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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2006.tde-13032007-092337
Document
Author
Full name
Silvia Corbani
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2006
Supervisor
Committee
Brasil, Reyolando Manoel Lopes Rebello da Fonseca (President)
Franco, Mario
Laier, Jose Elias
Title in Portuguese
Análise dinâmica elasto-plástica de estruturas metálicas sujeitas a excitação aleatória de sismos.
Keywords in Portuguese
Dinâmica das estruturas
Efeitos sísmicos nas estruturas
Estruturas metálicas
Rótulas plásticas
Terremotos
Abstract in Portuguese
Ações sísmicas ocorrem com pouca freqüência e intensidade no Brasil, porém ocorrem em países da América Latina situados na costa do Pacífico e em Portugal, despertando o interesse da engenharia brasileira nesse assunto. Neste trabalho, apresenta-se um modelo numérico para análise de estruturas metálicas aporticadas planas com comportamento elasto-plástico sob excitação aleatória induzida por sismos. Para simular as vibrações aleatórias, utiliza-se uma simulação tipo Monte Carlo fundamentada no ?Vento Sintético?, proposta pelo Prof. Mário Franco. Nessa simulação, combinações de séries de carregamentos harmônicos são geradas com suas amplitudes extraídas de uma Função de Densidade Espectral de Potência (PSDF) das acelerações do solo e com ângulos de fase obtidos por um algoritmo pseudo-aleatório. A PSDF utilizada é um modelo reduzido do modelo Kanai-Tajimi que determina combinações de séries adimensionais, onde seus resultados para o trecho elástico são calibrados com o espectro de resposta elástica sugerido em norma internacional. A integração numérica passo-a-passo no domínio do tempo é feita para cada função de carregamento adotando-se o método de Newmark. O efeito elastoplástico é modelado pelo conceito de rótulas plásticas, assim, a cada passo é verificada a formação da rótula. Se certa seção atingir o momento fletor de plastificação, o valor do momento permanece constante e introduz-se uma rótula nessa seção com rigidez a flexão nula, permitindo rotações finitas livres. Em caso de reversão da direção do momento fletor, a rigidez elástica é integralmente recuperada com a eliminação da rótula do modelo. Ao final desse processo, obtém-se uma grande quantidade de dados de resposta. Faz-se um tratamento estatístico desses resultados de modo a concluir, do ponto de vista da engenharia, a probabilidade de ocorrência dos eventos. Para validar a metodologia proposta, analisou-se um edifício com cinco pavimentos. Os resultados satisfatórios foram obtidos quando comparados com exemplos da literatura, além de apresentarem-se estável com relação a integração no tempo.
Title in English
Dynamics analysis of steel structures with elasto-plastic behavior under random seismic excitation.
Keywords in English
Dynamics of structures
Earthquakes
Plastic hinges
Seismic effects on structures
Steel structures
Abstract in English
Seismic actions occur with low intensity and often in Brazil, however they occur in Latin-American countries on the Pacific Coast and in Portugal, arousing interest in this subject of the Brazilian engineering. In this work, a numerical model is presented for the analysis on the elastic-plastic behavior of steel planar framed structures under random seismic excitation. For random vibrations, a Monte Carlo type simulation is used. This simulation is based on the ?Synthetic Wind?, proposed by Prof. Mario Franco. In this simulation, combinations of series of harmonic loads are generated with their amplitude given by certain provided Power Spectrum Density Functions (PSDF) of ground acceleration and pseudorandomly set phase angles. The used PSDF is reduced model of the Kanai-Tajimi model that determine combinations of non-dimensional series whose results by the behavior elastic are adjusted by international codes Elastic Response Spectra. The step-by-step time integration is performed for each load function using the Newmark method. In order to model, the elastoplastic effect is used the plastic hinge concept. Therefore, at each step the hinge formation is verified. If a certain section reaches its full plastic bending moment, this value of moment is maintained and a hinge in that section is introduced in the model with null stiffness, allowing for free finite rotations. If the rotation in a certain hinged section is reversed, elastic behavior is restored by elimination of the hinge from the model. At the end of this process, a large quantity of response data is obtained. A statistic treatment of these results is performed, in the way that is possible conclude, from the engineering point of view, the probability of occurrence of these events. A statistic treatment based sound engineering conclusions is done for the happened probable events. In order to validate the proposed methodology, a five stories building is analyzed. Satisfactory agreement is obtained when compared to results from the literature, and the results are very stable with respect to the time integration.
 
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DissertacaoSilvia.pdf (1.51 Mbytes)
Publishing Date
2007-04-03
 
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