Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais ainda é por muitos engenheiros e arquitetos, considerada uma solução extravagante para os problemas da engenharia. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil e uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais tem seguramente provocado um aumento no uso do aço inoxidável. A maioria das normas de projeto de aço inoxidável atuais ainda são baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas de aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas tensão versus deformação não-lineares sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos (tração e compressão, paralela e perpendicular a direção de laminação), modificando assim, seu o comportamento global. Na presente investigação foram utilizados o aço inoxidável austenítico 304, e o aço carbono USI 300, ambos com tensão de escoamento similares, mas com tensões últimas e ductilidades distintos. Em elementos estruturais submetidos a tensões normais de tração, usualmente a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável, este trabalho executou um programa experimental inovador envolvendo ligações aparafusadas defasadas sob tração. O programa experimental foi executado em peças de aço carbono e aço inoxidável de forma a comparar as principais semelhanças e diferenças entre estes dois tipos de aços estruturais. O programa experimental possibilitou que conclusões significativas no comportamento a tração destas ligações pudessem ser observadas. Dentre outras variáveis que controlam estes estados limites últimos foi verificada a influência significativa da espessura da placa de aplicação do carregamento, disposição, configuração e número de parafusos da ligação e propriedades do aço inoxidável como ductilidade e razão entre suas tensões de escoamento e de ruptura. / The use of stainless steel in structural engineering applications is still seen by many architects and engineers as an extravagant solution. However attitude changes in the construction market and the natural transition to a sustainable development reducing environment impacts have boosted the use of stainless steel structures. A substantial majority of stainless steel structural design codes is still based on carbon steel analogies. Despite this fact the stainless steel presents four non-linear tension versus strain curves (tension and compression, parallel and perpendicular to the rolling direction) without a defined yield plateau snf strain hardening zones substantially altering its global structural response. The present investigation adopted the austenitic stainless steel grade 304 and the carbon steel USI300, both with similar yield stresses but with different tension stresses and ductility capacities. Structural elements subjected to tension axial forces usually presents the net section rupture as one of its controlling ultimate limit states. The present study performed an innovative experimental programme to evaluate and investigate the tension capacity of staggered bolted members. The experiments were made with carbon and stainless steels to compare and access their similarities and differences in terms of structural performance. The experimental results enable the observation of significant conclusion concerning the tension response of the investigated bolted staggered members. The controlling ultimate limit states were significantly influenced by various parameters like: the loading plate thickness, the layout, configuration and number of bolts adopted in the joint, and stainless steel properties like ductility capacity and the ratio between the yield and ultimate stresses.

No presente trabalho se desenvolve como proposta principal, uma investigação experimental sobre o comportamento de elementos de aço formados a frio comprimidos em temperaturas elevadas considerando a influência da restrição ao alongamento térmico. Nessa investigação foram avaliadas as distribuições de temperaturas no contorno da seção transversal e ao longo do comprimento dos elementos. Outrossim, avaliou-se a influência da restrição ao alongamento térmico sobre o comportamento mecânico dos elementos, em especial sobre o desenvolvimento das forças de restrição que surgem durante a fase de aquecimento dos mesmos. Concernente ao comportamento térmico, os resultados indicam que a temperatura resistente de elementos expostos ao calor por todos os lados deve ser determinada com base nas medições realizadas em seções a