Técnicas e dispositivos para controlar vibrações em estruturas vêm sendo desenvolvidos e aprimorados para garantir segurança a estruturas sujeitas a carregamentos dinâmicos de grande magnitude, como o caso de tufões e terremotos. Neste sentido, o controle passivo de vibrações por meio de amortecedores de massa sintonizados, TMDs (Tuned Mass Dampers), é utilizado com muita eficiência no controle de vibrações induzidas por carregamentos externos de baixas frequências, como ventos. Porém, terremotos possuem um amplo espectro de frequências e por isso não há um acordo sobre a eficácia dos TMDs ao mitigar vibrações induzidas por sismos. Neste trabalho, estudou-se a sensibilidade dos parâmetros de frequência de sintonização e razão de massa dos TMDs que influenciam seu desempenho para controlar vibrações em edifícios sob carregamentos de terremotos. Para isso utilizou-se um modelo mais preciso em elementos finitos de pórtico plano não linear geométricos para obtenção do comportamento estrutural de um edifício de 20 pavimentos. Na simulação dos terremotos, desenvolveu-se um código para geração de processos estocásticos totalmente não estacionários e espectro-compatíveis, simulados para três diferentes configurações de solo. Descobriu-se que TMDs sintonizados para altas frequências têm melhor desempenho na minimização de deslocamentos e frequências de oscilação da estrutura. Esta conclusão é contrastante com o que se encontra na literatura, de que dispositivos sintonizados para a primeira frequências natural da estrutura são mais eficientes. Também se observou que TMDs com altas razões de massa (i.e. maiores que 10%) têm melhor performance. O melhor desempenho dos TMDs foi observado em dispositivos com altas razões de massa e moderadas a altas frequências de sintonização. Este trabalho mostra que o desempenho de sistemas de controle de vibrações passivos como TMDs depende do tipo de solo, do projeto dos dispositivos, da correta avaliação da resposta estrutural e da adequada representação do fenômeno que excita a estrutura. / Techniques and devices for vibration control have been developed to ensure safety of structures subjected to relevant dinamic loads, as hurricanes and earthquakes. In this way, the passive control with TMDs (Tuned Mass Dampers) has been used with efficiency to suppress vibrations in structures subjected to low-frequency wind loads, for instance. However, for earthquakes that have a broad-banded frequency contend, there is no general agreement about the performance of TMDs. In this thesis, the sensitivity of TMD parameters that influence the performance of the devices is evaluated. An accutare non-linear plane frame finite element (FE) formulation is employed to estimate the structural behaviour of a 20-storey building under earthquake loads. For the representation of earthquakes, a code was developed for the generation of fully non-stationary spectrum-compatible stochastic process, for three types of soil. It was found that TMDs tuned to higher frequencies perform better at minimizing displacements and vibration frequencies, in contrast to what is commonly believed (e.g., that devices tuned to the building\'s fundamental natural frequency present ideal performance). Further, a compounding effect is also observed, with the best performance being obtained by TMDs of large mass tuned to moderate to high frequencies. The thesis shows that the performance of passive systems like TMDs depend on the type os soil, the design of the absorbers, the correct evaluation of structural behaviour and the right representation of the phenomenon that excitates the structure.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:05:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diogo Folador Rossi.pdf: 4782694 bytes, checksum: c76f1cce52a07536be399c535f2db153 (MD5) Previous issue date: 2013-03-22 / Esse trabalho apresenta o uso de métodos de adaptação automática dos incrementos de tempo utilizados na integração numérica passo-a-passo das análises dinâmicas de sistemas estruturais, no domínio do tempo, em estruturas de um e de múltiplos graus de liberdade. Buscou-se comparar as performances das diferentes estratégias adaptativas estudadas. Inicialmente, foi feita uma revisão dos principais processos adotados na solução numérica das equações de equilíbrio dinâmico de sistemas de um grau de liberdade, se concentrando na família de métodos de Newmark, discutindo seus mais amplos aspectos. Posteriormente foi tratado o problema de estruturas de múltiplos graus de liberdade, descrevendo a formação das matrizes estruturais envolvidas através do conceito do método dos elementos finitos e da análise matricial de estruturas, considerando o amortecimento estrutural do tipo viscoso e proporcional, e generalizando os processos de solução numérica das equações dinâmicas. Em seguida foi descrito o escopo de um programa computacional que aplicasse a teoria desenvolvida em análise de estruturas de pórticos planos, o qual foi construído no ambiente de programação