No presente trabalho são desenvolvidas formulações numéricas que resultam numa ferramenta computacional para análise de colapso estrutural de edificações compostas por perfis de parede fina. No presente contexto, entende-se por perfis de parede fina aqueles que podem ser modelados com elementos de casca. Para tal finalidade, emprega-se o Método dos Elementos Finitos (MEF) em sua versão posicional e descrição Lagrangeana Total do equilíbrio. Adicionalmente, diversos desenvolvimentos são incorporados à ferramenta computacional com o objetivo de melhor simular uma situação de colapso. Para a resolução do sistema resultante da formulação não-linear do MEF para problemas estáticos, emprega-se a estratégia do comprimento de arco (Newton-Raphson + equação de restrição de arco). Desenvolve-se também uma estratégia de inserção de força de perturbação durante a análise para contornar um ponto de bifurcação e escolher qual trajetória de equilíbrio seguir a partir deste ponto. O critério para definir a força de perturbação e quando aplicá-la é baseado na análise de estabilidade, que é realizada por meio da resolução de um problema generalizado de autovalor. No caso do problema dinâmico, o método de Newton-Raphson é empregado para a solução do sistema não-linear. A integração temporal é realizada por meio do método α-generalizado, que permite um controle preciso da dissipação numérica de altas frequências e, consequentemente, um controle melhor da estabilidade do método. No aspecto de modelagem de edificações, foi proposta originalmente uma estratégia de conexão entre elementos estruturais viga-pilar ou viga-laje cujas discretizações sejam não-conformes. A estratégia proposta é baseada no embutimento dos nós de extremidade de cada elemento estrutural em um elemento finito de sólido auxiliar que preenche o espaço de conexão. Quanto à modelagem do material, emprega-se a lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff e considera-se plasticidade baseada no critério de von Mises com encruamento linear. Para a análise de colapso, é de interesse também a modelagem de contato/impacto entre pavimentos. Nesse sentido, é implementada e validada a estratégia de contato nó-a-superfície. Por fim, são desenvolvidos alguns exemplos de estruturas com o intuito de mostrar a aplicabilidade das formulações desenvolvidas em conjunto com análises elasto-plástica, dinâmica e de contato.

The present research deals with the development of numerical formulations that result in a computational tool for structural collapse analysis of buildings composed of thin-walled profiles. In this context, thin-walled profiles are considered as those that can be modelled by shell elements. Thereby, these numerical analyses utilize the positional version of the Finite Element Method (FEM) and the Total Lagrangian equilibrium description. Additionally, this research’s computational tool incorporates several developments in order to better simulate the collapse. Besides, the arc-length strategy (Newton-Raphson + arc constraint equation) solves the resulting algebraic system from the non-linear FEM formulation in static applications. Also, there is the development of a perturbation force insertion strategy, in which the formulation becomes capable of bypassing the bifurcation point and choosing an equilibrium trajectory after this point. The criterion that defines the perturbation force’s magnitude and in which load step it is applied is based on a stability analysis, which is a result from a generalized eigenvalue problem. In the case of the dynamic problem, the Newton-Raphson method solves the nonlinear system. In addition, the generalized-α method performs the temporal integration, in which it is possible to obtain a precise control of the numerical dissipation of high frequencies, and, consequently, a better control of the stability of the method. Moreover, in the building modelling context, the present research proposes an original strategy to connections between beam-column or beam-slab structural elements whose discretizations are non-conforming. To perform such task, there is the embedding of the endpoints of each structural element in an auxiliary solid finite element that fills the connection space. As for the material modeling, the present research applies the Saint-Venant-Kirchhoff constitutive law and the von Mises criterion with linear hardening for the plasticity. For the collapse analysis, the contact/impact modelling between floors is also an important topic covered by this research. In this scenario, the node-to-surface contact strategy is implemented and validated. Finally, the development of some structural applications presents the applicability of the developed formulations considering elasto-plasticity, dynamic and contact analyses.