meia altura do elemento devido à distribuição não uniforme de temperatura ao longo do comprimento. Com relação ao comportamento mecânico, os resultados experimentais mostraram que a resistência pós-crítica em temperaturas elevadas desses elementos é pequena e nesse sentido é mais coerente considerar como temperatura resistente a temperatura correspondente ao momento da perda de estabilidade dos elementos. Em caráter complementar e exploratório foram realizadas análises numéricas para melhorar o entendimento do comportamento em temperaturas elevadas dos elementos de aço formados a frio investigados experimentalmente no presente trabalho. Nas análises numéricas foi avaliada uma estratégia de modelagem em elementos finitos para simular a restrição ao alongamento térmico axial em elementos comprimidos submetidos a temperaturas elevadas. Os resultados apontam que os modelos numéricos foram eficientes para prescrever força de compressão resistente em temperaturas elevadas e o tempo resistente. Por outro lado não foram eficientes para prescrever as temperaturas críticas. No âmbito normativo foram realizadas as avaliações do método de cálculo simplificado proposto na ABNT NBR 14323 (2012) e da possibilidade de adequar o método simplificado de cálculo do EUROCODE 3 parte 1.3 (2006) para o dimensionamento em temperaturas elevadas desses elementos. Os resultados sugerem que o método de cálculo simplificado da ABNT NBR 14323 (2012) foi capaz de fornecer satisfatoriamente a força de compressão resistente dos elementos investigados que se enquadravam nas exigências do método. Outrossim, sugerem que o uso do método simplificado do EUROCODE 3 parte 1.3 (2006) com redução da resistência ao escoamento e módulo de elasticidade do aço para o dimensionamento em temperaturas elevadas de elementos de aço formados a frio carece de mais investigações. / The main proposal of this work was an experimental investigation on the behavior of cold-formed steel compressed members at elevated temperatures considering the influence of restraining to the thermal elongation. In this investigation, it was evaluated the temperature distributions on the cross section and along the height of the members. Furthermore, it was evaluated the influence of restraining to the thermal elongation on the mechanical behavior of these members, in particular on the development of restraining forces during their heating phase. Concerning the thermal behavior, the results indicate the critical temperature of members exposed to heat from all sides should be determined based on measurements performed on sections located at mid-span of the members due to the non uniform temperature distribution along the height. With regards to mechanical behavior, the experimental results showed that the post-buckling resistance at elevated temperatures of these members is small and the critical temperature should be considered as the temperature corresponding to the buckling temperature. Additionally numerical analyzes were performed to better understand the behavior of the cold-formed steel members at elevated temperatures that were experimentally investigated in this study. In the numerical analyzes a modeling strategy was evaluated on finite elements to simulate the axial restraining to the thermal elongation in compressed members subjected to high temperatures. The results show that the numerical models were effective to prescribe the ultimate loads at elevated temperatures and the critical time considering the influence of the axial restraining to the thermal elongation. On the other hand, the numerical models were not effective to prescribe the critical temperature. Within the normative scope, the design method proposed in the ABNT NBR 14323 (2012) (project revision) was evaluated as well the possibility of adapting the EUROCODE 3 part 1.3 (2006) design guidelines to the design of cold-formed steel members at elevated temperatures. The results suggest that the design method proposed in the ABNT NBR 14323 (2012) (project revision) was able to accurately predict the ultimate test loads of the members that were within the requirements of the method. On the other hand, it was found that the use of the EUROCODE 3 part 1.3 (2006) design guidelines with reduction of the mechanical properties at elevated temperatures (yield strength and elastic modulus of steel) for design of compressed cold formed steel members at elevated temperature needs further investigations.