do software Matlab. As estratégias de adaptação do incremento de tempo são analisadas na sequência, escolhendo-se três algoritmos principais a serem abordados na implementação, dentre os vários disponíveis, por se basearem em conceitos distintos uns dos outros. Por fim, são apresentados exemplos numéricos resolvidos, onde se comparam as performances das diferentes estratégias adaptativas e se propõem melhorias e diretrizes de aplicação das mesmas / This work presents methods of automatic adaptive time increment used in numerical step-by-step integration analyses of structural systems, in time domain, for single and multi-degree-of-freedom structures. The main purpose was to compare the different strategies performances. Initially, the major processes formulations adopted in the numerical solution of dynamic equilibrium equations were shown for single-degree-of-freedom systems, focusing on the Newmark family of integration methods, discussing about its various aspects. Later, the problem of multi-degree-of-freedom systems was discussed, by describing the structural matrix formulations, considering viscous and proportional structural damping, and generalizing the numerical solution of dynamic equations. Then, it is described a computational program that apply the developed theory on plane frame structures analysis, which was built in the programing software Matlab. The adaptive strategies of time increment are then analyzed, having three major algorithms been chosen to be addressed in the implementation, among the various others available, because they are based on three different concepts. Finally, several numerical examples are presented, on which the performances of the different adaptive strategies are compared, and improvements and guidelines for application are suggested

A produção de petróleo e gás em campos brasileiros é cada vez mais proveniente de regiões com águas profundas e situadas longe da costa, chegando a distâncias de mais de 100 km, como, por exemplo, na Bacia de Campos ou de Santos. Devido à falta de infra-estrutura e às características do petróleo desses campos, a cadeia de abastecimento e o sistema de exportação da produção possuem grande importância para a indústria offshore. Uma maneira usual para a exportação da produção é através de dutos submarinos, onde o óleo e/ou a gás flui das plataformas diretamente para o continente. Com esta infra-estrutura é possível a utilização de sistemas de produção sem capacidade de armazenamento e, conseqüentemente, torna-se desnecessário o uso de navios para o alívio da produção. No entanto, devido à qualidade do óleo e às distâncias entre os poços e a costa em alguns campos brasileiros, a utilização dos oleodutos mostra-se uma solução pouco viável. Por este motivo, é bastante comum o uso de FPSOs ou semi-submersíveis conectadas a sistemas auxiliares, como o FSO (Floating Storage and Offloading). Nas plataformas, outra característica importante e desejada é tornar viável o uso de um sistema de completação seca (árvore de Natal acima da linha dágua) com o objetivo de diminuir, significativamente, os custos operacionais envolvidos. Esse tipo de completação é utilizado, com excelência, por unidade do tipo TLWP ou Spar, devido ao baixo nível dos movimentos e acelerações observadas nestas plataformas. Entretanto, as condições ambientais severas amplificam as dificuldades para encontrar um sistema com grande capacidade de armazenamento e que permita o uso de completação seca. Neste contexto, pesquisadores e engenheiros estão sendo obrigados a desenvolver novos conceitos capazes de atender a essa demanda. Desta forma, uma nova solução, considerando um FPSO e uma TLWP operando a uma curta distância e trabalhando de forma acoplada com a conexão garantida por cabos sintéticos vem sendo estudada. Essencialmente, o grande atrativo deste conceito é o fato de que toda a produção e o armazenamento são concentrados no FPSO e a TLWP é responsável pela perfuração e extração dos hidrocarbonetos através de risers verticais. Assim o sistema trabalhando de forma conjunta possui capacidade de armazenamento e permite o uso da completação seca. Nesta dissertação, foi realizado um estudo sobre a evolução deste novo conceito, dividido em três fases. A primeira focada no dimensionamento do sistema de conexão e ancoragem das unidades e em uma investigação da interação hidrodinâmica entre as unidades de forma a mostrar a viabilidade do sistema. A segunda fase, focada na validação dos resultados por meio da comparação com os testes realizados no modelo em escala do NMRI (National Maritime Research Institute - Japão). Finalmente, a terceira fase, com foco no redimensionamento do sistema de amarração e no sistema de conexão, com base nos resultados obtidos na segunda fase. / The oil and gas production in Brazilian fields are commonly found in deep water and situated far away from the coast, reaching distances of more than 100 km as, for example, in the Campos Basin or Santos Basin. Due to the heavy oil and lack