O uso de perfis estruturais tubulares vem aumentando em grande escala no mundo, principalmente devido às vantagens associadas ao comportamento estrutural e estético, levando a uma intensa utilização nos países da Europa, Sudeste Asiático, América do Norte e na Austrália. Países como Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda fazem uso intensivo dessas estruturas e contam com uma produção corrente, industrializada e contínua com alto grau de desenvolvimento tecnológico. Diante deste fato, no Brasil, o uso desses perfis era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. A situação do mercado brasileiro começou a se alterar em razão da maior oferta desses perfis proporcionada pelo início da produção pela V&M do BRASIL no ano de 2000. Sendo assim, diante da novidade da tecnologia, impõe-se a necessidade de divulgação e implementação do uso desse tipo de perfil, além de uma ampliação do número de trabalhos de pesquisa para melhor compreensão de seu comportamento estrutural. O presente trabalho apresenta uma análise paramétrica de ligação reforçada tipo T, através da determinação da resistência última da ligação obtida pelo critério de deformação limite proposto por diversos pesquisadores, comparando os resultados com as prescrições do Eurocode 3, do Projeto de Norma Brasileira PN 02.125.03-004 e do CIDECT. As ligações objeto deste estudo são compostas por perfil tubular retangular (RHS) no banzo e perfis circulares (CHS) nos montantes. Nestas análises verificou-se a influência do reforço na região de encontro de banzo e montante, bem como a influência do esforços atuantes no banzo no comportamento global das ligações. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente dessa ligação. Os modelos em elementos finitos, foram desenvolvidos no programa Ansys 12.0. Como resultado final deste trabalho é apresentado o comportamento da ligação tipo T com reforço para diversos tipos de perfis (banzo e montante) e diferentes espessuras da chapa de reforço, fazendo comparação com o dimensionamento proposto pelo Projeto de Norma Brasileira PN 02.125.03-004. / The use of tubular structural profiles has increased in large-scale worldwide, mainly because of the technical advantages associated with the structural behavior and aesthetic, led to an intense use in Europe, Southeast Asia, North America and Australia. Countries like Canada, England, Germany and Netherlands make use these structures and have a current, industrialized and continuing production with a high level of technological development. Considering this fact, in Brazil, the use of these profiles has been quite limited, being restricted just to spatial coverage. Nonetheless situation in the Brazilian market has changed due to the supply of these profiles provided by the start of production from V&M do BRASIL in the year 2000, in front of this technological novelty, imposing the need for dissemination and implemation of the use of this type of profile, as well as an increase in the number of research papers providing a better understanding of its structural behavior. This dissertation presents a parametric analysis of reinforced T-joints by determining the joint ultimate strength obtained by the limit deformation criteria proposed by several researchers comparing the results with Eurocode 3, Brazilian Design Code Project PN 02.125.03-004 and CIDECT requirements. The joints object of this study are composed by tubular rectangular hollow section (RHS) in the chord and circular hollow section (CHS) in the braces. In these analyzes, it was verified the influence of reinforcements in the area against of the chord and brace, as well as the influence of acting efforts in the chord in the joint global behavior. The physical and geometrical nonlinearities were incorporated in the models, in order to fully mobilize the joint resistance capacity. The finite element method was developed with the Ansys 12.0 software. As final results of this dissertation, it is presented the reinforced T-joint behavior for several profile types (chord and brace) and different thicknesses reinforcement plates, in comparison to the design proposed by Brazilian Design Code Project PN 02.125.03-004