Submitted by Nádia Barros Gomes (nadiabarrosg@gmail.com) on 2018-04-11T16:08:14Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FINAL.pdf: 6090303 bytes, checksum: ce2f253c72b32bcfc50f67b58a252528 (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-04-12T12:36:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 gomes_nb_me_guara.pdf: 6090303 bytes, checksum: ce2f253c72b32bcfc50f67b58a252528 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-12T12:36:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 gomes_nb_me_guara.pdf: 6090303 bytes, checksum: ce2f253c72b32bcfc50f67b58a252528 (MD5) Previous issue date: 2018-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo desta pesquisa consistiu na avaliação do modelo de cálculo proposto pela versão de revisão da Norma Brasileira de Estruturas de Madeira ABNT NBR 7190:2013 para avaliação do comportamento de elementos de MLC na flexão. Foram considerados elementos de MLC com dimensões padronizadas de 5 x 5 x 115 cm para realização dos ensaios experimentais de flexão, tendo-se em vista a da rigidez (EI) para posterior comparação com os resultados numéricos e teóricos. Foram avaliados, também neste caso, os modos de ruptura apresentados nos ensaios experimentais por cada sistema. Na confecção dos elementos de MLC foram utilizadas madeiras de reflorestamento de pinus e eucalipto da região de Itapeva – SP coladas com resina resorcinol formaldeído. Todas as lâminas de madeira passaram por processo de classificação mecânica e visual. As simulações numéricas foram realizadas no software ANSYS, que tem como base o método dos elementos finitos e estas serviram para a avaliação das distribuições das tensões nas regiões de interesse dos elementos de MLC. Os ensaios experimentais de flexão e de caracterização dos materiais foram no Laboratório de Propriedades dos Materiais da UNESP/Itapeva a partir da utilização da Máquina Universal de Ensaios EMIC com capacidade de 300 KN. Como resultado, observou-se que o modelo teórico proposto pela ABNT NBR 7190:2013 mostrou, para este trabalho, maior aproximação com os resultados experimentais e numéricos para as madeiras de pinus. Além disso, os modos de ruptura obtidos teoricamente foram verificados para as análises experimental e numérica realizadas. / The aim of this work was to evaluate the calculation model proposed by the revision version of the ABNT NBR 7190: 2013 Wood Structures Brazilian Standard to evaluate the behavior of Glued Laminated Timber in bending. Glulam elements with standard dimensions of 5 x 5 x 115 cm were considered to perform the experimental bending tests considering the stiffness (EI) for later comparison with numerical and theoretical results of EI. The failure modes presented in the experimental tests by each system were also evaluated. In the preparation of the glulam elements, pine and eucalyptus reforestation woods from the Itapeva - SP region were glued with resorcinol formaldehyde resin. All the wood layers were classified by mechanical and visual process. The numerical simulations were performed in the ANSYS software, which is based on the finite element method and these were used to evaluate the stress distributions in the areas of interest of the glulam elements. Experimental bending tests and material characterization tests were performed at the Materials Properties Laboratory of UNESP / Itapeva using the Universal Testing Machine - EMIC with a capacity of 300 KN. As a result, it was observed that the theoretical model proposed by ABNT NBR 7190: 2013 standard showed, for this work, greater approximation with the experimental and numerical results for pine woods. In addition, the failure modes obtained theoretically were verified for the experimental and numerical analyzes performed.

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais ainda é por muitos engenheiros e arquitetos, considerada uma solução extravagante para os problemas da engenharia. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil e uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais tem seguramente provocado um aumento no uso do aço inoxidável. A maioria das normas de projeto de aço inoxidável atuais ainda são baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas de aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas tensão versus deformação não-lineares sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos (tração e compressão, paralela e perpendicular a direção de laminação), modificando assim, seu o comportamento global. Na presente investigação foram utilizados o aço inoxidável austenítico 304, e o aço carbono USI 300, ambos com tensão de escoamento similares, mas com tensões últimas e ductilidades distintos. Em elementos estruturais submetidos a tensões normais de tração, usualmente a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável, este trabalho executou um programa experimental inovador envolvendo ligações aparafusadas defasadas sob tração. O programa experimental foi executado em peças de aço carbono e aço inoxidável de forma a comparar as principais semelhanças e diferenças entre estes dois tipos de aços estruturais. O programa experimental possibilitou que conclusões significativas no comportamento a tração destas ligações pudessem ser observadas. Dentre outras variáveis que controlam estes estados limites últimos foi verificada a influência significativa da espessura da placa de aplicação do carregamento, disposição, configuração e número de parafusos da ligação e propriedades do aço inoxidável como ductilidade e razão entre suas tensões de escoamento e de ruptura. / The use of stainless steel in structural engineering applications is still seen by many architects and engineers as an extravagant solution. However attitude changes in the construction market and the natural transition to a sustainable development reducing environment impacts have boosted the use of stainless steel structures. A substantial majority of stainless steel structural design codes is still based on carbon steel analogies. Despite this fact the stainless steel presents four non-linear tension versus strain curves (tension and compression, parallel and perpendicular to the rolling direction) without a defined yield plateau snf strain hardening zones substantially altering its global structural response. The present investigation adopted the austenitic stainless steel grade 304 and the carbon steel USI300, both with similar yield stresses but with different tension stresses and ductility capacities. Structural elements subjected to tension axial forces usually presents the net section rupture as one of its controlling ultimate limit states. The present study performed an innovative experimental programme to evaluate and investigate the tension capacity of staggered bolted members. The experiments were made with carbon and stainless steels to compare and access their similarities and differences in terms of structural performance. The experimental results enable the observation of significant conclusion concerning the tension response of the investigated bolted staggered members. The controlling ultimate limit states were significantly influenced by various parameters like: the loading plate thickness, the layout, configuration and number of bolts adopted in the joint, and stainless steel properties like ductility capacity and the ratio between the yield and ultimate stresses.