of pipeline infrastructure found in these fields, not only subsea equipments that must support high pressure but also logistics problems such as supply chain and production exportation system play an important role for the offshore industry. A usual way to export the production is to concentrate it in hubs of submarine pipelines which flows the oil or gas from the platforms to the continent. This infrastructure makes possible the use of no storage production systems and, consequently, releases the use of the shuttle tanks employment. However, due to the quality of the oil and the distances between the wells and the coast, some Brazilian fields do not allow the use of the pipelines to export their production. For this reason, is quite common to use FPSO and semi-submersible aided by auxiliary systems such as the FSO (Floating Storage and Offloading) units. Another important and desired characteristic of production platforms is to make it feasible to install a dry Christmas tree system aiming to decrease, significantly, operational costs involved. This feature is performed, with excellence, by TLWP and Spar units due to the low level of motions and accelerations observed in these platforms. Harsh environmental conditions can bring difficulties to find a solution of a system with both storage and dry tree system capability. In this context, researchers and engineers are being forced to develop new technological systems capable to support this demand. In this way, a new solution considering a FPSO and a TLWP coupled in a short distance by synthetic ropes has being studied. Essentially, the attractive feature of this concept is the fact that the production is performed by the FPSO whereas the TLWP is responsible to support the risers and drilling facilities turning the system coupled, equipped with a dry Christmas tree and with the possibility to storage the production. By now, the concept evolution has been divided in three phases. The first phase concerned about an advanced research focusing on the connection and mooring system development and the hydrodynamic interaction between the units and having in mind the verification of the concept feasibility. The second phase, concerned about the results validation by a comparison with scale model tests performed in the NMRI (National Maritime Research Institute Japan). Finally, the third phase, has the focus in the mooring and connection system resizing based on the results obtained on second phase.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Passarelas de pedestres mistas (aço-concreto) e de aço são frequentemente submetidas a ações dinâmicas de magnitude variável, devido à travessia de pedestres sobre a laje de concreto. Estas ações dinâmicas podem produzir vibrações excessivas e dependendo de sua magnitude e intensidade, estes efeitos adversos podem comprometer a confiabilidade e a resposta do sistema estrutural e, também, podem levar a uma redução da expectativa de vida útil da passarela. Por outro lado, a experiência e o conhecimento dos engenheiros estruturais em conjunto com o uso de novos materiais e tecnologias construtivas têm produzido projetos de passarelas mistas (aço-concreto) bastante arrojados. Uma consequência direta desta tendência de projeto é um aumento considerável das vibrações estruturais. Com base neste cenário, esta dissertação visa investigar o comportamento dinâmico de três passarelas de pedestres mistas (aço-concreto) localizadas no Rio de Janeiro, submetidas ao caminhar humano. Estes sistemas estruturais são constituídos por uma estrutura principal de aço e laje em concreto e são destinados à travessia de pedestres. Deste modo, foram desenvolvidos modelos numérico-computacionais, adotando-se as técnicas tradicionais de refinamento presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no uso do software ANSYS. Estes modelos numéricos permitiram uma completa avaliação dinâmica das passarelas investigadas, especialmente em termos de conforto humano. As respostas dinâmicas foram obtidas em termos de acelerações de pico e comparadas com valores limites propostas por diversos autores e normas de projeto. Os valores de aceleração de pico e aceleração rms encontrados na presente investigação indicaram que as passarelas analisadas apresentaram problemas relacionados com o conforto humano. Assim sendo, considerando-se que foi detectado que estas estruturas poderiam atingir níveis elevados de vibração que possam vir a comprometer o conforto dos usuários, foi verificado que uma estratégia para o controle estrutural era necessária, a fim de reduzir as vibrações excessivas nas passarelas. Finalmente, uma investigação foi realizada com base em alternativas de controle estrutural objetivando atenuar vibrações excessivas, a partir do emprego de sistemas de atenuadores dinâmicos sintonizados (ADS). / Steel and steel-concrete composite pedestrian footbridges are frequently subjected to dynamic actions with variable magnitudes due to the pedestrian crossing on the concrete deck. These