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5306.pdf: 6510064 bytes, checksum: b7a3095b2eb1b62ba399cfe3a2684382 (MD5) Previous issue date: 2013-07-11 / Financiadora de Estudos e Projetos / This report investigates the structural behavior, procedures for analysis and design of externally prestressed steel-concrete composite beams. Based upon the requirements outlined in ABNT NRB 8800:2008 for conventional composite beams and in the literature review, a systematic procedure was developed to design of externally prestressed steel-concrete composite beams requested the positive bending moment. Was analyzed the main modes of global collapse, especially the ultimate limit state design (ELU), which may occur in this type of structure. Also, elaborated a parametric study aimed to analyze the influence of variation in the level of prestressing and the eccentricity of tendons, as well as the constructive methodology (pretensioning and posttensioning) adopted for the the prestressing steel profile that makes up the of steel-concrete composite beam. The parametric study showed that in both methods the predominant failure mode occurs in 2nd Stage of construction. In models of composite beams analyzed with application of pretensioned when the tendon is positioned above the bottom flange of the profile steel the failure mode occurred for the combined bending and axial compression .As for the composite beams evaluated with posttensioned, independent of the position of the tendon, the failure mode occurred in function of the bending moment more than the allowable flexural strength. However, it is noted that the level of prestressing can be adequately calculated to ensure that there is no loss of carrying capacity of the structure. It was also observed that regardless of the constructive methodology adopted, higher eccentricities result in higher bearing capacity for the steel beam, as exposed in the literature review. While in Brazil is largely unexplored, there was widespread interest in the international literature on the subject in question and their variances, giving rise to theoretical and experimental. Also been mentioned as potential applications in the design of new structures and the renovation and rehabilitation of existing structures. / O presente trabalho discorre sobre o comportamento estrutural, procedimentos de análise e dimensionamento de vigas mistas de aço e concreto protendidas externamente. Embasado nas prescrições expostas na norma ABNT NRB 8800:2008 para vigas mistas convencionais e na revisão bibliográfica, um procedimento de cálculo foi desenvolvido para o dimensionamento de vigas mistas de aço e concreto protendidas externamente e solicitadas a momento fletor positivo. Foram analisados os principais modos de colapso globais, com destaque nos estados limites de últimos (ELU), que podem ocorrer nesse tipo de estrutura. Além disso, elaborou-se um estudo paramétrico que teve como objetivo analisar a influência da variação do nível de protensão e da excentricidade dos cabos de protensão; bem como da metodologia construtiva (pré-tração e pós-tração) adotada para a protensão do perfil de aço que compõe a viga mista de aço e concreto. O estudo paramétrico demonstrou que em ambas as metodologias o modo de colapso predominante ocorre na 2ª Etapa de construção. Nos modelos de vigas mistas analisados com aplicação de pré-tração quando o cabo está posicionado acima da mesa inferior do perfil de aço o modo de falha ocorreu por flexo-compressão. Já para as vigas mistas avaliadas com pós-tração, independe da posição do cabo, ocorre em função do momento fletor solicitante superar o momento fletor resistente da seção. No entanto, observa-se que o nível de protensão pode ser adequadamente dimensionado de maneira que não provoque a perda da capacidade de suporte da estrutura. Observou-se ainda que independente da metodologia construtiva adotada, maiores excentricidades resultam em maior capacidade resistente para a viga de aço, corroborando os estudos expostos na revisão bibliográfica. Embora no Brasil seja pouco explorado, observou-se um amplo interesse na literatura internacional sobre o tema em questão e suas variâncias, dando origem a pesquisas teóricas e experimentais. Também se aponta como potencialidades de aplicação em projetos de novas estruturas bem como na recuperação e reabilitação de estruturas existentes.

