[pt] O crescimento dos problemas de vibrações excessivas em edificações oriundos de atividades humanas rítmicas tem conduzido à necessidade de desenvolvimento de critérios específicos para projetos estruturais submetidos à ação dessas cargas dinâmicas. Esta foi uma das motivações para o desenvolvimento de uma metodologia de análise para investigação da resposta dinâmica de sistemas estruturais de pisos mistos (aço-concreto). Objetiva-se verificar a influência da interação aço-concreto (interação total e parcial) e, bem como, das ligações estruturais (ligações viga-coluna e viga-viga), sobre a resposta dinâmica não linear de pisos mistos (aço-concreto). Deste modo, são utilizados três modelos de carregamento dinâmico representativos das atividades humanas rítmicas referentes a saltos à vontade e ginástica aeróbica. As cargas dinâmicas são obtidas por meio de testes experimentais e, também, com base em normas e recomendações internacionais de projeto. Com referência a interação aço-concreto, vários tipos de conectores (tipo stud e perfobond) são considerados ao longo da investigação. Mesmo sabendo-se que a análise de vibrações de pisos induzidas por atividades humanas tem sido alvo de inúmeras investigações ao longo dos últimos dois séculos (1828-2012), os autores desconhecem na literatura técnica um trabalho de pesquisa tão abrangente, no que diz respeito à análise dinâmica não linear de pisos mistos (aço-concreto) submetidos à ação de atividades humanas rítmicas, com base na consideração dos efeitos dos conectores (interação aço-concreto) e das ligações (viga-coluna e viga-viga). Diante do exposto, o quadro global investigado neste trabalho de pesquisa demonstra, claramente, um indicativo de que os critérios de projeto devem levar em conta o caráter dinâmico da excitação e, especialmente, a influência da interação aço-concreto e das ligações estruturais, no que tange a verificação dos estados limites de utilização (conforto humano), associados ao comportamento estrutural de pisos mistos de edificações. / [en] The increasing incidence of building vibration problems due to human activities led to a specific design criterion to be addressed in structural design. This was the main motivation for the development of a design methodology centred on the steel-concrete composite floors non-linear dynamic response submitted to loads due to human rhythmic activities. This way, the main objective of this work is to investigate the influence of steel-concrete interaction degree (from total to various levels of partial interaction) and the beam-to-column and beam-to-beam connections effect over the non-linear dynamic behaviour of composite floors. Thus, three dynamic loading models were utilized, in order to simulate human rhythmic activities such as jumping and aerobic gymnastics. The dynamic loads were obtained through experimental tests and based on international design codes and recommendations. Regarding the steel-concrete interaction degree, the stud and perfobond connectors are considered in this investigation. Even though this topic has been studied in the technical literature for nearly two centuries, the steel-concrete composite floors non-linear dynamic analysis submitted to human rhythmic activities has not yet been addressed so comprehensively, as far as the authors are concerned in this investigation, based on the consideration of the connectors (steel-concrete interaction degree) and connections (beam-to-column and beam-to-beam) effects. Considering all aspects mentioned before, the results have demonstrated that the design criteria should include the original nature of the dynamic excitation and, specially, the steel-concrete interaction degree and structural connections effects when the steel-concrete composite floors structural behaviour, related to the serviceability limit states (human comfort) are investigated.

