Buscou-se por meio desta pesquisa avaliar a eficiência do reforço de ligações viga-pilar em estruturas de concreto pré-moldado. A técnica de reforço utilizada consiste na colagem de laminados de Polímero Reforçado com Fibra de Carbono (PRFC) em entalhes no concreto de cobrimento. Trata-se de uma técnica desenvolvida há cerca de dez anos, que apresentou, em pesquisas, desempenho superior às alternativas de colagem externa de mantas e laminados no tocante a reforço à flexão. Nenhuma referência ao uso desta ou de qualquer outra técnica para o reforço de ligações viga-pilar de estruturas pré-moldadas foi encontrada na pesquisa bibliográfica realizada. Entretanto, considera-se importante que esta opção seja apreciada ao se verificar comportamento insatisfatório de uma estrutura, haja vista a importância das ligações em seu desempenho global. Dado o caráter da pesquisa e o ineditismo da proposta, realizou-se um estudo experimental diversificado. Um ensaio piloto em modelo reduzido de pórtico com elementos de pilar e viga pré-moldados foi realizado. Por meio deste ensaio, verificou-se que o reforço promoveu significativa redução no deslocamento vertical da viga. Embora os resultados tenham sido promissores, destaca-se que o modelo reduzido impôs limitações, em relação ao comprimento para colagem do laminado e à distância do laminado ao canto da viga, que contribuíram para o seu arrancamento prematuro em uma das ligações. Realizou-se um ensaio em um modelo de ligação em escala real reforçado a momento fletor negativo e positivo. Em relação ao momento negativo, se alcançou um aumento de cerca de 100% na rigidez do modelo. Realizaram-se ensaios experimentais estáticos e dinâmicos em três modelos de pórtico cuja viga tinha escala real. Os resultados destes ensaios comprovaram a eficiência do reforço das ligações no aumento da sua rigidez , da frequência natural do pórtico e da resistência da estrutura. Observou-se também que o reforço promoveu redução da solicitação das armaduras principais da ligação. A simulação numérica dos ensaios dinâmicos permitiu a determinação indireta da rigidez das ligações de modo satisfatório e subsidiou a adoção de apoios elásticos na simulação dos ensaios estáticos que permitiram expandir a análise dos resultados experimentais em relação à fissuração e à distribuição de tensões. Por meio desta pesquisa comprovou-se a possibilidade de emprego da técnica de reforço proposta para a reabilitação de estruturas com deficiência relacionadas ao estado limite ultimo, já que o aumento de resistência foi alcançado, e também relacionadas aos estados limites de serviço, uma vez que as estruturas reforçadas apresentaram menores deslocamentos verticais e maiores frequências naturais. Destaca-se ainda uso eficiente da experimentação dinâmica que se prestou não somente à obtenção dos parâmetros modais da estrutura, mas também a uma avaliação realista das condições de contorno dos ensaios estáticos. / In this research, the strengthening of beam-to-column connections in precast concrete structures is evaluated. The strengthening technique used is internationally known as Near-Surface-Mounted and involves the bonding of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) strips into slits made in concrete cover. There are no references about the use of this or any else technique in the strengthening of connections in precast structures however it could be an option when the structure presents an unsatisfactory behavior. Because of the innovative characteristic of the purpose, experimental tests are required. A pilot test was performed in a frame with reduced dimensions. The frame had initially pinned connections that were strengthened. The strengthening provided a reduction in the beam deflection and the recovery of the initial stiffness of the frame. Although the promising results, the frame dimensions imposed limitations in relation to the strips bonding length and to the distance to the beam edge that contributed to the premature failure by splitting of strips and concrete. It was also performed a test in a strengthened semi-rigid connection. An increase in the connection stiffness was observed. Experimental static and dynamic tests were performed on three real scaled frame models. The results of these tests demonstrated the effectiveness of the strengthening in the increasing of stiffness, natural frequency and strength of the frame. It was also observed that the strengthening reduced the reinforcement strain. The numerical simulation of the dynamic tests allowed the indirect determination of the connections stiffness and supported the definition of boundary conditions in the simulation of the static tests that allowed a better understanding in relation to cracking and stress distribution. Through this research it was confirmed that the strengthening technique proposed is useful for rehabilitation of structures with disabilities related to ultimate limit state, since the increase in resistance was achieved, and also related to the serviceability limit states, since strengthened structures presented lower vertical displacements and higher natural frequencies. It is highlighted that the dynamic tests were important not only to obtain the modal parameters of the structure, but also to evaluate the real boundary conditions of the static tests.