Neste trabalho realiza-se um estudo diversificado e integrado do comportamento de estruturas pré-moldadas de concreto, por meio de ensaios experimentais e computacionais, sejam estáticos ou dinâmicos. Diferentes modelos físicos foram construídos, cada um possuindo uma particularidade estrutural (íntegro, com dano localizado, com dano generalizado e com vínculo pilar-viga semi-rígido). Investigou-se a condição real de vínculo e sua influência na alteração dos parâmetros modais (freqüências naturais, modos de vibração e fatores de amortecimento). Destaca-se a metodologia experimental dinâmica que avalia a rigidez da ligação pilar-fundação diretamente pelos sinais medidos, não apenas pela calibração do modelo numérico. As avaliações computacionais apresentadas neste trabalho empregam modelos de elementos finitos fundamentados na Teoria da Elasticidade e na Mecânica do Dano Contínuo, e os seus resultados são confrontados com os experimentais e com os obtidos por modelos analíticos. Demonstra-se uma boa correlação entre os diversos resultados, comprovando-se a viabilidade da utilização dos testes de vibração, não-destrutivos e precisos, para a determinação da rigidez das ligações, estimativa do dano provocado pela fissuração e alteração de condições estruturais diversas. Comprova-se também a eficiência e a generalidade dos modelos constitutivos de concreto de Mazars e La Borderie para a simulação de ações estáticas e dinâmicas, ressaltada a importância da correta definição das condições de contorno. / This is a comprehensive research, with multiple approaches, on the concrete pre-cast structures behavior through experimental tests and computational analysis, considering both static and dynamic cases. Four different physical models were built, each of them with specific characteristics: no damage, localized damage, generalized damage, and semi-rigid beam-column connection models. A study of their real connection condition and its influence on the modal parameters changes (natural frequencies, mode shapes and damping factors) is presented. It is important to note that the dynamic experimental method allows the direct evaluation of the column-foundation connection stiffness using the measured signals and not only by comparing the numerical model results. The computational evaluation presented in this work employs of the finite element models based on the Theory of Elasticity and on the Continuum Damage Mechanics. The results are compared with both experimental and analytical data. The good correlation among these various results proves the viability of vibration tests as a non-destructive and precise tool to determine the connection stiffness, to estimate the damage produced by cracking and to assess the influence of the structural variables changes. It is also proved the efficiency and the generality of Mazars and La Borderie constitutive concrete models to simulate the static and dynamic behavior when considered the correct definitions of the boundary conditions.