Este trabalho propõe uma organização para o processo de abastecimento de estruturas metálicas na construção de um prédio comercial, correlacionando a logística de suprimento do canteiro com a montagem das estruturas metálicas. A proposta foi desenvolvida a partir dos conceitos da logística empresarial e da concepção construtiva lean originário do Sistema Toyota de Produção e, posteriormente, foram aplicados em outros setores como o da construção civil. Para enfatizar problemas críticos do processo abastecimento de materiais e identificar suas soluções, foi estudada uma proposta logística para o suprimento das estruturas em uma obra localizada no Centro da cidade do Rio de Janeiro. A sincronização entre a atividade logística e o processo de montagem das estruturas seguiu a lógica lean de redução de tempos de espera, de eliminação de estoques em canteiro, como condição para a melhoria de produtividade da obra. Foi analisado o mapeamento da cadeia de valor do fluxo de materiais e operações compreendidos entre o depósito de estruturas e a obra, verificando o balanceamento de atividades de produção e os possíveis ganhos de produtividade. Os resultados obtidos evidenciariam potencial de ganho na medida em que fornece justificativas para a aplicação das atividades logísticas e das ferramentas lean na proposta de suprimento de estruturas. A proposta logística apresentada integra os fabricantes de estruturas com a obra e principalmente reduz as esperas e estoques em processo, que são considerados desperdícios na concepção construtiva lean. Conclui-se, portanto, que a logística é fator decisivo na viabilidade de qualquer processo construtivo, e que, especificamente, sob os conceitos do sistema de construção lean, reúne condições para a melhoria de produtividade do processo construtivo e por conseguinte aumento de competitividade. / In this Work is proposed the organization for structural steel supply process in the construction of a commercial building, correlating the supply logistic of the site with the assembly of the steel structures. The proposal was developed using the concepts of business logistic and of the original lean construction conception that was developed by Toyota Production system and later applied in other sections as the one of the building site. In order to emphasize critical problems of the provisioning process of materials and to identify there the main solutions, it was studied a logistic proposal for the supply of the structures in a located work downtown of Rio de Janeiro. The synchronization between the logistics activity and the structures assembly process followed the lean logic of reduction of wait time, of elimination of stocks in construction site, as condition for the improvement of the productivity of construction. It was analyzed the value stream mapping of the materials flow and operations understood between the structures warehouse and the construction site, verifying the swinging of production activities and the possible productivity gains. The obtained results would evidence potential earnings in the measure that it supplies justifications for the application of logistics activities and of the lean tools for structural steel supply. The proposal presented logistic integrates the manufacturers of structures with the work and mainly it reduces the waits and stocks in process, that wastes are considered in lean constructive conception. We can conclude that the logistic is a decisive factor in the viability of any construction process, and that, specifically, under the concepts of lean construction system, it gathers conditions for the improvement of productivity of the constructive process and consequently increase of competitiveness.

O uso de perfis estruturais tubulares vem aumentando em grande escala no mundo, principalmente devido às vantagens associadas ao comportamento estrutural e estético, levando a uma intensa utilização nos países da Europa, Sudeste Asiático, América do Norte e na Austrália. Países como Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda fazem uso intensivo dessas estruturas e contam com uma produção corrente, industrializada e contínua com alto grau de desenvolvimento tecnológico. Diante deste fato, no Brasil, o uso desses perfis era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. A situação do mercado brasileiro começou a se alterar em razão da maior oferta desses perfis proporcionada pelo início da produção pela V&M do BRASIL no ano de 2000. Sendo assim, diante da novidade da tecnologia, impõe-se a necessidade de divulgação e implementação do uso desse tipo de perfil, além de uma ampliação do número de trabalhos de pesquisa para melhor compreensão de seu comportamento estrutural. O presente trabalho apresenta uma análise paramétrica de ligação reforçada tipo T, através da determinação da resistência última da ligação obtida pelo critério de deformação limite proposto por diversos pesquisadores, comparando os resultados com as prescrições do Eurocode 3, do Projeto de Norma Brasileira PN 02.125.03-004 e do CIDECT. As ligações objeto deste estudo são compostas por perfil tubular retangular (RHS) no banzo e perfis circulares (CHS) nos montantes. Nestas análises verificou-se a influência do reforço na região de encontro de banzo e montante, bem como a influência do esforços atuantes no banzo no comportamento global das ligações. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente dessa ligação. Os modelos em elementos finitos, foram desenvolvidos no programa Ansys 12.0. Como resultado final deste trabalho é apresentado o comportamento da ligação tipo T com reforço para diversos tipos de perfis (banzo e montante) e diferentes espessuras da chapa de reforço, fazendo comparação com o dimensionamento proposto pelo Projeto de Norma Brasileira PN 02.125.03-004. / The use of tubular structural profiles has increased in large-scale worldwide, mainly because of the technical advantages associated with the structural behavior and aesthetic, led to an intense use in Europe, Southeast Asia, North America and Australia. Countries like Canada, England, Germany and Netherlands make use these structures and have a current, industrialized and continuing production with a high level of technological development. Considering this fact, in Brazil, the use of these profiles has been quite limited, being restricted just to spatial coverage. Nonetheless situation in the Brazilian market has changed due to the supply of these profiles provided by the start of production from V&M do BRASIL in the year 2000, in front of this technological novelty, imposing the need for dissemination and implemation of the use of this type of profile, as well as an increase in the number of research papers providing a better understanding of its structural behavior. This dissertation presents a parametric analysis of reinforced T-joints by determining the joint ultimate strength obtained by the limit deformation criteria proposed by several researchers comparing the results with Eurocode 3, Brazilian Design Code Project PN 02.125.03-004 and CIDECT requirements. The joints object of this study are composed by tubular rectangular hollow section (RHS) in the chord and circular hollow section (CHS) in the braces. In these analyzes, it was verified the influence of reinforcements in the area against of the chord and brace, as well as the influence of acting efforts in the chord in the joint global behavior. The physical and geometrical nonlinearities were incorporated in the models, in order to fully mobilize the joint resistance capacity. The finite element method was developed with the Ansys 12.0 software. As final results of this dissertation, it is presented the reinforced T-joint behavior for several profile types (chord and brace) and different thicknesses reinforcement plates, in comparison to the design proposed by Brazilian Design Code Project PN 02.125.03-004

A utilização de aços de alta resistência em terças formadas a frio faz com que as espessuras sejam cada vez mais reduzidas e, como consequência, os fenômenos de instabilidade mais pronunciados. Para melhorar a eficiência estrutural, enrijecedores longitudinais podem ser inseridos na alma, aumentando a resistência em relação ao modo de instabilidade local. Ainda que a utilização de seções com alma enrijecida seja uma prática comum, os procedimentos adequados para seu dimensionamento são pouco abordados na literatura. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento estrutural de terças formadas a frio de seção transversal ZAE, com enrijecedores de borda a 90º e dois enrijecedores longitudinais na alma. Para tanto, foram realizadas análises teórica e experimental de um conjunto formado por terças com alma enrijecida ZAE e suas equivalentes de alma plana, as seções Z com enrijecedores de borda a 90°. Apesar de ter sido dada ênfase às solicitações por força cortante e por combinação de momento fletor e força cortante, foram realizados ensaios complementares para avaliar a predominância de momento fletor. As alterações nos esforços críticos elásticos devido à presença dos enrijecedores foram analisadas teoricamente, e os dados experimentais e numéricos foram utilizados para prever a interação. Os resultados teóricos indicaram que os enrijecedores longitudinais têm pequena influência nos modos de instabilidade distorcional e global, porém grande influência no modo local, promovendo um aumento significativo das tensões críticas em relação às seções correspondentes de alma plana. Já os resultados experimentais mostraram que a capacidade resistente das seções Z foi superior a das seções ZAE, devido principalmente à mobilização do campo de tração e à maior restrição rotacional da mesa conferida pela ligação. Os protótipos sem restrição à distorção apresentaram falha prematura, ocasionada pela rotação da mesa na região dos apoios. Considerando os protótipos com restrição à distorção, os resultados atenderam às curvas de interação circular e trilinear. Concluiu-se que o projeto de terças com alma enrijecida pode ser realizado utilizando a expressão de interação trilinear e o momento fletor resistente do modo distorcional. / The use of high strength steel in cold-formed purlins leads to a reduction in thickness and, as a consequence, the instability becomes more significant. In order to improve the structural efficiency of the sections, longitudinal stiffeners can be inserted into the web, increasing the strength in relation to local buckling. Although the use of sections with stiffened web is a common practice, the appropriate procedures for design are rarely discussed in scientific literature. The purpose of this work was to study the structural behavior of cold-formed steel purlins ZAE-sections, with 90º lips and two longitudinal stiffeners in the web. Therefore, theoretical and experimental analyses were performed, involving a set of purlins with stiffened web ZAE-sections and their equivalent plain web, the Z-sections with 90º lips. Although emphasis was given in shear and combined bending and shear, additional experimental tests were performed to evaluate the predominance of bending. Changes in critical elastic buckling stresses due to longitudinal stiffeners were evaluated and experimental and numerical data were used to predict the interation. Theoretical results indicated that longitudinal stiffeners of the ZAE-sections have little influence on distortional and global buckling. However, it has a great influence on local buckling, promoting a significant increase of the critical stresses in relation to the Z-sections. Experimental results showed that the ultimate strength of the Z-sections was higher than ZAE-sections, mainly due to the development of tension field action and the rotational restraint of the web conferred by the connection. The prototypes without distortion restraint presented premature failure, caused by rotation of the web in the region of the supports. Considering the distortion-constrained prototypes, the results satisfied the \"circular\" and \"trilinear\" interaction curves. It was concluded that design of purlins with stiffened web can be performed using the \"trilinear\" interaction expression and the distortional buckling moment capacity.