dynamic actions can produce excessive vibrations and depending on their magnitude and intensity, these adverse effects can compromise the structural systems response and its reliability and may also lead to a reduction of the expected footbridge service life. The structural engineers experience and knowledge together with the use of newly developed materials and technologies have produced steel-concrete composite daring footbridges. A direct consequence of this design trend is a considerable increase of structural vibrations. Based on this scenario, this dissertation aims to investigate the dynamic behaviour of three steel-concrete composite pedestrian footbridge submitted to human walking vibration, located at Rio de Janeiro. These structural systems are composed by steel structure and a concrete slab and are destined for pedestrian crossing. Computational models were developed adopting the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations using ANSYS software. These numerical models have enabled a complete dynamic evaluation of the investigated footbridges especially in terms of human comfort and its associated vibration serviceability limit states. The dynamic responses were obtained in terms of peak accelerations and were compared to the limiting values proposed by authors and design standards. The peak acceleration values found in the present investigation indicated that the analysed footbridges have presented problems related to human comfort. Considering that it was detected that these structures could reach high vibration levels that might compromise the footbridge users comfort, it was proposed a structural control system in order to reduce the excessive vibrations. Thus, an investigation was performed based on some structural control alternatives for attenuating excessive vibrations using tuned mass damper (TMD) systems.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Nesta dissertação são avaliados os efeitos dinâmicos provenientes da travessia de comboios de veículos sobre o tabuleiro irregular de obras de arte rodoviárias de concreto armado. O modelo matemático empregado para simular o comportamento do sistema veículo-ponte considera a participação da massa e da rigidez das viaturas na definição das freqüências do sistema e, conseqüentemente, a força de interação entre os veículos e a ponte é afetada pela flexibilidade desta. A ponte é modelada a partir do emprego de elementos finitos de barra unidimensionais e discretizado com massas concentradas e flexibilidade distribuída. O modelo de veículo empregado baseia-se no veículo TB-12 preconizado pela norma brasileira NBR 7188. Este veículo é simulado por sistemas de massas, molas e amortecedores sendo descrito por graus de liberdade à translação e rotação no plano. As irregularidades da pista são definidas por um modelo não-determinístico com base na densidade espectral do pavimento. O carregamento sobre a ponte é constituído por sucessões de veículos deslocando-se com velocidade constante sobre a obra. Devido à própria natureza das irregularidades da pista e do comboio de veículos, atenção especial é concentrada na fase permanente da resposta do sistema. São estudadas as respostas de dois modelos estruturais existentes, com base em tabuleiros isostáticos, em concreto armado, com e sem balanços, em seção do tipo T e duplo T, respectivamente, em termos de deslocamentos e esforços nas seções onde ocorrem os efeitos máximos. As conclusões do trabalho versam sobre a influência da velocidade, espaçamento e do número de veículos, referentes a situações distintas de carregamento, no que tange a resposta dinâmica das pontes rodoviárias de concreto armado. A magnitude dos efeitos dinâmicos associados à interação dos veículos com o pavimento irregular também é investigada. / In this investigation the dynamic effects induced by the vehicles crossing on the irregular pavement surfaces of reinforced concrete highway bridge decks were evaluated. The mathematical model considered the participation of the mass and stiffness of the vehicles in the definition of the system natural frequencies. The vehicle-bridge mathematical model includes the interaction between the vehicles and bridge dynamical properties. The bridge deck was modelled using beam finite elements with concentrated masses and distributed stiffness. The vehicle model was based on the Brazilian code NBR 7188 standard vehicle TB-12. This vehicle was simulated as mass-spring-damper system and the degrees of freedom of these cars are defined as in plane vertical translations and rotations. The deck surface roughness was defined by a non-deterministic model based on the spectral density of the pavement. The moving load is formed by an infinite succession of vehicles equally spaced and with constant velocity. Only the steady-state response was considered. The dynamic response of two existing structural models corresponding to reinforced concrete highway bridge decks was investigated in terms of displacements and efforts. The conclusions have shown the influence of the velocity, spacing and number of vehicles on the bridges dynamic response. The magnitude of the response amplification due to the surface irregularities was investigated.