Por uma escolha política e economicamente pragmática, o Brasil optou por desenvolver a telefonia celular, com intenção de abreviar uma etapa de desenvolvimento. Tomada a decisão, a implantação foi feita num ritmo explosivo a partir da década de 1990, com instalação de dezenas de milhares de estações. Apesar da disparidade de custo entre os sistemas eletrônicos e as obras civis, pouco se investiu na engenharia estrutural envolvida, resultando em projetos e construções realizados com metodologia duvidosa e na herança de uma grande quantidade de problemas estruturais. Represada por considerações de ordem ambiental e estética, a instalação indiscriminada de torres, vive-se uma nova demanda para a engenharia estrutural na análise do aproveitamento dos locais existentes para suporte de novas cargas. Nesse sentido, o que se observa, via de regra, são estruturas compostas apenas de um poste em balanço de análise enganosamente simples. O que se esquece, quase sempre, é a extraordinária esbelteza desses elementos, que ao engenheiro deveria sugerir a imediata necessidade de considerar a não-linearidade geométrica forçosamente existente. Além disso, o carregamento mais importante e dominante é o do vento, de características eminentemente dinâmicas e aleatórias, desaconselhando análises estáticas ou dinâmicas determinísticas, preconizadas em Normas. Assim que, o objetivo deste trabalho é avaliar a influência da rigidez geométrica na resposta dinâmica de estruturas esbeltas sujeitas à excitação de vento. Para tanto, foi desenvolvido um modelo matemático simplificado, com características dinâmicas estabelecidas por uma técnica tipo Rayleigh, que evidencia a presença significativa da não-linearidade geométrica devida à esbelteza das peças. Para a validação dos resultados teóricos foi realizado um conjunto de ensaios dinâmicos em laboratório com modelos de barras e monitorada uma estrutura real em campo. A formulação proposta também foi aferida por métodos analíticos e numéricos como a solução de Euler para a carga crítica de flambagem e o Método dos Elementos Finitos. Os resultados obtidos validaram a proposta para o cálculo da freqüência fundamental de vibração de estruturas em balanço. A influência da rigidez geométrica na resposta das estruturas sob ação de vento foi também avaliada por meio de cálculos comparativos utilizando os modelos preconizados pela norma brasileira. Verificou-se que, dependendo das cargas existentes, a consideração da rigidez geométrica pode ter significativo efeito redutor na capacidade de os postes de telecomunicações possuírem área de exposição ao vento para a instalação de antenas. / Due to a politically and economically pragmatic decision, Brazil has chosen to intensely develop its cellular phone system, in order to bypass a stage of development. Once the decision has been taken, implementation was set in an explosive pace in the 1990s decade by installing tens of thousands of stations. As the electronic systems are usually more expensive than the civil constructions, very little has been invested on the involved structural engineering, resulting in designs and constructions done with doubtful methodologies and in the heritage of great amounts of structural problems. Impounded by esthetical and environmental considerations, the indiscriminate installation of towers occurs. Thus, there is a new demand for the structural engineering in the analysis of the utilization of existing installation sites for bearing new loads. In this manner, what it can usually be observed are structures composed of just one cantilever pole of misleading simple analysis. What it is quite often ignored is the extraordinary slenderness of these elements, which should suggest to the designer the immediately necessity to consider the intrinsic existing geometric nonlinearity. Moreover, the wind is the most important and dominant load, of dynamic and random nature, misadvising either static or deterministic dynamic analysis, usually recommended by Codes and Standards. In doing so, the objective of this thesis is to evaluate the influence of the geometric stiffness on the dynamic response of slender structures subjected to wind excitation. As a first step, a simplified analytical model was developed, with dynamic characteristics established by a Rayleigh type technique, which enhances the intrinsic existing geometric nonlinearity due to the slenderness of the elements. As a second step, for validating the theoretically obtained results, a series of dynamic tests was carried out in laboratory, using models of cantilever bars, and a real structure was monitored in the field. The proposed analytical model was also checked by other analytical and numerical methods, such as the Eulers solution for the critical buckling load and the Finite Element Method. The influence of the geometric stiffness in the structure response to wind loads was also evaluated by comparative calculations among the different models recommended by the Brazilian Wind Code. It was verified that, depending on the existing loads, the consideration of geometric stiffness can have significant reductive effect on the capacity of the telecommunication poles have exposition area to wind for installation of antennas.