Neste trabalho foi implementada uma técnica para considerar ligações semirrígidas elastoplásticas para a análise não linear geométrica de pórticos planos. As ligações semirrígidas foram consideradas com o comportamento elastoplástico multilinear e modeladas via o Método dos Elementos Finitos (MEF). Esta técnica foi acoplada ao programa AcadFrame, baseado no Método dos Elementos Finitos Posicional (MEFP) para a análise não linear geométrica de pórticos planos e treliças planas. O acoplamento numérico foi realizado através de uma formulação algébrica em que a matriz de rigidez das ligações semirrígidas elastoplásticas e as forças internas das ligações são somadas à matriz e ao vetor de forças internas da estrutura a cada iteração no processo de Newton-Raphson. Conceitos de álgebra linear e tensorial, dinâmica não linear, deformação, tensão, princípios variacionais e métodos numéricos são necessários para este propósito. Simular-se-ão diversos exemplos de ligações semirrígidas de estruturas metálicas e de concreto pré-moldado para a verificação das implementações realizadas. O trabalho permite a análise não linear geométrica de pórticos planos considerando as ligações semirrígidas elastoplásticas. / This work presents a technique to consider elastoplastic semi-rigid connections for geometric nonlinear analysis of plane frames. The connections were considered semi-rigid with elastoplastic behavior and modeled by The Finite Element Method (FEM). This technique was coupled to AcadFrame program, based on the Finite Element Method for geometric nonlinear analysis of plane frames and trusses flat. The numerical coupling is made by an algebraic formulation where, at each iteration of the Newton-Raphson process, the connections stiffness matrix and elastoplastic internal forces of are added to the Hessian matrix and the internal force vector of the structure. Concepts of linear and tensor algebra, non-linear strain, stress, variational principles and numerical methods are needed for this purpose. Several examples with semi-rigid connections are solved to verify the proosed formulation and performed implementations. This study allows geometric nonlinear analysis of plane frames considering elastoplastic semi-rigid connections, as steel and precast concrete structures.