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas à ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas nem sempre são corretamente consideradas pelos projetistas. Deste modo, a correta consideração destes aspectos mostra-se de fundamental importância, de forma a se avaliar os esforços dinâmicos oriundos do tráfego de veículos sobre o tabuleiro. De acordo com este contexto, a ponte rodoviária investigada nesta dissertação é constituída por duas vigas longitudinais, três transversinas, sendo uma central e duas sobre os apoios, e por um tabuleiro em concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Os veículos são representados a partir de sistemas do tipo "massa-mola-amortecedor". O tráfego destes veículos é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As técnicas para a contagem de ciclos de tensões e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas e recomendações internacionais vigentes que versam sobre o tema. As conclusões deste trabalho de pesquisa se referem à análise da resposta dinâmica bem como da vida útil de serviço da obra de arte rodoviária de concreto armado investigada, quando submetida às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. / Reinforced concrete highway bridges are subjected to dynamic actions of variable magnitude due to vehicles crossing on the deck pavement. In general, these dynamic actions are not properly considered by the designers. The proper consideration of these aspects has shown to be of fundamental importance to assess the actions from the vehicles traffic on the bridge deck. According to this context the investigated bridge consists of two longitudinal beams (girders), three transverse beams, one central and two on the supports, and a reinforced concrete deck. The computational model, developed for the bridge dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations. The vehicles were simulated by spring-mass-damper models. The vehicles traffic is considered based on semi infinity convoys moving with constant speed on the bridge deck. The stress cycles counting techniques and the cumulative damage rules were applied through S-N curves related to international codes. The conclusions of this research were related to the dynamic response as well the service life of the investigated highway reinforced concrete bridge, when subjected to dynamic actions from the heavy vehicles traffic on the deck pavement surface.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Atualmente, as novas tendências arquitetônicas e as exigências de mercado, vêm conduzindo a engenharia estrutural na busca por soluções cada vez mais arrojadas, as quais exigem grande experiência e conhecimento dos projetistas estruturais aliados a utilização de novos materiais e tecnologias. Esta filosofia de concepção estrutural está inserida em uma das mais importantes tendências de projeto dos últimos anos, ou seja: a busca por sistemas estruturais de rápida execução, dotados de peças de menor peso próprio e que possam vencer grandes vãos com um mínimo de elementos verticais, permitindo assim uma maior flexibilidade na adequação de ambientes. Por outro lado, esta filosofia de projeto tem conduzido a elementos estruturais cada vez mais esbeltos e com freqüências naturais cada vez mais baixas e, por conseguinte, mais próximas das faixas de freqüência das excitações dinâmicas associadas às atividades humanas, tais como: andar, correr, pular, etc. Devido as razões expostas no parágrafo anterior, os sistemas estruturais de engenharia tornaram-se bastante vulneráveis aos efeitos de vibrações induzidas por pequenos impactos como é o caso do caminhar de pessoas sobre pisos, resultando em desconforto para as pessoas. Deve-se destacar, ainda, que tais considerações de projeto têm atendido aos estados limites últimos. Todavia, os estados limites de utilização desses sistemas estruturais precisam ser analisados, sem sombra de dúvida, de maneira mais criteriosa. Deste modo, no sentido de contribuir para fornecer subsídios aos engenheiros estruturais, no que tange a análise dinâmica de estruturas submetidas a excitações induzidas pelos seres humanos, são desenvolvidos diversos modelos de carregamento representativos do caminhar das pessoas. A variação espacial e temporal da carga dinâmica é considerada ao longo da análise e, bem como, o efeito transiente do impacto do calcanhar humano nos pisos é levado em conta. Assim sendo, são considerados nesta dissertação diversos modelos estruturais associados a pisos mistos (aço-concreto). Técnicas usuais de discretização, com base no emprego do Método dos Elementos Finitos (MEF), via utilização do programa computacional Ansys, são consideradas neste estudo. Uma análise extensa acerca da resposta dinâmica dos pisos é feita, mediante o emprego dos modelos de