Cascas cilíndricas circulares com uma pequena variação de espessura ao longo de seu comprimento, quando submetidas à rotação, apresentam em alguns casos, deslocamentos elásticos de sua superfície externa, tendendo a uma forma de um oval. O objetivo deste trabalho é estabelecer a relação entre a variação de espessura das cascas cilíndricas com a sua deformação devida às forças centrífugas medida durante a rotação utilizando-se dois enfoques, um experimental e outro numérico, no caso o método de elementos finitos (MEF). As cascas cilíndricas estudadas tiveram sua espessura de parede medidas por meio de aparelho de ultra-som, mas por serem fabricadas em ferro fundido cinzento, as suas lamelas de grafita atuam como refletores, o que torna a medição imprecisa. Os resultados da análise numérica encontrados se relacionam bem com os experimentais de maneira qualitativa, mas divergem na forma quantitativa. Modelos de cascas com variação de espessura imposta também foram criados e analisados usando-se o método de elementos finitos de forma a se avaliar o comportamento da casca cilíndrica sob diversas configurações de distribuição da variação da espessura. Sugere-se a pesquisa de novas tecnologias para medições por ultra-som de peças fabricadas de ferro fundido com grafita lamelar. Neste trabalho, a medição da forma oval foi feita utilizando-se sensores de proximidade do tipo \"eddy-current\". / Circular cylindrical shells with small thickness variations along their body, when submitted to rotation, present, in some cases, elastic displacements of their outside surface induced by centrifugal forces leading to final oval like shapes. The main purpose of this study is to establish relationships between thickness variation of the cylindrical shells with their measured deformation during the rotation, due to centrifugal forces, using two approaches, one experimental and the other one numerical, in the latter case the finite element method (FEM). The studied cylindrical shells had their wall thickness measured by means of an ultrasound device. The used material is flake graphite cast iron (gray cast iron). The graphite flakes act as reflectors, what makes such measurements imprecise. The numerical results found are satisfactory in a qualitative way, but they disagree in the quantitative form. Shell models with theoretical imperfections also were created and analyzed using the finite element method in order to evaluate the behavior of the cylindrical shell under several configurations of distribution of the shell thickness variation. Further research is necessary on new technologies to measure the thickness of pieces manufactured of flake graphite cast iron. In this research, the oval shape measurements were done by means of eddy-current proximity sensors.

Nesta tese, apresenta-se a análise numérica e experimental do comportamento dinâmico não linear de um pórtico excitado por uma fonte não ideal - um motor elétrico de corrente contínua desbalanceado - como exemplo dessa classe de problemas. Elabora-se um modelo matemático com quatro graus de liberdade: dois relacionados com o deslocamento horizontal e vertical do ponto de apoio da máquina e dois com os parâmetros de funcionamento do motor elétrico. Adota-se a formulação Lagrangeana para gerar as equações de movimento contendo termos não lineares até ordem cúbica. A solução numérica é obtida através do método de Runge-Kutta com passo adaptativo. Ensaios dinâmicos e estáticos foram realizados com o motor e com o sistema completo, com vistas a validar o modelo matemático. Um sistema de medição digital armazenou todos os dados obtidos em arquivos de fácil leitura pelos programas atualmente disponíveis. Filmagens de alta velocidade e fotografia estroboscópica registraram movimentos típicos relacionados com comportamentos não lineares. Os resultados numéricos e experimentais mostram boa correlação entre si, além de apresentarem alguns dos fenômenos associados ao se forçar uma estrutura a passar por uma de suas ressonâncias excitando-a com um dispositivo com potência limitada, como o efeito Sommerfeld. Outros fenômenos, devido ao comportamento geometricamente não linear da estrutura, são também detectados, tais como saturação modal e transferência de energia. / Numerical and experimental analysis of the nonlinear dynamics of a portal frame excited by a non-ideal source - an unbalanced direct current motor - is presented in this thesis as an example of this class of problems. A four degree of freedom model is elaborated: two of them related to the horizontal and vertical structural displacements and two others to the functioning parameters of the motor. A Lagrangian approach for deducing the equations of motion, up to cubic non-linear terms is followed. The numerical solution is obtained through Runge-Kutta algorithm with adaptive step. Static and dynamic tests were performed with the motor and with the complete system, in order to validate the mathematical model. A digital acquisition system recorded all data in computer files, ready to be read by available commercial programs. High speed filming and stroboscopic photography were used to register typical movements related to nonlinear behavior. Numerical and mathematical results show good correlation, as well as present some phenomena related to passage through resonance with limited power excitation such as the Sommerfeld effect. Some other phenomena, related to the nonlinear behavior of the structure are also detected, as modal saturation and energy transference.