[pt] Nos últimos tempos, vários pesquisadores têm desenvolvido formulações ou proposições geometricamente não-lineares para elementos finitos com a finalidade de se examinar o comportamento de pórticos com ligações semirígidas. Dentre estes trabalhos destaca-se o de Chan e Chui [6], que desenvolveram um elemento de barra híbrido com duas molas, com rigidez a rotação, condensadas nas suas extremidades. Implementado o elemento híbrido proposto por Chan e Chui [6] no solver FEMOOP [28] e testado, pode-se constatar que este elemento apresenta um comportamento inadequado na representação dos momentos fletores, quando submetido a cargas distribuídas. Esta constatação conduziu a implementação de um novo elemento, elemento de ligação, proposto neste trabalho, que se comportasse adequadamente em qualquer situação de carregamento. O uso deste elemento tornou possível modelar mais precisamente o comportamento da estrutura, sem a necessidade de qualquer tipo de discretização do carregamento. Além disso, este elemento de ligação também permite simular análises elasto-plásticas das ligações e até mesmo das barras da estrutura. Assim, este trabalho tem como principal objetivo validar, com base em investigações presentes na literatura, as formulações implementadas relativa à análise linear (elemento híbrido e elemento de ligação) e não-linear (elemento de ligação) de sistemas estruturais semi-rígidos, bem como as implementações computacionais realizadas para essa metodologia. Desta forma, foi desenvolvido um sistema, chamado FTOOL/SRC, que possibilita a geração de análises paramétricas que balizem o uso adequado de ligações semi- rígidas, de forma simples e compacta graças a uma interface gráfica eficiente e ao uso de um resolvedor externo FEMOOP [28]. / [en] Over the past few years various researchers have been developing geometrically non-linear finite elements formulations with the purpose of examining the behaviour of frames with semi-rigid connections. Among these works it is appropriate to mention Chan and Chui, [6], that developed a hybrid finite bar element containing two rotational springs condensed at its extremities. As this hybrid finite element, Chan and Chui [6] was implemented and tested in the solver FEMOOP, [28], it was verified that it presented an inadequate representation of bending moments, when distributed loads were used. This verification led the implementation of a rotational spring finite element that could tackle any loading conditions. The use of this element enables the users to accurate model the structural behaviour, without the need of any additional loading discretization. Additionally, this connection element also allows elasto-plastic simulation analyses of the connections, and even of the structures bars, to be performed. The main objective of the present investigation was to validate, based in updated literature investigations, the finite element formulations implemented. These procedures included linear (hybrid element and connection element) and non-linear (connection element) analysis of semi-rigid structural systems. The implementations were made by the development of a system, called FTOOL/SRC. This system enables parametric analyses of semi-rigid connections to be performed in a simple and compact form due to the use of an efficient graphic interface and a compact external solver FEMOOP [28].

[pt] Tradicionalmente, o projeto de pórticos em estruturas de aço assume que as ligações viga-coluna são rígidas ou flexíveis. As ligações rígidas, onde não ocorre nenhuma rotação entre os membros conectados, transferem não só momento fletor, mas também força cortante e força normal. Por outro lado, as ligações flexíveis são caracterizadas pela liberdade de rotação entre os membros conectados impedindo a transmissão de momento fletor. Desconsiderando- se estes fatos, sabe-se que a grande maioria das ligações não possuem este comportamento idealizado. De fato, a maioria das ligações transfere algum momento fletor com um nível de rotação associado. Estas ligações são chamadas semi-rígidas e seu dimensionamento deve ser executado de acordo com este comportamento estrutural real. Porém, algumas ligações viga-coluna estão sujeitas a uma combinação de momento fletor e esforço axial. O nível de esforço axial pode ser significativo, principalmente em ligações de pórticos metálicos com vigas inclinadas, em pórticos não-contraventados ou em pórticos com pavimentos incompletos. As normas atuais de dimensionamento de ligações estruturais em aço não consideram a presença de esforço axial (tração e/ou compressão) nas ligações. Uma limitação empírica de 5 por cento da resistência plástica da viga é a única condição imposta no Eurocode 3. O objetivo deste trabalho é descrever alguns resultados experimentais e numéricos para estender a filosofia do método das componentes para ligações com ações combinadas de momento fletor e esforço axial. Para se cumprir este objetivo, quinze ensaios foram realizados e um modelo mecânico é apresentado para ser usado na avaliação das propriedades da ligação: resistência à flexão, rigidez inicial e capacidade de rotação. / [en] Traditionally, the steel portal frame design assumes that beam-to-column joints are rigid or pinned. Rigid joints, where no relative rotations occur between the connected members, transfer not only substantial bending moments, but also shear and axial forces. On the other extreme, pinned joints, are characterised by almost free rotation movement between the connected elements that prevents the transmission of bending moments. Despite these facts, it is largely recognised that the great majority of joints does not exhibit such idealised behaviour. In fact, many joints transfer some bending moments associated with rotations. These joints are called semi-rigid, and their design should be performed according to their real structural behaviour. However, some steel beam-to-column joints are often subjected to a combination of bending and axial forces. The level of axial forces in the joint may be significant, typical of pitched-roof portal frames, sway frames or frames with incomplete floors. Current standard for steel joints do not take into account the presence of axial forces (tension and/or compression) in the joints. A single empirical limitation of 5 percent of the beam s plastic axial capacity is the only enforced provision in Annex J of Eurocode 3. The objective of the present work is to describe some experimental and numerical results to extend the philosophy of the component method to deal with the combined action of bending and axial forces. To fulfil this objective a set of sixteen specimens were performed and a mechanical model was developed to be used in the evaluation of the joint properties: bending moment resistance, initial stiffness and rotation capacity.