carregamento desenvolvidos, principalmente, em termos dos valores das acelerações. Na seqüência, os resultados encontrados são comparados com aqueles fornecidos pela literatura técnica disponível sobre o assunto sob o ponto de vista associado ao conforto humano. Investiga-se, também, a influencia da variação de parâmetros estruturais sobre a resposta dinâmica dos modelos, tais como: comprimento vão, taxa de amortecimento, espessura das lajes e, ainda, rigidez das ligações viga coluna. Os resultados obtidos ao longo do estudo indicam, claramente, que os projetistas estruturais devem ser alertados para distorções importantes que ocorrem quando as normas de projeto são utilizadas sem o devido cuidado. Um outro importante diz respeito ao fato de que em diversos pisos analisados observa-se que os critérios de conforto humano não são satisfeitos, demonstrando a importância da consideração dos efeitos dinâmicos provenientes dos seres humanos na análise desse tipo de problema. / Nowadays, the new architectural tendency and the market requirements, are leading structural engineering in the search for bolder solutions, which demands great experience and knowledge of the structural designers associated to the use of new materials and technologies. This philosophy of structural conception is inserted in one of the most important trends of project of the last years that means: the search for structural systems of fast execution, endowed with parts of lower weight and that can be successfully large with a minimum of vertical elements, thus allowing a higher flexibility in the ambients adequacy. On the other hand, this project philosophy has lead to structural elements more and more slender and with natural frequencies much and much lower and, therefore, closer to the frequency of the dynamic excitation associated to the human beings activities, such as: walking, running, jumping, etc. Due to the reasons described in the previous paragraph, the structural engineering systems became sufficiently vulnerable to the effects of vibrations induced by small impacts as it is the case of walking of people on floors, resulting in discomfort to the people. It must be highlighted, also, that such project considerations have fulfilled the required limit states. However, the limit states of use for these structural systems need to be analysed, with no doubt, in a more sensible way. In this way, willing to contribute to supply subsidies to the structural engineers, in the dynamic analysis of structures subject to excitation induced by human beings, several loads models are developed to represent the act of walking. The space and time variation of the dynamic load is considered through the analysis and the transient effect of the impact of the human heel on the floor is taken into consideration, as well. In this way, It is considered in this dissertation, several structural models associated to composite floors (steel-concrete). In this study, it was considered the usual techniques of discretization, based on the Finite Element Method (FEM) using the computer program Ansys. An extensive analysis concerning the dynamic response of the floors is made, by means of the application of the developed load models, mainly, in terms of the values of the accelerations. The results obtained are compared to those supplied by the techinical literature available about the subject with the point of view associated to the human comfort. It is also investigated, the influence of the structural parameter variation on the dynamic response of the models, such as: span length, damping ratio, thickness of the slab and, also, rigidity of the beam columns. The results obtained along the study clearly indicate that the structural designers must be alerted to important distortions that may occur when the project rules are used without the necessary caution. Another important remark is regarded to the fact that in several analysed floors it is observed that the criteria of human comfort are not satisfied which demonstrate the importance of the consideration of the dynamic effect caused by human beings in the analysis of this type of problem.

Considerando-se as exigências impostas por projetos arquitetônicos cada vez mais arrojados as passarelas de pedestres têm sido comumente projetadas cada vez mais leves e com grandes vão livres. Este procedimento tem gerado sistemas estruturais bastante esbeltos e os estados limites últimos e de utilização que norteiam o dimensionamento tem sido modificados. Uma outra conseqüência desta tendência de projeto diz respeito a um aumento considerável dos problemas referentes à vibração. No caso particular de passarelas, este fenômeno ocorre quando a freqüência fundamental da estrutura é igual ou se aproxima da freqüência do passo do pedestre. Atividades como caminhar, correr ou pular produzem excitações dinâmicas. Essas forças dinâmicas, em determinados casos, podem vir a produzir níveis de vibração elevados e, por conseguinte, perturbar ou até mesmo alarmar as pessoas