As vigas de concreto armado sofrem deformações térmicas em situação de incêndio. Os comprimentos dos vãos se alongam resultando no deslocamento horizontal de seus respectivos apoios e elas passam a fletir de forma acentuada, o que gera a rotação nos mesmos. Se essas deformações forem impedidas pelas próprias condições de apoio da peça ou devido a elementos estruturais circundantes, por exemplo, esforços adicionais passarão a atuar nas vigas, modificando seu desempenho frente ao fogo. Estudos apontam que os efeitos desses esforços podem ser benéficos à resistência ao fogo (RF) das vigas aquecidas, contudo, nas poucas pesquisas voltadas à análise experimental dessa questão, as restrições foram admitidas apenas de forma isolada, i.e., ou as vigas estavam submetidas a restrições axiais ou a rotacionais. O efeito conjunto, mais representativo ao que ocorre na realidade, e a consideração de diferentes níveis de rigidezes impostos às deformações, foram avaliados em investigações numéricas sem dados experimentais apropriados para a validação dos resultados. Na presente Tese de Doutorado, avaliou-se experimentalmente o desempenho de vigas de concreto mediante a realização de ensaios de flexão em elementos em escala real e sob diferentes condições de apoio: sem restrições às deformações, com restrições apenas axiais e com restrições tanto axiais quanto rotacionais. Relativamente aos elementos restringidos, foram analisados dois níveis de rigidezes axial, 0,02 e 0,04EA/l, e rotacional, 1 e 2EI/l. Também houve ensaios de referência em vigas simplesmente apoiadas à temperatura ambiente para a verificação dos carregamentos e modos de ruptura. Os dados experimentais obtidos para diferentes esquemas estáticos de vigas motivaram a concepção de modelos numéricos que fossem representativos do comportamento dos mesmos. Com o auxílio do programa de computador DIANA, que tem base no método dos elementos finitos, foram criados modelos para as vigas ensaiadas à temperatura ambiente e ao fogo. Eles foram idealizados com a consideração de diversas propriedades características do comportamento não linear dos materiais e conduziram a boas correlações quando os seus resultados foram comparados aos obtidos em laboratório. A principal conclusão deste estudo numérico-experimental foi que a RF das vigas de concreto armado sempre aumentam quando admitido qualquer tipo de restrição (somente axial ou axial mais rotacional). Além disso, ao se fixar um valor para a restrição rotacional, as vigas com nível de restrição axial mais elevado apresentaram RF maiores do que aquelas com nível mais brando. O mesmo se verificou ao fixar a restrição axial e variar a rotacional. Vigas nos quais o efeito conjunto das restrições foi admitido conduziram a maiores RF do que aquelas apenas com restrição axial. Para a maior parte dos casos estudados, os aumentos das RF se mostraram significativos quando confrontados às vigas sem restrições. Assim, confirmou-se que os métodos simplificados normatizados que não consideram os efeitos provenientes das mesmas no dimensionamento para a situação de incêndio das vigas de concreto armado estão a favor da segurança. Os resultados numérico-experimentais aqui apresentados podem auxiliar na concepção de ferramentas alternativas para a consideração dos efeitos das restrições em projeto. / Reinforced concrete beams are submitted to thermal deformations when exposed to fire. The lengths of the spans elongate, a fact that triggers the horizontal displacement of their supports, and they begin to bend sharply, resulting in their rotation. If these deformations are hindered by the support conditions of the element or by surrounding structural elements, for instance, additional efforts will act on the beams in order to modify their performance when facing the action of fire. Studies have pointed out that the effects of such efforts may be beneficial to the fire resistance of the beams; however, in the few researches focused on the experimental analysis of this issue, the restraints were admitted only in an isolated way, i.e., the beams were either submitted to axial or to rotational restraints. Their coupled effect, more representative of what occurs in reality, and the consideration of different stiffness levels imposed on the deformations, were evaluated in numerical investigations, without suitable experimental data for validating the results, though. In this PhD Thesis, the performance of concrete beams was evaluated experimentally by performing bending tests on