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O presente trabalho correlacionou diversas funções de respostas em frequência (FRF) de juntas do tipo simples, coladas e fabricadas em titânio-compósito (resina epóxi reforçada por fibra de carbono). As FRFs produzidas foram investigadas (experimental e numericamente) tanto para juntas intactas como para juntas com falha, estas provenientes, por exemplo, do uso em serviço ou então, com resultado do processamento inadequado de um reparo. Com base nessas análises buscou-se, portanto, subsidiar o desenvolvimento de um sistema de monitoramento estrutural a partir da avaliação de seu comportamento dinâmico, medido pelo uso de pastilhas piezelétricas integradas à estrutura. Para que o respectivo objetivo fosse alcançado. Num primeiro momento, a fim de compreender os fenômenos envolvidos, conduziu-se a atividade de revisão bibliográfica, que baseada na consulta dos trabalhos mais recentes publicados sobre a análise de juntas coladas empregando abordagem numérica, analítica e/ou experimental. Em seguida, foram desenvolvidos modelos computacionais preliminares com solução via Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de se obter as diretrizes mínimas para uma proposta de fabricação das juntas híbridas (metal-compósito). Tal estratégia permitiu reduzir efeitos indesejados, que pudessem comprometer os resultados experimentais. Em posse dos resultados computacionais fabricou-se amostras de juntas metal-compósito com e sem dano. Num primeiro momento, foram realizadas análises numéricas através do desenvolvimento de modelos computacionais (com solução via MEF) das juntas, metal-compósito, monitoradas por transdutores piezelétricos. Em seguida, as juntas híbridas foram submetidas a ensaios experimentais dinâmicos, empregando técnicas de monitoramento com auxílio de transdutores piezelétricos e acelerômetros. Por fim, avaliaram-se potencialidades e limitações dos modelos computacionais desenvolvidos, através de estudos de caso, comparando os resultados experimentais com os resultados numéricos. / The herein proposed research has correlates Frequency Response Functions (FRF) of several hybrid titanium-composite (epoxy resin reinforced with carbon fiber) single lap bonded joints. The FRFs were investigated (numerically and experimentally) for joints with and without failures which may arise as the result of in service events or bad maintenance practices. The result of the dynamic analyses provided by the FRFs has substantiated the proposal of a damage detection method using piezoelectric elements capable which are capable to detect minor alterations on the dynamic behavior of the joint. In order to reach the proposed objective, the first action towards the given objective was study the problem through a bibliographic revision of the research subject, for this purpose the most recent published works related to numerical, analytical and experimental analyses of bonded joints were thoroughly evaluated and segregated. Afterwards, models of the joints were proposed using Finite Element Models (FEM) to obtain a preliminary result of the joints behavior to eventually substantiate the manufacturing processes, reducing the amount of material, time and cost of the experiments. Based upon the results of the FEM the coupons were manufactured with and without damages, using the methods and techniques available on the maintenance field for restoration of composite elements. Before proceed to the comparison between the modeled and experimental results, additional models were proposed using previous work\'s results to get results from the piezoelectric monitored joints. Afterwards, all experimental tests were conducted using accelerometers and piezoelectric elements to provide the means through it the advantages and drawbacks of the proposed monitoring method could be checked, by comparison between the experimental and modeled results.

As pontes de concreto armado são obras de arte de extrema importância para a infraestrutura de transportes do Brasil. Portanto sua inspeção e manutenção são atividades estratégicas. A inspeção visual, ensaios destrutivos e não destrutivos fornecem informações sobre a sua integridade estrutural e auxiliam na tomada de decisões relativas à necessidade de reparos e reforços. Entre os ensaios não destrutivos, avalia-se neste trabalho a aplicação da identificação modal estocástica na detecção de danos em pontes. A técnica baseia-se na medição das vibrações ambientais da estrutura, aquelas que ocorrem durante seu uso, identificação de suas propriedades modais, comparação com as propriedades modais da estrutura íntegra e consequente detecção de danos. Diferentemente da análise dinâmica experimental clássica, na identificação modal estocástica as ações dinâmicas não são medidas e nem controladas durante o ensaio. Por este motivo foram adotadas técnicas de identificação modal baseadas apenas nas vibrações medidas em alguns pontos da estrutura, funções de densidade espectral de potência e transmissibilidades de vibrações entre os pontos. Desta forma as frequências naturais e modos de vibração experimentais puderam ser precisamente identificados em modelos íntegros e danificados de pontes em escala reduzida. Em cada modelo, uma danificação foi imposta em uma de suas longarinas no meio do vão ou no segundo quarto de vão. Após a realização dos ensaios dinâmicos nas condições íntegra e danificada, duas técnicas de identificação de danos foram utilizadas: Diferença de Curvatura Modal (DCM) e Índice de Dano (ID). Ambas as técnicas tiveram sucesso na detecção de danos nos modelos de pontes avaliados. / Reinforced concrete bridges are extremely important elements of Brazilian transportation infrastructure. Consequently their inspection and maintenance are strategic activities. Visual inspection, destructive or nondestructive tests offer relevant information on their structural integrity and support the decision on the need of retrofitting or strengthening. Among existing types of nondestructive tests, this work focuses on the application of stochastic modal identification in damage detection of bridges. This technique is based on the measurement of environmental vibrations that occur during normal operation of the structure, modal identification, comparison of modal properties between damaged and undamaged bridge and finally damage detection. Opposed to classical dynamic experimental analysis, in stochastic modal identification the loads are not measured or known during the test. For this reason modal identification was only based in vibrations measured in selected points of the structure, power spectral density functions and vibration transmissibilities between these points. With this method natural frequencies and experimental modal shapes could be precisely identified in damaged and undamaged small scale models of bridges. The damage was induced in the middle of the span or in the second quarter of the span in one of the girders. After dynamic testing in undamaged and damaged conditions two damage identification techniques were used: Modal Curvature Difference (MCD) and Damage Index (ID). Both techniques detected successfully the damages imposed to the bridge models.

