A crescente utilização do aço inoxidável como elemento estrutural despertou o interesse de clientes, arquitetos e engenheiros nos últimos anos. Apesar do custo ainda elevado, a sua aplicação na construção civil vem substituindo outros elementos estruturais. Seja por sua alta resistência à corrosão, aumentando a relação custo benefício; sua estética, proporcionando formas cada vez mais ousadas ou; seu apelo ambiental, gerando menos resíduos no meio ambiente. As subestações representam um papel importante no fornecimento de energia. Como possuem grande complexidade para manutenção, foi escolhida a estrutura suporte de seu barramento, para o dimensionamento em aço inoxidável. Desta forma, minimizando as paradas para realização de manutenções das estruturas, possibilitando maior qualidade no fornecimento de energia elétrica. Para fins comparativos foi escolhido o projeto de uma SE existente, cuja estrutura de suporte do barramento, foi construída por treliças formadas por cantoneiras de aço carbono galvanizado. Inicialmente, o dimensionamento foi desenvolvido utilizando perfis H e I funcionando como viga-coluna para os dois tipos de aço. Num segundo momento, a estrutura foi dimensionada como treliças planas. Todos os dimensionamentos foram realizados de acordo com as prescrições normativas do EUROCODE 3. Após realização dos dimensionamentos, foram apresentadas as análises comparativas dos custos envolvidos para os tipos de aço. Abordando o investimento inicial, os gastos com manutenção ao longo da vida e os custos elétricos agregados à redução das paradas para manutenção. / The increasing use of stainless steel as a structural element motivated, in recent years, the continuous interest of customers, architects and engineers. Despite its high cost, its application in construction have been replacing other structural elements. This is mainly due to its high corrosion resistance that increases its cost-effective ratio, its aesthetic that enables the construction of increasingly bold forms and its environmental appeal that generates less environmental waste. The electric power substations represent an important role in the global energy supply. Since its maintenance is a complex and costly process, one of its bus support structure was chosen to be designed in stainless steel. This strategy minimizes the number of stoppages for structural maintenance, enabling a higher quality power supply. For comparative purposes an existing power substation has been chosen where the bus supporting structure was made of galvanized carbon steel angle bar trusses. Initially, the design adopted I and H profiles functioning as beam-column for the two types of steel analyzed. In a second stage, the structure was designed as a plane truss. All designs were performed in accordance to the requirements of EUROCODE 3 standard. This was followed by comparative analyses of the costs involved for the studied steel types. These analyses involved the initial investment assessment properly contextualized with the posterior spending on maintenance and electrical costs of the stoppages and were set against the gains in reducing the downtime for maintenance of the stainless steel solution.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The main objective of this work is to analyze the behavior of guyed towers of different heights, subject to the following solicitations: wind loads, dead weight, and prestress of the stays. The study was done in order to better understand the influence of some static and dynamic parameters in these structures. Guyed towers are structures that are utilized in several applications, such as, for instance, transmission towers. Besides determining the best quantity, disposition, and inclination angle of the stays for these systems, it was verified the influence of different methods used to calculate wind loads in the following results: Von Mises stresses, forces on the stays, and the resulting displacement. The methods used were the ones mentioned in the Brazilian Standards NBR6123/1988, and in order to calculate the wind loads acting on the tower, algorithms in MATLAB® were implemented. The tower masts were designed using the admissible stress method. For the three-dimensional models in finite elements and their analysis, were elaborated APDLs (ANSYS Parametric Design Language) the structural systems, in such away to optimize the time spent on the modeling and to reduce possible source of uncertainty. The results analysis consists in evaluating the sensitivity of the design variables in terms of: Von Mises stresses, forces on the stays, and resulting displacements. Also, modal analyses were done to verify the influence of the support conditions on the base of the mast on the natural frequencies of the structure. The obtained results showed that the inclination angle of the stays with respect to the mast can be reduced, propitiating an area reduction occupied by the tower. It was also observed, that the resulting displacements of these structures are more sensitive to the studied parameters than the stresses and the forces on the stays. The studies done and the obtained results show a better understanding of the structural and the dynamic behaviors of this type of structure. / Este trabalho tem por objetivo analisar o comportamento de torres estaiadas de diferentes alturas. Estas estão sujeitas as solicitações de vento, peso próprio e pré-tensão nos estais. Foi feito um estudo com a finalidade de conhecer a influência de determinados parâmetros na resposta estática e dinâmica dessas estruturas. Torres estaiadas são estruturas utilizadas em diversas aplicações, como por exemplo, em torres de transmissão. Além, de determinar a quantidade, disposição e ângulo de inclinação ótimos dos estais para esses sistemas, verificouse ainda, a influência dos modelos de cálculo das solicitações de vento, sugeridos pela NBR 6123/1988, nas tensões de Von