects on the progressive collapse of reinforced concrete structures. 2015. 84 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2015.
Abstract: Este trabalho apresenta um elemento nito baseado na teoria de Bernoulli com seção transversal discretizada em camadas, associando elastoplasticidade e não linearidade geométrica em uma formulação corrotacional. A investigação proposta foca na propagação do dano induzido pela perda de um pilar e veri ca se o processo de colapso progressivo é ou não iniciado. Nesta análise, a não linearidade física nas camadas da seção transversal é representada utilizando leis constitutivas unidimensionais. A discretização em camadas permite descrever o esmagamento gradual do concreto, assim como a plasti cação e ruptura das barras de armadura. O comportamento de quato pórticos planos é investigado computacionalmente. Os dois primeiros (IMF e TSM, abreviaturas para intermediate moment frame e threestorey scale model ) representam partes de edifícios em um cenário quase-estático. Resultados computacionais são comparados com dados experimentais disponíveis na literatura em termos de resposta estrutural (curvas carga vs. deslocamento) e mecanismos de falha. Os resultados mostram que os efeitos catenários afetam signi cativamente o comportamento estrutural e contribuem para um aumento da capacidade suporte da estrutura dani cada. Um estudo paramétrico computacional é desenvolvido com a nalidade de entender como as propriedades dos materiais afetam o comportamento global das estruturas e identi car quais destas propriedades tem in uência crucial nos cenários investigados. A terceira e quarta estruturas são pórticos planos de cinco andares, cada um idealizado de acordo com as normas de projeto/construção em concreto armado em vigor na Europa e no Brasil. Uma análise dinâmica não linear é desenvolvida. A combinação de cargas considerada para a análise de colapso progressivo segue as prescrições do Departamento de Defesa dos Estados Unidos. O trabalho veri ca se as prescrições mínimas das normas de concreto armado utilizadas são su cientes para garantir segurança e robustez estrutural, além disso, aponta as diferenças em termos de propensão ao colapso progressivo.
metadata.dc.description.abstracten: A multilayered Bernoulli beam nite element, including elasto-plastic material behavior of the constituents within a corotational, geometrically nonlinear framework is applied to investigate the behavior of reinforced concrete structures. The investigation aims at the propagation of the damage induced by the loss of a column and veri es whether or not the process of progressive collapse is initiated. For the analysis, the material nonlinearity is represented using unidimensional constitutive laws in the material layers. The multilayered discretization on the sectional level allows describing the gradual crushing of concrete, as well as the yielding and breaking of the reinforcement bars. The behavior of four planar frames is investigated computationally in this work. The rst structure is a intermediate moment frame (IMF), while the second one is composed of a three-storey scale model (TSM), both representing parts of two di erent buildings in a quasi-static scenario. Computational results are compared to available experimental data from the literature both in terms of structural response (load vs. displacements curves) and failure mechanisms. Catenary e ects are shown to play an important role in the structural behavior and to contribute to an increase of the load-bearing capacity of the damaged structure. A computational parametric study is also reported in order to assess how the physical parameters a ect the overall structural behavior and to identify the main physical parameters a ecting the studied problems. The third and fourth structures are vestorey planar frames, each realistically designed in accordance with the minimum requirements proposed by the reinforced concrete design/building codes of Europe and Brazil. Nonlinear dynamic analysis is performed, including elasto-viscoplastic e ects. The load combinations considered for progressive collapse analysis follow the prescriptions of the Department of Defense of the United States. The work veri- es if the minimum requirements of the considered codes are su cient for enforcing structural safety and robustness, and also points out the major di erences in terms of progressive collapse potential of the corresponding designed structures.
Description: Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil. Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/6686
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 18/07/2016 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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