Atualmente, o crescimento dos problemas de vibrações excessivas sobre pisos mistos (aço-concreto) tem conduzido à necessidade de desenvolvimento de critérios específicos para projetos estruturais submetidos à ação de atividades humanas rítmicas. Com base no desenvolvimento desta dissertação de mestrado, objetiva-se, principalmente, verificar a influência das ligações estruturais (ligações viga-viga), sobre a resposta dinâmica não-linear de pisos mistos (aço-concreto) de edificações, quando submetidos a cargas dinâmicas humanas rítmicas. Deste modo, o carregamento dinâmico empregado para a simulação das atividades humanas sobre o modelo estrutural investigado foi obtido através de testes experimentais com indivíduos praticando atividades rítmicas e não rítmicas. O modelo analisado nesta dissertação corresponde a um piso misto (aço-concreto) com uma área total de 1600m2 e consiste de um ambiente onde serão desenvolvidas atividades de ginástica aeróbica. O sistema estrutural é constituído por lajes de concreto armado apoiadas sobre vigas de aço, simulando o comportamento de um sistema estrutural misto (aço-concreto) com interação total. A metodologia de análise desenvolvida emprega técnicas usuais de discretização presentes no método dos elementos finitos, com base no emprego do programa ANSYS. A modelagem do sistema contempla ligações estruturais do tipo rígidas, semirrígidas e flexíveis. Os valores das acelerações de pico foram comparados com os limites recomendados por normas de projeto, baseando-se em critérios de conforto humano. As conclusões alcançadas ao longo deste trabalho de pesquisa revelam que as ligações estruturais do tipo viga-viga não apresentam influência significativa, no que diz respeito a resposta dinâmica não-linear da estrutura. Por outro lado, as acelerações de pico obtidas com base na análise dinâmica não-linear apresentam valores elevados indicando que o piso misto (aço-concreto) investigado apresenta problemas de vibração excessiva inerentes ao conforto humano. / Nowadays, the increasing incidence of composite (steel-concrete) floors vibration problems due to human rhythmic activities led to a specific design criteria to be addressed in structural design. The main objective of this investigation is to evaluate the influence of the structural connections (beam-to-beam connections) on the composite floors nonlinear dynamic response, when submitted to human rhythmic dynamic loads. The dynamic loads were obtained through experimental tests with individuals carrying out rhythmic and non-rhythmic activities. The investigated structural model was based on building composite floors and consisted of a typical office building interior bay with a total are of 1600m2 used for aerobics. The structural system are composed of a composite (steel-concrete) solution made of an I steel profile and a reinforced concrete slab. In this investigation a complete interaction between the concrete slab and steel beams was considered. The proposed analysis methodology adopted the usual mesh refinement techniques present in the finite element method simulations implemented in the ANSYS program. The structural system finite element modelling have considered rigid, semi-rigid and pinned beam-to-beam joints. The peak accelerations were compared with limits proposed by design codes and recommendations, based on human comfort criteria. The results obtained in this investigation indicated that the structural connections (beam-to-beam connections) can have a relevant influence on the composite floor nonlinear dynamic response. On the other hand, the peak accelerations obtained in this investigation, based on a nonlinear dynamic analysis, indicated that the investigated composite floor violated the human comfort criteria, as well as its vibration serviceability limit states.