Mises, esforços nos estais e deslocamentos resultantes nas estruturas. Os mastros das torres foram dimensionados utilizando o método das tensões admissíveis. As solicitações advindas da atuação do vento nas torres foram obtidas através de algoritmos implementados em MATLAB®, utilizando os vários modelos de cálculo apresentados na norma brasileira. Para modelagem tridimensional em elementos finitos e realização das análises, foram elaboradas rotinas em linguagem APDLs (ANSYS Parametric Design Language) para os sistemas estruturais, de maneira a parametrizar os modelos e otimizar o tempo gasto na modelagem. Foi realizada uma análise para avaliar a sensibilidade de determinadas variáveis de projeto tais como, quantidade, posicionamento e ângulo de inclinação dos estais, em termos de tensões de Von Mises, esforços nos estais e deslocamentos resultantes. Ademais, foram realizadas análises modais para verificar a influência das condições de contorno da base do mastro sobre as freqüências naturais da estrutura. Os resultados obtidos mostraram que o ângulo de inclinação dos estais com relação ao mastro pode ser reduzido, propiciando uma redução da área ocupada pela torre. Observouse também, que os deslocamentos resultantes dessas estruturas são mais sensíveis aos parâmetros estudados do que as tensões e os esforços nos estais. Os estudos realizados e os resultados obtidos levam a uma melhor compreensão do comportamento estrutural e dinâmico desse tipo de estrutura. / Mestre em Engenharia Mecânica

A crescente utilização do aço inoxidável como elemento estrutural despertou o interesse de clientes, arquitetos e engenheiros nos últimos anos. Apesar do custo ainda elevado, a sua aplicação na construção civil vem substituindo outros elementos estruturais. Seja por sua alta resistência à corrosão, aumentando a relação custo benefício; sua estética, proporcionando formas cada vez mais ousadas ou; seu apelo ambiental, gerando menos resíduos no meio ambiente. As subestações representam um papel importante no fornecimento de energia. Como possuem grande complexidade para manutenção, foi escolhida a estrutura suporte de seu barramento, para o dimensionamento em aço inoxidável. Desta forma, minimizando as paradas para realização de manutenções das estruturas, possibilitando maior qualidade no fornecimento de energia elétrica. Para fins comparativos foi escolhido o projeto de uma SE existente, cuja estrutura de suporte do barramento, foi construída por treliças formadas por cantoneiras de aço carbono galvanizado. Inicialmente, o dimensionamento foi desenvolvido utilizando perfis H e I funcionando como viga-coluna para os dois tipos de aço. Num segundo momento, a estrutura foi dimensionada como treliças planas. Todos os dimensionamentos foram realizados de acordo com as prescrições normativas do EUROCODE 3. Após realização dos dimensionamentos, foram apresentadas as análises comparativas dos custos envolvidos para os tipos de aço. Abordando o investimento inicial, os gastos com manutenção ao longo da vida e os custos elétricos agregados à redução das paradas para manutenção. / The increasing use of stainless steel as a structural element motivated, in recent years, the continuous interest of customers, architects and engineers. Despite its high cost, its application in construction have been replacing other structural elements. This is mainly due to its high corrosion resistance that increases its cost-effective ratio, its aesthetic that enables the construction of increasingly bold forms and its environmental appeal that generates less environmental waste. The electric power substations represent an important role in the global energy supply. Since its maintenance is a complex and costly process, one of its bus support structure was chosen to be designed in stainless steel. This strategy minimizes the number of stoppages for structural maintenance, enabling a higher quality power supply. For comparative purposes an existing power substation has been chosen where the bus supporting structure was made of galvanized carbon steel angle bar trusses. Initially, the design adopted I and H profiles functioning as beam-column for the two types of steel analyzed. In a second stage, the structure was designed as a plane truss. All designs were performed in accordance to the requirements of EUROCODE 3 standard. This was followed by comparative analyses of the costs involved for the studied steel types. These analyses involved the initial investment assessment properly contextualized with the posterior spending on maintenance and electrical costs of the stoppages and were set against the gains in reducing the downtime for maintenance of the stainless steel solution.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pre-textuais Rodrigo Fernandes.pdf: 349523 bytes, checksum: 27a5e6d7df167303c662872391301d36 (MD5) Previous issue date: 2007-10-01 / This work contains a theoretical analysis of the behavior of plate girders. A plate girder has been calculated based on the criteria of the American standard Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design (AISC, 1994), and checked by the Brazilian standard NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (método dos estados limites) (ABNT, 1986), the revision project of the Brazilian standard Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios (ABNT, 2003), the revision project of the Brazilian standard Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (ABNT, 2007) and the European standard Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for buildings (CEN, 1992). PFEIL (1989) has calculated a plate girder by using the Brazilian standard NBR 8800/86. The calculated dimension have been checked by the mentioned standards. NARAYANAN (1992 apud OWENS, KNOWLES E DOWLING, 1992) has dimensioned a plate girder by using the British standard BS 5950: Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design