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[pt] MODELAGEM DO COMPORTAMENTO DE PILARES MISTOS DE SEÇÃO COMPOSTA PREENCHIDOS COM CONCRETO ARMADO / [en] MODELING THE BEHAVIOR OF COMPOSITE BEAM-COLUMNS COMPOSED OF BUILT-UP SECTIONS FILLED WITH REINFORCED CONCRETEGABRIEL AMOS ALVES CRUZ LIMA 21 January 2021 (has links)
[pt] A obtenção de estruturas mais resistentes e rígidas, e economicamente
viáveis, é uma preocupação cada vez maior na construção civil. Sob essa ótica,
este trabalho tem o objetivo de avaliar o comportamento de pilares mistos de
seção composta através de uma modelagem numérica. Foram estudados dois
tipos de seções, uma composta por dois perfis I laminados, e outra por dois perfis
U enrijecidos, em ambos os casos conectados por perfis I e preenchidos com concreto
armado. Com o uso do software ABAQUS, foi avaliado o comportamento
estrutural dos elementos submetidos a carregamentos de flexão, compressão e
flexo-compressão. O modelo foi validado através da comparação com dados
experimentais de estudos anteriores e resultados previstos pela norma técnica
brasileira, conseguindo representar adequadamente o comportamento das curvas
momento-deslocamento e força-deslocamento. As resistências obtidas a partir
dos modelos numéricos foram superiores aos valores esperados pela solução
teórica, principalmente no carregamento de compressão. De modo a avaliar a
viabilidade econômica do sistema misto proposto, foi realizado o dimensionamento
de um galpão industrial, que evidenciou ganho significativo de inércia
em relação a um sistema composto apenas por perfis de aço, resultando em uma
economia de até 11 por cento na massa equivalente em aço. Por fim, desenvolveu-se um
estudo paramétrico para investigar a influência do número de conectores, da sua
disposição, da resistência do concreto e do diâmetro da armadura na resistência
do pilar. / [en] A growing concern in civil construction is to obtain structures that are
more resistant, rigid and economically feasible. This study aims to evaluate
the behavior of steel-concrete columns of composite section, through numerical
modeling. The studied cross-sections were composed of two rolled I profiles,
and other with C-lip channels, connected by I profiles, and filled with reinforced
concrete. The ABAQUS software was used to evaluate the structural behavior of
the columns subjected to flexural, compression and eccentric compression loads.
The model was calibrated through experimentally obtained data from previous
studies, and results provided by the Brazilian National Standards, and it was able
to properly reproduce the moment-displacement and load-displacement curves.
The obtained resistances from the numerical models were greater than the ones
expected by the theoretical solution, especially under compression load. In order
to evaluate the economic feasibility of the proposed composite model, a design
example of an industrial shed was conducted, and it showed a significant increase
in moment of inertia when compared to steel-only box sections, which resulted in
savings of up to 11 percent in equivalent mass of steel. Finally, a parametric study was
made to investigate the influence of the number and disposition of the connectors,
and the contribution of the concrete resistance and reinforcement s diameter in
the strength of the columns.
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[pt] MODELAGEM NUMÉRICA DE LIGAÇÕES SEMI-RÍGIDAS EM ESTRUTURAS METÁLICAS / [es] MODELO NUMÉRICO PARA LIGADURAS SEMIRÍGIDAS EN EXTRUCTURAS METÁLICAS / [en] NUMERICAL MODELING OF SEMI-RIGID CONNECTION FOR STEEL STRUCTURESDEVANEY CRISTINA LIMA CARDOSO 20 February 2001 (has links)
[pt] Ligações semi-rígidas em estruturas de aço tem apresentado
uso crescente na construção metálica, pois é uma opção que
permite um melhor aproveitamento da capacidade da
estrutura. Neste trabalho apresentam-se as características
e a classificação das ligações semi-rígidas bem como a
evolução da modelagem numérica e analítica do comportamento
destas ligações.
Apresenta-se uma metodologia com base no método dos
elementos finitos para avaliar numericamente a relação
momento-rotação de conexões viga-coluna em estruturas de
aço. Parte essencial desta metodologia é a modelagem da
ligação e de seus diversos componentes.