Atualmente, o crescimento dos problemas de vibrações excessivas sobre pisos mistos (aço-concreto) tem conduzido à necessidade de desenvolvimento de critérios específicos para projetos estruturais submetidos à ação de atividades humanas rítmicas. Com base no desenvolvimento desta dissertação de mestrado, objetiva-se, principalmente, verificar a influência das ligações estruturais (ligações viga-viga), sobre a resposta dinâmica não-linear de pisos mistos (aço-concreto) de edificações, quando submetidos a cargas dinâmicas humanas rítmicas. Deste modo, o carregamento dinâmico empregado para a simulação das atividades humanas sobre o modelo estrutural investigado foi obtido através de testes experimentais com indivíduos praticando atividades rítmicas e não rítmicas. O modelo analisado nesta dissertação corresponde a um piso misto (aço-concreto) com uma área total de 1600m2 e consiste de um ambiente onde serão desenvolvidas atividades de ginástica aeróbica. O sistema estrutural é constituído por lajes de concreto armado apoiadas sobre vigas de aço, simulando o comportamento de um sistema estrutural misto (aço-concreto) com interação total. A metodologia de análise desenvolvida emprega técnicas usuais de discretização presentes no método dos elementos finitos, com base no emprego do programa ANSYS. A modelagem do sistema contempla ligações estruturais do tipo rígidas, semirrígidas e flexíveis. Os valores das acelerações de pico foram comparados com os limites recomendados por normas de projeto, baseando-se em critérios de conforto humano. As conclusões alcançadas ao longo deste trabalho de pesquisa revelam que as ligações estruturais do tipo viga-viga não apresentam influência significativa, no que diz respeito a resposta dinâmica não-linear da estrutura. Por outro lado, as acelerações de pico obtidas com base na análise dinâmica não-linear apresentam valores elevados indicando que o piso misto (aço-concreto) investigado apresenta problemas de vibração excessiva inerentes ao conforto humano. / Nowadays, the increasing incidence of composite (steel-concrete) floors vibration problems due to human rhythmic activities led to a specific design criteria to be addressed in structural design. The main objective of this investigation is to evaluate the influence of the structural connections (beam-to-beam connections) on the composite floors nonlinear dynamic response, when submitted to human rhythmic dynamic loads. The dynamic loads were obtained through experimental tests with individuals carrying out rhythmic and non-rhythmic activities. The investigated structural model was based on building composite floors and consisted of a typical office building interior bay with a total are of 1600m2 used for aerobics. The structural system are composed of a composite (steel-concrete) solution made of an I steel profile and a reinforced concrete slab. In this investigation a complete interaction between the concrete slab and steel beams was considered. The proposed analysis methodology adopted the usual mesh refinement techniques present in the finite element method simulations implemented in the ANSYS program. The structural system finite element modelling have considered rigid, semi-rigid and pinned beam-to-beam joints. The peak accelerations were compared with limits proposed by design codes and recommendations, based on human comfort criteria. The results obtained in this investigation indicated that the structural connections (beam-to-beam connections) can have a relevant influence on the composite floor nonlinear dynamic response. On the other hand, the peak accelerations obtained in this investigation, based on a nonlinear dynamic analysis, indicated that the investigated composite floor violated the human comfort criteria, as well as its vibration serviceability limit states.