in simple and continuous construction: hot rolled sections (BSI, 1990), which has also been checked by the mentioned standards. Furthermore, theoretical analyses related to the calculus of plate girders presented by many authors have been considered. The main goal is to assess the criteria utilized by the standards for the calculus of plate girders. From the obtained results, for the checked girders, by the standards and related theories, a comparative analysis among the utilized criteria by the standards has been made. The reached conclusion is that the Brazilian standard and its revision projects has identical criteria compared to the American standard for the calculus of plate girders. The European standard presents slightly different criteria compared to the American standard; however, both provide close results one compared to another. The theories utilized have also provided close results from those obtained by the standards. / Neste trabalho é feita uma análise teórica sobre o comportamento de vigas esbeltas. Uma viga esbelta foi dimensionada com base nos critérios da norma americana Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design (AISC, 1994), e depois verificada pela norma brasileira NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (método dos estados limites) (ABNT, 1986), pelo projeto de revisão da norma brasileira Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios (ABNT, 2003), pelo projeto de revisão da norma brasileira Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (ABNT, 2007) e pela norma européia Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for buildings (CEN, 1992). PFEIL (1989) dimensionou uma viga esbelta utilizando a norma brasileira NBR 8800/86. As dimensões calculadas foram verificadas pelas normas citadas. NARAYANAN (1992 apud OWENS, KNOWLES E DOWLING, 1992) dimensionou uma viga esbelta utilizando a norma britânica BS 5950: Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design in simple and continuous construction: hot rolled sections (BSI, 1990), a qual foi também verificada pelas normas citadas. Também foram consideradas análises teóricas relativas ao cálculo de vigas esbeltas apresentadas por diversos autores. O objetivo principal é avaliar os critérios utilizados pelas normas para o cálculo de vigas esbeltas. A partir dos resultados obtidos, para as vigas analisadas, pelas normas e pelas teorias existentes, foi feita uma análise comparativa entre os critérios utilizados pelas normas. A conclusão a que se pôde chegar é que a norma brasileira e seus projetos de revisão apresentam critérios idênticos aos da norma americana para o cálculo de vigas esbeltas. A norma européia apresenta critérios um pouco diferenciados dos critérios da norma americana, mas fornecem resultados aproximados entre si. As teorias utilizadas também forneceram resultados aproximados dos resultados obtidos pelas normas.

O presente trabalho apresenta uma análise numérica do desempenho térmico de painéis construídos utilizando o sistema light steel framing (LSF) submetido a ação térmica decorrente de um incêndio. O objeto de estudo foram painéis utilizados na construção de duas casas modelo localizadas na Universidade Tecnológica Federal do Paraná campus Curitiba, construídas com materiais disponíveis comercialmente no Brasil e as análises utilizaram propriedades disponibilizadas pelos fabricantes e pela norma brasileira. A análise numérica foi realizada no software ANSYS, com base no método dos elementos finitos em análise térmica transiente. O modelo foi validado com base em comparação com análises experimentais pesquisadas na literatura. Quatro painéis obtidos das casas modelo foram analisados. Os painéis que utilizaram lã de PET para preenchimento da cavidade foram também analisados com preenchimento de lã de vidro. Um painel simples, com a cavidade preenchida por ar foi analisado para ser usado como referência. Por fim, com a utilização de coeficientes de redução da resistência ao escoamento propostos pela ABNT NBR 14323:2001, determinou-se a redução da resistência do aço do perfil de acordo com o tempo de exposição ao incendio e o tempo de resistência ao fogo dos perfis. Com base nos resultados obtidos é possível afirmar que mesmo para os paneis com pior desempenho, a proteção obtida pode ser suficiente, a depender do carregamento aplicado ao montante e do Tempo requerido de resistência ao fogo necessário. O presente trabalho apresenta informação relevante sobre o desempenho térmico em situação de incêndio do sistema LSF constituído com materiais brasileiros. / The thermal performance of light steel framing (LSF) panels was the objective of this study. The study subject was panels used in the construction of two model houses located at Federal Technology University – Parana, built with materials commercially available in Brazil. The analysis was set with material properties from the manufacturer and in compliance with the Brazilian regulation, using the finite element method for a transient thermal analysis. The model validation was based on experimental tests available in the literature. Based on the validated model, the four panels have been analyzed. Two of the panels used PET wool in the cavity for insulation and the analysis was repeated with them replacing it for glass wool. A panel with no insulation was also analyzed to be used as reference. Based on the analysis results and the resistance reduction coefficients proposed by ABNT NBR 14323:2001, the resistance decrease of the studs due to the fire exposure and the panels resistance to fire were determined. Based on the obtained results, it can be affirmed that, depending on the applied load and the required Equivalent time of fire exposure, even the less protective configuration of the panels presented can be viable. The current study presented relevant information about the performance of LSF manufactured in Brazil when exposed to fire.