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Dissertação de Mestrado em Construção Metálica e Mista apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra sem informação Currently, safety assessment is not consistently considered throughout Eurocode 3, mainly due to lack of guidance and existing databanks containing information on distribution of relevant basic variables and steel properties. In addition, some rules are not thoroughly validated, leading to higher uncertainties. In establishing the partial safety factor - γM of a design procedure, scatter related to material and geometrical properties may be isolated from resistance model. Simplified safety assessment procedures are analysed and further tested in which the basic variables are assumed independent from each other, with basis on EN 1990 safety assessment procedure. In this dissertation, firstly, a theoretical overview is proposed in order to introduce the basic principles in the probability theory; secondly, the basic principles of design codes are presented, focusing on the current European design codes EN 1990 to EN 1999. The design methodologies are listed and their background is discussed, and furthermore focus is given to the procedures applicable to Eurocode 3. The safety assessment procedure, given in Annex D of EN 1990 is also presented and its theoretical background is clarified. Subsequently, an analytical review of existing methodologies for safety assessment of design rules for steel structures is carried out. The procedures are presented and their field of application is detailed. Furthermore, numerical validation of simplified procedures, based on assumed distributions of basic variables such as material and cross-section properties, is performed focusing on stability failure modes, in particular flexural buckling of columns. In addition, a numerical example is presented, which aims at further clarifying latter methodologies. Sensitivity analysis is performed in order to assess the influence of different basic variables. In this example, statistical distributions of the imperfections are also considered. Finally, the statistical dependence of basic variables is discussed, based on correlation between yield stress and plate thickness. In order to obtain a reasonable correlation coefficient, statistical data from real experiments is used. This dissertation is part of European research project SAFEBRICTILE RFS-PR-12103 – SEP nº 601596, where safety assessment procedure is developed for brittle to ductile failure modes. Therefore, it is considered a valuable contribution for achieving the project goals and further improvement of the design methodologies in the Eurocodes.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia O consumo crescente de bens e a escassez de recursos representam um desafio para a sociedade. O Fabrico Aditivo surge como alternativa aos processos de fabrico tradicionais, rompendo com a atual forma de pensar e organização industrial, permitindo produzir na hora, em qualquer parte do mundo e com menos desperdícios.Para o Fabrico Aditivo de metais existem alguns processos disponíveis, utilizados sobretudo em setores de ponta com grande componente tecnológica. A maioria dessas técnicas, muito precisas, mas lentas, não se têm conseguido introduzir na construção metálica e mista, devido sobretudo ao elevado tempo de produção.O presente trabalho centra-se na execução por WAAM de uma peça estrutural em aço inoxidável. Partindo de uma peça em aço inox 316, aranha para união de vidros, utilizada nas fachadas envidraçadas de edifícios, criou-se uma réplica digital e programou-se um braço robótico para o seu fabrico através do processo de soldadura GMAW com controlo CMT. O processo decorreu por várias iterações, desde a afinação de parâmetros do equipamento em peças de geometria simples, evoluindo de complexidade até chegar forma da peça pretendida.O principal desafio e inovação deste estudo consistiu na aplicação prática do WAAM em peças estruturais de pequena dimensão, estabilização da deposição a nível de parâmetros e trajetória que produzam produtos isentos de defeitos. Após o fabrico as peças foram submetidas a ensaios, de forma a validar a produção e os parâmetros selecionados.Por fim é feita uma análise aos resultados, são expostas a principais lições apreendidas e são sugeridas algumas recomendações para aplicação em trabalhos futuros. The increasing consumption of goods and the scarcity of resources represent a challenge for society. Additive Manufacturing emerges as an alternative to traditional manufacturing processes, breaking with the current way of thinking and industrial organization, allowing to produce on time, anywhere in the world and with less waste.For the Additive Manufacture of metals there are some processes available, mainly used in cutting-edge sectors with a large technological component. Most of these techniques, very precise but slow, are not in use into the metal and hybrid construction, mainly due to the high production time.The present work focuses on WAAM execution of a structural part made of stainless steel. Starting from a 316 stainless steel part, spider glass fitting used in the glazed facades of buildings, a digital twin was created, and a robotic arm was programmed for its manufacture through GMAW welding process with CMT control. The process took place through several iterations, from the tuning of equipment parameters in parts of simple geometry, evolving from complexity to reaching the shape of the desired part.The main challenge and innovation of this study was the practical application of WAAM in small structural parts, stabilization of the deposition mainly parameters and trajectory that produce defect-free products.After manufacture, the parts were tested to validate the production and the selected parameters.Finally, an analysis is made of the results, are exposed to main lessons learned and some recommendations are suggested for application in future work.