Tradicionalmente, na análise e dimensionamento de estruturas de aço, assume-se que as ligações viga-coluna são rígidas ou flexíveis (rotuladas). Por outro lado, é de conhecimento geral que a grande maioria das ligações viga-coluna apresenta um comportamento intermediário, ou seja, semi-rígido. Inúmeros trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos nos últimos vinte e cinco anos, de forma a estudar o comportamento desse tipo de ligação. Um dos principais objetivos desta investigação é o de propor uma metodologia de análise que represente de forma apropriada a influência do comportamento semi-rígido de placas de base e de ligações viga-coluna, sobre a resposta dinâmica (linear e não-linear) de estruturas de aço. Outra contribuição desta dissertação diz respeito à investigação do comportamento dinâmico (linear e não-linear) de pórticos de aço, a partir da consideração de ligações viga-coluna simétricas e não-simétricas e especialmente das placas de base. A análise estrutural é desenvolvida com base no emprego do programa de elementos finitos ANSYS [27]. Nos modelos em elementos finitos foram considerados os efeitos de não-linearidade geométrica (efeitos de segunda ordem), o comportamento não-linear das placas de base e das ligações viga-coluna e, bem como, o efeito de histerese que ocorre quando a estrutura é submetida a cargas cíclicas. Os resultados alcançados indicaram que o fenômeno físico da ressonância não ocorre no que se refere à resposta dinâmica dos modelos semi-rígidos não-lineares. A ressonância não ocorre na resposta dos modelos devido ao fato de que, na análise dinâmica não-linear, o efeito de histerese presente nas ligações (placas de base e viga-coluna), essencialmente com comportamento não-linear, provoca um amortecimento na resposta dinâmica da estrutura. / Traditionally, the steel portal frame design assumes that beam-to-column connections are rigid or pinned. Despite these facts, it is largely recognized that the great majority of joints does not exhibit such idealized behaviour. These connections are called semi-rigid, and their design should be performed according to their actual structural behaviour. Extensive research has been performed over the past twenty-five years to estimate the actual behaviour of such joints. One of the main objectives of this work is to propose an analysis methodology to properly represent the influence of the semi-rigid behaviour of base plates and beam-to-column joints on the dynamical response of steel structures (linear and non-linear). Another important investigated issue concerned the assessment of the steel frames dynamical behaviour (linear and non-linear) due to the presence of symmetrical and non-symmetrical beam-to-column semi-rigid joints and, especially, the column base plates. The structural analysis was made with the aid of the ANSYS [27] finite element program. The finite element model included geometric non-linearity, column base plates and beam-to-column non-linear behaviour and considered the influence of non-linear and hysteretic moment versus rotation curve of the joints. The results indicated that the resonance physical phenomenon was not reached in the nonlinear semi-rigid frames dynamic response. The resonance did not occurred in these systems due to the hysteretic damping induced by the energy dissipation of the non-linear hysteretic loops at the non-linear joints.

Tradicionalmente, na análise e dimensionamento de estruturas de aço, assume-se que as ligações viga-coluna são rígidas ou flexíveis (rotuladas). Por outro lado, é de conhecimento geral que a grande maioria das ligações viga-coluna apresenta um comportamento intermediário, ou seja, semi-rígido. Inúmeros trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos nos últimos vinte e cinco anos, de forma a estudar o comportamento desse tipo de ligação. Um dos principais objetivos desta investigação é o de propor uma metodologia de análise que represente de forma apropriada a influência do comportamento semi-rígido de placas de base e de ligações viga-coluna, sobre a resposta dinâmica (linear e não-linear) de estruturas de aço. Outra contribuição desta dissertação diz respeito à investigação do comportamento dinâmico (linear e não-linear) de pórticos de aço, a partir da consideração de ligações viga-coluna simétricas e não-simétricas e especialmente das placas de base. A análise estrutural é desenvolvida com base no emprego do programa de elementos finitos ANSYS [27]. Nos modelos em elementos finitos foram considerados os efeitos de não-linearidade geométrica (efeitos de segunda ordem), o comportamento não-linear das placas de base e das ligações viga-coluna e, bem como, o efeito de histerese que ocorre quando a estrutura é submetida a cargas cíclicas. Os resultados alcançados indicaram que o fenômeno físico da ressonância não ocorre no que se refere à resposta dinâmica dos modelos semi-rígidos não-lineares. A ressonância não ocorre na resposta dos modelos devido ao fato de que, na análise dinâmica não-linear, o efeito de histerese presente nas ligações (placas de base e viga-coluna), essencialmente com comportamento não-linear, provoca um amortecimento na resposta dinâmica da estrutura. / Traditionally, the steel portal frame design assumes that beam-to-column connections are rigid or pinned. Despite these facts, it is largely recognized that the great majority of joints does not exhibit such idealized behaviour. These connections are called semi-rigid, and their design should be performed according to their actual structural behaviour. Extensive research has been performed over the past twenty-five years to estimate the actual behaviour of such joints. One of the main objectives of this work is to propose an analysis methodology to properly represent the influence of the semi-rigid behaviour of base plates and beam-to-column joints on the dynamical response of steel structures (linear and non-linear). Another important investigated issue concerned the assessment of the steel frames dynamical behaviour (linear and non-linear) due to the presence of symmetrical and non-symmetrical beam-to-column semi-rigid joints and, especially, the column base plates. The structural analysis was made with the aid of the ANSYS [27] finite element program. The finite element model included geometric non-linearity, column base plates and beam-to-column non-linear behaviour and considered the influence of non-linear and hysteretic moment versus rotation curve of the joints. The results indicated that the resonance physical phenomenon was not reached in the nonlinear semi-rigid frames dynamic response. The resonance did not occurred in these systems due to the hysteretic damping induced by the energy dissipation of the non-linear hysteretic loops at the non-linear joints.