Um modelo completo em termos da geometria, capaz de
representar a interação entre os diversos componentes da
conexão é proposto. Esta modelagem inclui a discretização
de todos os componentes da conexão: placa e ou cantoneiras,
porcas, coluna e viga, sendo a extensão da viga e da coluna
a ser considerada no modelo escolhida por calibração do
mesmo. O contato entre os componentes da ligação é
considerado por meio de algoritmo específico de contato com
base na formulação de um problema linear complementar.
Considera-se contato sem atrito entre corpos deformáveis.
A fim de representar com mais fidelidade as características
tridimensionais do problema, adota-se uma modelagem também
tridimensional com base em elementos finitos híbridos
hexaédricos de oito nós, permitindo o emprego de uma
discretização relativamente grosseira. Fenômenos como a
presença de grandes deformações, plastificação dos
componentes e a pré-tensão dos parafusos são incluídos no
modelo.
Os modelos apresentados são empregados para o estudo do
comportamento de ligações tipo placa de extremidade
estendida e tipo cantoneira de alma simples. Para validação
dos modelos são comparados os resultados numéricos com
dados experimentais. Analisa-se também a participação da
flexibilidade dos diversos componentes da conexão, tais
como: parafuso, placa de extremidade, mesa da coluna, na
resposta da conexão. / [en] Semi-rigid connections are now-a-days widely employed by
steel structures. Such
connections take better advantage of the overall structure
capabilities. In this work the
properties and classification of semi-rigid connections is
discussed. Additionally numerical
and analytical models for prediction of connection behavior
are presented.
A finite element based methodology for the numerical
evaluation of moment-rotation
relations and load carrying capacity of semi-rigid
connections is proposed. An important
feature of this model is a complete a three dimensional
geometrical description of the many
components of the connection, such as plates, column, beam,
bolts and nuts and the
interaction between them. The extension of beam and column
to be modeled is determined by
numerical calibration. Frictionless contact between the
connection components is considered
by a specific contact algorithm which ensures non-
penetration and permits separation of the
individual parts. In this work a solution strategy for the
contact problem based on the
establishment of a linear complementary problem is adopted.
The three dimensional modeling is carried out by a mesh of
hybrid hexahedral eight
node elements, which allow the use of relatively coarse
meshes. Effects such as the presence
of large deformations, yielding of components and pre-
stressing of bolts are present in the
model.
The proposed model is applied to the analysis of the
behavior of extended end-plate
connections and web cleat connections. The numerical
results are compared to experimental
data for model validation. One of the objectives of this
analysis is the evaluation of the
participation of each component on the overall flexibility
of the connection. / [es] El uso de ligaduras semirígidas en extructuras de acero ha experimentado un crescimiento importante en la
construcción metálica. Esta opción permite un mejor aprovechamiento de la capacidad de la extructura. En este
trabajo se presentan las características de las ligaduras semirígidas, su clasificación; y la evolución de los
modelos numéricos y analíticos del comportamiento de estas ligaduras. Se discute una metodología con base en
el método de los elementos finitos para evaluar numéricamente la relación momento-rotación de conexiones
viga-columna en extructuras de acero. La parte esencial de esta metodología es el modelo de la ligadura y sus
diversos componentes. Se propone un modelo completo en términos de geometría, capaz de representar la
interacción entre los diversos componentes de la conexión. Este modelo incluye la discretización de todos los
componentes de la conexión, siendo que la extensión de la viga y de la coluna a ser considerada en el modelo,
deberá ser elegida por calibración del mismo. Para considerar el contacto entre los componentes de la ligadura se
utiliza el algoritmo específico de contacto con base en la formulación de un problema lineal complementar. A fin de
representar con más fidelidad las características tridimensionales del problema, se adoptó un modelo
tridimensional con base en elementos finitos híbridos hexaédricos de ocho nodos, permitiendo el empleo de una
discretización relativamente grosera. Se incluyen en el modelo fenómenos como la presencia de grandes
deformaciones, plastificación de los componentes y la pretensión de los tornillos. Los modelos presentados se
emplean en el estudio del comportamiento de ligaduras tipo placa de extremidad extendida y tipo esquinero de
alma simple. Para evaluar los modelos se comparan los resultados numéricos con datos experimentales. También
se incluye un análisis de la participación en la respuesta de la conexión, de la flexibilidad de los diversos
componentes de la conexión, tales como: tornillo, placa de extremidad, mesa de la columna.
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