Dissertação de Mestrado em Construção Metálica e Mista apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia O uso do computador tornou-se uma parte essencial no ambiente de trabalho de empresas que atuam nas mais diversas áreas. O aumento da capacidade computacional ao longo do tempo levou a análises mais rápidas e de melhor qualidade, à transmissão de informação entre os vários intervenientes de uma forma mais fácil e clara, permitindo ainda a utilização de técnicas de aprendizagem automática aplicadas à grande quantidade de dados gerados nas últimas décadas, que possibilitaram avanços significativos em áreas tão distintas como a publicidade, economia, medicina, robótica entre outros.Apesar do rápido crescimento desta tendência de digitalização verificada noutras áreas, a Engenharia Civil começa apenas agora a implementar técnicas mais avançadas que possam eventualmente servir de alternativa às abordagens clássicas de projeto e execução, onde os procedimentos de dimensionamento são atualmente baseados na experiência, em métodos analíticos avançados, ensaios experimentais e simulações numéricas, que servem de base ao dimensionamento dos diferentes elementos estruturais, e que apesar de serem de fácil implementação, constituem em certos casos processos demorados.No trabalho aqui desenvolvido, explora-se o potencial de aplicação da aprendizagem automática ao processo de dimensionamento de ligações e a possibilidade de previsão do diferentes modos de falha sem a necessidade de calcular as expressões fornecidas pela EN1993-1-8, recorrendo-se para tal a diferentes abordagens de forma a permitir encontrar aquela que melhor se adapta ao problema.É feita uma apresentação do procedimento incluído na norma Europeia EN1993-1-8 para o dimensionamento de ligações soldadas e das respetivas equações destinadas à determinação da resistência das diferentes componentes são apresentadas. São ainda descritas as principais características dos diferentes algoritmos de aprendizagem e as principais medidas usadas para a avaliação da qualidade dos modelos criados.É igualmente incluída uma perspetiva geral do procedimento usado para criar não só a base de dados mas também os diferentes modelos.Por último é realizada uma análise dos resultados obtidos para os dois tipos de problemas considerados, o problema de classificação da componente condicionante e o problema de regressão do momento fletor resistente. The use of the computer has become an essential part in the work environment of companies across a wide range of areas of expertise. The increase in computational power throughout the years led to faster analysis with increased quality, enabled the transfer of information between the different stakeholders in an easier and intelligible manner while also allowing the use of computational learning techniques which are applied to the vast amount of data gathered during the last decades, leading to significant developments in different areas such as publicity, economics, medicine, robotics, just to name a few.Despite the fast growth of this digitalization trend observed in other areas, Civil Engineering is just now starting to implement more advanced techniques that may be someday considered a reliable alternative to the classic approaches. The design process is currently based upon empirical knowledge, advanced analytical methods, experimental tests and numerical simulations, used as the basis for the design of different structural elements, and which despite being of fairly easy implementation constitute time consuming processes.This work explores the potential of applying machine learning techniques for the design of steel connections and the prediction of their corresponding failure modes, without the need to compute the expressions proposed by EN1993-1-8, by using different learning algorithm in order to find the one that best fits the problem. The procedure included in the European standard EN1993-1-8 for the design of welded steel connections and the equations that return the resistance of the different components of these connections are presented as well as the main characteristics of the various considered learning algorithms, the different metrics used to evaluate the quality of the created models.An overall view of the workflow used to create both the dataset and the different models is also includedFinally, an analysis of the obtained results for both the classification of the conditioning component and the regression of the resistant bending moment is presented.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia A quota de mercado da construção metálica em Portugal tem evoluído bastante nas últimas décadas, essencialmente pela competitividade do aço enquanto material, rapidez de construção e facilidade de exportação. A alta resistência do aço em proporção com o seu peso permite minimizar o peso próprio das estruturas e, consequentemente, os custos associados ao material. Com as estruturas cada vez mais otimizadas surgem os inevitáveis fenómenos de instabilidade, tornando-se imprescindível a verificação da estabilidade global da estrutura ou de algumas das suas sub-estruturas. De acordo com o Eurocódigo 3, parte 1-1, esta verificação deverá ser efetuada considerando os efeitos de 2ª ordem e as imperfeições. Os programas de análise de estruturas pelo método dos elementos finitos vieram potenciar a realização de análises numéricas avançadas para a determinação da resistência última de estruturas. No entanto, pela sua maior complexidade e a falta de regulamentação específica, este tipo de análise não é ainda o preferido dos projetistas. Nesta dissertação estudou-se o comportamento de pórticos em aço para estruturas porticadas de edifícios, com ênfase no comportamento geometrica e materialmente não linear com imperfeições (GMNIA). Os resultados foram objeto de uma avaliação crítica por comparação com as recomendações da nova prEN1993-1-14, em elaboração. Numa primeira fase foi realizada a modelação e análise de uma viga simples, com o objetivo de perceber a influência da escolha do tipo de elemento finito e do fenómeno de encurvadura lateral torsional. Posteriormente, realizou-se a modelação e análise de um exemplo desenvolvido no âmbito do comité técnico TC8 – Estabilidade da ECCS. The market share of metallic construction in Portugal has evolved considerably in recent decades, essentially due to the competitiveness of steel as a material, construction speed and ease of export. The high strength of steel in proportion to its weight makes it possible to minimize the weight of the structures and, consequently, the costs associated with the material. With structures increasingly optimized, the inevitable phenomena of instability arise, making it essential to check the overall stability of the structure or some of its sub-structures. According to Eurocode 3, part 1-1, this check must be carried out considering 2nd order effects and imperfections. Structural analysis programs using the finite element method have enhanced the performance of advanced numerical analyzes to determine the ultimate strength of structures. However, due to its greater complexity and the lack of specific regulation, this type of analysis is still not preferred by designers.In this dissertation, the behavior of steel frames for frame structures of buildings was studied, emphasizing the geometrically and materially nonlinear behavior with imperfections (GMNIA). The results were critically evaluated by comparison with the recommendations of the new prEN1993-1-14, in preparation.In a first phase, the modeling and analysis of a simple beam was carried out to understand the influence of the choice of the finite element type and the torsional lateral buckling phenomenon. Subsequently, the modeling and analysis of an example developed within the scope of the technical committee TC8 – Stability of the ECCS was carried out.