full-scale elements under different support conditions: unrestrained, only with axial restraints and with both axial and rotational restraints. Regarding the restrained elements, two levels of axial and rotational stiffness were analyzed, 0.02 and 0.04EA/l; 1 and 2EJ/l. There were also reference tests on simply supported beams at ambient temperature to check the load-bearing capacities and failure modes. The experimental data obtained for different beam static schemes still motivated the conception of numerical models that would be representative of their behavior. With the aid of the DIANA software, which is based on the finite element and displacement methods, beam models to represent beams tested at ambient temperature and in fire conditions were created. These models were implemented considering several properties that characterize the nonlinear behavior of the materials and led to good correlations when their results were compared to those obtained in the laboratory. The main conclusion of this experimental and numerical study was that the fire resistance of RC beams always increases when any type of restraint (axial or axial plus rotational) is introduced. In addition, by fixing the rotational stiffness, the beams with higher axial stiffness level presented higher fire resistance than those with the lower level. The same was observed by fixing the axial stiffness and varying the rotational stiffness. Beams in which the combined effect of the restraints was admitted led to higher resistances than those with only axial restraint. For most of the studied situations, the increases of the resistances showed to be significant when confronted with the ones for unrestrained beams. Thus, it was confirmed that the standard simplified methods that allow the non-consideration of these effects during the fire design of the RC beams lead to conservative results. The numerical and experimental results presented herein may aid in the conception of alternative tools that allow applying restraint effects to design.

Este trabalho tem por objetivo investigar as ligações viga-pilar misto preenchido, no tocante à transferência de forças de cisalhamento na região de ligação. O estudo engloba uma investigação experimental com ensaios do tipo push-out com carregamento centrado no núcleo de concreto e uma simulação numérica no pacote computacional DIANA visando obter dados de comportamento do mecanismo de transferência de forças de cisalhamento, aplicado à região de ligação viga-pilar. Foram utilizados modelos com 800 mm de altura e seção quadrada de dimensão (200 x 200 x 6,3) mm obtida a partir da composição de dois perfis U (200 x 100 x 6,3) mm. A resistência à compressão média do concreto de preenchimento foi de 50 MPa. Ao todo, foram ensaiados 3 modelos de ligação, utilizando chapas de extremidade e barras rosqueadas como mecanismo de ligação viga-pilar. Como elementos para transferência de forças entre o tubo de aço e o núcleo de concreto foram usados conectores tipo pino com cabeça ou cantoneiras. Os resultados experimentais mostraram a eficiência das barras rosqueadas e dos conectores de cisalhamento na transferência dos esforços de cisalhamento na ligação viga-pilar e na interface perfil de aço e concreto. A simulação numérica teve concordância satisfatória com os resultados experimentais obtidos. / In the design of concrete-filled steel tubular columns, the concrete and the steel tube must work together in order to achieve the overall resistance, stiffness and stability requirements. It is important that exists an adequate mechanism to transfer the forces from the steel beam to the steel tube, and then to the concrete core. This work presents a study on shear transfer in connections involving concrete-filled steel tubular columns and steel beams. The work was divided in two parts, being the first an experimental analysis with push-out tests, and the second one a numerical simulation of the tests, using the software DIANA. The tested specimens were 800 mm height , with square section (200 x 200 x 6,3mm) obtained from two welded U-shape profiles. A concrete with compressive strength of 50 MPa was used as a filling for the columns. Altogether, three connections with steel end plates and passing bars were tested. Two types of shear connectors between steel column and concrete core were used: stud-bolts and angles, and a reference specimen without connectors was also tested. The results showed the efficiency of the shear connectors in the tranference of forces.