Desenvolvimento de ferramentas numéricas para a análise dinâmica não linear de estruturas

Abstract

Na presente dissertação foi desenvolvido um estudo sobre a análise dos elementos de casca através da criação de um modelo numérico baseado no método da analogia de grelha, com recurso a modelos de fibras para a implementação da não linearidade material. Foi efectuada uma apresentação das diversas formas como os elementos laminares surgem actualmente nas construções e quais as suas principais características. A evolução dos métodos e modelos de análise aplicados a estes elementos estruturais foi estudada, dando-se particular ênfase ao método da analogia de grelha. É demonstrado como o código que transforma elementos laminares em malhas de vigas é executado e foi apresentado o modo como as características geométricas das barras são determinadas e quais os modelos dos materiais que são usados. Foram estudados os aspectos e parâmetros de modelação que mais influenciam o comportamento deste tipo de estruturas, tais como o grau de refinamento da malha e as propriedades mecânicas dos materiais constituintes. Para tal, foram realizadas análises paramétricas da influência do grau de refinamento e da não linearidade na resposta de painéis isolados de laje, e análises comparativas com outras formulações. Modelaram-se numericamente ensaios experimentais sobre painéis de laje carregados monotonicamente até à rotura, confrontando-se os valores obtidos numericamente, com os resultados experimentais. Foi realizada uma comparação entre os resultados numéricos obtidos com a formulação aqui desenvolvida, e com resultados obtidos com outras formulações. Foi estudada a resposta de uma parede resistente de betão armado sujeita a cargas cíclicas horizontais de amplitude crescente, tendo como principal objectivo verificar a capacidade do modelo em representar a evolução do dano. Por último, o desempenho computacional do modelo aqui proposto foi avaliado, tendo-se estudado algumas medidas que permitem o melhoramento da sua eficácia.

The present dissertation aimed the study of the shell elements through the creation of a numerical model, which uses the well known grillage analogy, taking into account fibre models for the implementation of the non linearity of the materials. A presentation of the different ways that this kind of elements can appear in the constructions was done, and its principal characteristics were referred. The methods that have been used to analyze these structural elements along the years were studied, giving particular emphasis to the grillage analogy method. A demonstration of how the code transforms the continuous surface of laminar elements into a mesh of beams was done. Within this section was also presented how the geometrical characteristics are computed and which constitutive laws were used to simulate the materials behaviour. Several numerical analyses to slabs were done in order to study the influence of some parameters and aspects like the mesh refinement or the mechanical properties in the distribution of the efforts and deformations given by the numerical model. Using an experimental test where two slabs were monotonic loaded until rupture, a comparison in done between the displacements and resistant capacity obtained numerically and experimentally. It was also done a brief comparison between the values obtained with this simplified model and the results using finite shell elements and finite tridimensional elements done by other authors for the same experimental test. The behaviour of a shear wall subjected to a cyclic loading was studied in order to analyze the capacity of the model in representing the evolution of the damage in the structure. At last, an evaluation of the computational performance of this type of numerical model was done and some suggestions to improve the effectiveness of non linear analysis were presented.