que estiverem utilizando a estrutura. Como o propósito primário das passarelas é o transporte de pedestres, as mesmas precisam estar seguras e apresentar um comportamento que não ofereça desconforto aos usuários. Tendo em mente todos esses aspectos, o desenvolvimento desta dissertação tem como objetivos o estudo da influência da modelagem do carregamento dinâmico, proveniente dos pedestres, impacto do calcanhar humano e, bem como, do amortecimento estrutural sobre a resposta dinâmica de passarelas mistas (aço-concreto). Para tal, um modelo mais realista que incorpora as ações dinâmicas induzidas pelos pedestres, de modo a considerar o impacto transiente do calcanhar dos mesmos será objeto de estudo na presente investigação. Neste modelo de carregamento, o movimento de pernas que causa a subida e descida da massa efetiva do corpo em cada passo foi considerado e a posição do carregamento dinâmico foi alterada de acordo com a posição do individuo, assim a função de tempo, correspondente a excitação induzida pela caminhada, teve uma variação espacial e temporal.O modelo estrutural utilizado baseia-se no projeto de diversas passarelas mistas (aço-concreto). A resposta dinâmica das passarelas, em termos das acelerações verticais de pico e rms (root mean square), é obtida e comparada com os valores limites propostos por normas de projeto, objetivando a verificação do conforto humano. Com base nos resultados alcançados nesta dissertação foi possível demonstrar a importância dos parâmetros investigados (modelagem da carga dinâmica, efeito do calcanhar humano e amortecimento estrutural) e como estes influenciam substancialmente na avaliação da resposta dinâmica das passarelas. Os resultados obtidos ao longo do estudo indicam, claramente, que os projetistas estruturais devem ser alertados para distorções importantes que ocorrem quando os efeitos dinâmicos são desprezados na análise deste tipo de estrutura. Os valores máximos de acelerações encontrados violam os critérios de conforto humano quando comparados com aqueles previstos em diversas recomendações de projeto. Portanto, verifica-se que as passarelas de pedestres podem atingir níveis de vibração elevados os quais podem comprometer o conforto humano e a segurança dos usuários da obra.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Passarelas de pedestres mistas (aço-concreto) e de aço são frequentemente submetidas a ações dinâmicas de magnitude variável, devido à travessia de pedestres sobre a laje de concreto. Estas ações dinâmicas podem produzir vibrações excessivas e dependendo de sua magnitude e intensidade, estes efeitos adversos podem comprometer a confiabilidade e a resposta do sistema estrutural e, também, podem levar a uma redução da expectativa de vida útil da passarela. Por outro lado, a experiência e o conhecimento dos engenheiros estruturais em conjunto com o uso de novos materiais e tecnologias construtivas têm produzido projetos de passarelas mistas (aço-concreto) bastante arrojados. Uma consequência direta desta tendência de projeto é um aumento considerável das vibrações estruturais. Com base neste cenário, esta dissertação visa investigar o comportamento dinâmico de três passarelas de pedestres mistas (aço-concreto) localizadas no Rio de Janeiro, submetidas ao caminhar humano. Estes sistemas estruturais são constituídos por uma estrutura principal de aço e laje em concreto e são destinados à travessia de pedestres. Deste modo, foram desenvolvidos modelos numérico-computacionais, adotando-se as técnicas tradicionais de refinamento presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no uso do software ANSYS. Estes modelos numéricos permitiram uma completa avaliação dinâmica das passarelas investigadas, especialmente em termos de conforto humano. As respostas dinâmicas foram obtidas em termos de acelerações de pico e comparadas com valores limites propostas por diversos autores e normas de projeto. Os valores de aceleração de pico e aceleração rms encontrados na presente investigação indicaram que as passarelas analisadas apresentaram problemas relacionados com o conforto humano. Assim sendo, considerando-se que foi detectado que estas estruturas poderiam atingir níveis elevados de vibração que possam vir a comprometer o conforto dos usuários, foi verificado que uma estratégia para o controle estrutural era necessária, a fim de reduzir as vibrações excessivas nas passarelas. Finalmente, uma investigação foi realizada com base em alternativas de controle estrutural objetivando atenuar vibrações excessivas, a partir do emprego de sistemas de atenuadores dinâmicos sintonizados (ADS). / Steel and steel-concrete composite pedestrian footbridges are frequently subjected to dynamic actions with variable magnitudes due to the pedestrian crossing on the concrete deck. These dynamic actions can produce excessive vibrations and depending on their magnitude and intensity, these adverse effects can compromise the structural systems response and its reliability and may also lead to a