The structural design engineer normally considers the soil element that supports foundation of a building behaves as a undeformable solid remains unchanged after application of the load over time. The practice in the design of foundations but indicates that the soil when subjected to loading of a building, it deforms and causes a disturbance in the structure. This phenomenon is called soil-structure interaction and had their computed for metal shed arch truss metallic circular effects. Changes in stresses and strains in the joints of the metal structure and displacements recorded on their joints were studied. The normal stress on the footing-soil interface and displacements occurred were also the object of the study. The procedure compared the solution using immovable supports with hypothesis admitting footing of various sizes by computing the effects of Soil-Structure Interaction. To obtain the results was performed a numerical modeling using finite element method using SAP 2000® software. The results confirmed that the initial estimate was that, even with small dimensions footings supporting large loads resulting from eccentricity moments and still involved only compressive stresses on the soil-footing interface. / O engenheiro projetista de estruturas normalmente considera que o solo, elemento que suporta as fundações de uma edificação, comporta-se como sendo um maciço indeformável permanecendo inalterado após a aplicação do carregamento ao longo do tempo. A prática no projeto de fundações indica porém que o solo quando submetido ao carregamento de uma edificação se deforma e com isso provoca uma perturbação na estrutura. Este fenômeno é denominado Interação Solo-Estrutura e teve os seus efeitos computados para um Galpão Metálico Treliçado em Arco Metálico Circular. Foram estudadas as alterações dos esforços e tensões nas hastes da estrutura metálica e os deslocamentos verificados nos seus nós. As tensões normais na interface sapata-solo e os deslocamentos ocorridos também foram objeto do estudo. O procedimento comparou a solução utilizando apoios indeslocáveis com as hipóteses admitindo sapatas de várias dimensões computando-se os efeitos da Interação Solo-Estrutura. Para a obtenção dos resultados foi efetuada uma modelagem numérica utilizando o Método dos Elementos Finitos através do software SAP 2000®. Os resultados encontrados confirmaram a estimativa inicial que era a de que, mesmo sapatas com pequenas dimensões suportando grandes excentricidades decorrentes de cargas e momentos ainda assim trabalhavam apenas com tensões de compressão na interface sapata-solo.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / INCT - Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia / O Monitoramento da Integridade Estrutural baseado na técnica da Impedância Eletromecânica permite a detecção de alterações em estruturas, possibilitando a identificação e o reparo de danos. A técnica baseia-se em obter assinaturas de impedância da estrutura monitorada, em diversos momentos da operação da mesma. Possíveis danos são identificados pela comparação matemática entre as assinaturas obtidas. Sendo uma técnica bastante precisa, variações na temperatura e efeitos externos como vibrações e campos eletromagnéticos atuantes sobre a estrutura monitorada representam perturbações que tendem a gerar erros no processo de monitoramento. Para tornar o processo de diagnóstico mais robusto, torna-se necessário dissociar os verdadeiros efeitos de alteração estrutural daqueles que são considerados interferências externas. O presente trabalho tem por objetivo mostrar um estudo de caso, usando um painel aeronáutico de alumínio como corpo de prova, em que a influência dos fatores não previstos na técnica da impedância é identificada e caracterizada por meio de modelos estatísticos. Para realizar estas análises, foram executados experimentos utilizando transdutores piezelétricos acoplados ao referido painel. Os experimentos submeteram o painel à variação de temperatura e à inclusão de danos simulados. A partir dos dados de assinatura de impedância obtidos, comprovou-se a eficiência dos modelos estatísticos elaborados, sendo possível tanto separar e identificar a influência do dano simulado e da temperatura quanto estabelecer um intervalo de confiança nas análises desenvolvidas. Com esses resultados, é possível indicar que a técnica de análise estatística proposta torna-se uma útil ferramenta de pré-processamento de dados em aplicações de monitoramento de estruturas baseados no método da impedância eletromecânica. / Structural Integrity Monitoring based on the Electromechanical Impedance technique allows the detection of changes in structures, allowing the identification and repair of damages. The technique relies on obtaining impedance signatures from the monitored structure, at various moments of its operation. Possible damages are identified by the mathematical comparison between the signatures obtained. As a very precise technique, variations in temperature and external effects such as vibrations and electromagnetic fields acting on the monitored structure represent perturbations that tend to generate errors in the monitoring process. To make the diagnostic process more robust, it becomes necessary to decouple the true structural alteration effects from those that are considered external interferences. The present work aims to show a case study using an aluminum aeronautical panel as a test body, in which the influence of factors not predicted in the impedance technique is identified and characterized by means of statistical models. To perform these analyzes, experiments were performed using piezoelectric transducers coupled to said panel. The experiments subjected the panel to temperature variation and to the inclusion of simulated damages. From the impedance signature data obtained, the efficiency of the elaborated statistical models was verified, being possible to separate and identify the influence of the simulated damage and the temperature, as well as to establish a confidence interval in the developed analyzes. With these results, it is possible to indicate that the proposed statistical analysis technique becomes a useful tool for data preprocessing in structural monitoring applications based on the electromechanical impedance method. / Dissertação (Mestrado)