reduction of the expected footbridge service life. The structural engineers experience and knowledge together with the use of newly developed materials and technologies have produced steel-concrete composite daring footbridges. A direct consequence of this design trend is a considerable increase of structural vibrations. Based on this scenario, this dissertation aims to investigate the dynamic behaviour of three steel-concrete composite pedestrian footbridge submitted to human walking vibration, located at Rio de Janeiro. These structural systems are composed by steel structure and a concrete slab and are destined for pedestrian crossing. Computational models were developed adopting the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations using ANSYS software. These numerical models have enabled a complete dynamic evaluation of the investigated footbridges especially in terms of human comfort and its associated vibration serviceability limit states. The dynamic responses were obtained in terms of peak accelerations and were compared to the limiting values proposed by authors and design standards. The peak acceleration values found in the present investigation indicated that the analysed footbridges have presented problems related to human comfort. Considering that it was detected that these structures could reach high vibration levels that might compromise the footbridge users comfort, it was proposed a structural control system in order to reduce the excessive vibrations. Thus, an investigation was performed based on some structural control alternatives for attenuating excessive vibrations using tuned mass damper (TMD) systems.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Nesta dissertação são avaliados os efeitos dinâmicos provenientes da travessia de comboios de veículos sobre o tabuleiro irregular de obras de arte rodoviárias de concreto armado. O modelo matemático empregado para simular o comportamento do sistema veículo-ponte considera a participação da massa e da rigidez das viaturas na definição das freqüências do sistema e, conseqüentemente, a força de interação entre os veículos e a ponte é afetada pela flexibilidade desta. A ponte é modelada a partir do emprego de elementos finitos de barra unidimensionais e discretizado com massas concentradas e flexibilidade distribuída. O modelo de veículo empregado baseia-se no veículo TB-12 preconizado pela norma brasileira NBR 7188. Este veículo é simulado por sistemas de massas, molas e amortecedores sendo descrito por graus de liberdade à translação e rotação no plano. As irregularidades da pista são definidas por um modelo não-determinístico com base na densidade espectral do pavimento. O carregamento sobre a ponte é constituído por sucessões de veículos deslocando-se com velocidade constante sobre a obra. Devido à própria natureza das irregularidades da pista e do comboio de veículos, atenção especial é concentrada na fase permanente da resposta do sistema. São estudadas as respostas de dois modelos estruturais existentes, com base em tabuleiros isostáticos, em concreto armado, com e sem balanços, em seção do tipo T e duplo T, respectivamente, em termos de deslocamentos e esforços nas seções onde ocorrem os efeitos máximos. As conclusões do trabalho versam sobre a influência da velocidade, espaçamento e do número de veículos, referentes a situações distintas de carregamento, no que tange a resposta dinâmica das pontes rodoviárias de concreto armado. A magnitude dos efeitos dinâmicos associados à interação dos veículos com o pavimento irregular também é investigada. / In this investigation the dynamic effects induced by the vehicles crossing on the irregular pavement surfaces of reinforced concrete highway bridge decks were evaluated. The mathematical model considered the participation of the mass and stiffness of the vehicles in the definition of the system natural frequencies. The vehicle-bridge mathematical model includes the interaction between the vehicles and bridge dynamical properties. The bridge deck was modelled using beam finite elements with concentrated masses and distributed stiffness. The vehicle model was based on the Brazilian code NBR 7188 standard vehicle TB-12. This vehicle was simulated as mass-spring-damper system and the degrees of freedom of these cars are defined as in plane vertical translations and rotations. The deck surface roughness was defined by a non-deterministic model based on the spectral density of the pavement. The moving load is formed by an infinite succession of vehicles equally spaced and with constant velocity. Only the steady-state response was considered. The dynamic response of two existing structural models corresponding to reinforced concrete highway bridge decks was investigated in terms of displacements and efforts. The conclusions have shown the influence of the velocity, spacing and number of vehicles on the bridges dynamic response. The magnitude of the response amplification due to the surface irregularities was investigated.