Este trabalho de pesquisa apresenta um modelo numérico para a análise de estruturas planas sob excitação aleatória induzida pelo vento. O comportamento não-linear da estrutura é considerado adotando-se um modelo constitutivo elasto-plástico para o material, aço estrutural. Os elementos das estruturas estudadas estão sujeitos ao surgimento e desaparecimento de rótulas plásticas, levando a um dimensionamento mais econômico. O conhecimento a respeito de vibrações aleatórias de estruturas lineares encontra-se estabelecido. Por outro lado, poucos resultados encontram-se disponíveis para o caso não linear considerado. Para a simulação de vibrações aleatórias uma análise de Monte Carlo é utilizada. Uma função de densidade espectral de potência das velocidades do vento é usada para gerar um certo número de funções harmônicas de carregamento. Os ângulos de fases destes harmônicos são gerados por um algoritmo pseudo-aleatório. Para cada função de carregamento realiza-se uma integração direta no tempo pelo método de Newmark. A grande quantidade de dados de resposta é tratada estatisticamente de modo a permitir a obtenção de conclusões, a respeito da possibilidade de ocorrência de eventos desfavoráveis, do ponto de vista da engenharia. / This work presents a numerical model to analyze structures under random dynamic excitation induced by the wind. The structure is considered to have nonlinear behavior due to the elastic-plastic constitutive law adopted for the material, structural steel. The members of the studied structures may experience formation or disappearance of plastic hinges, leading to a more economic design. Random vibrations of linear structures is a well established subject. On the other hand, very few results are available for the nonlinear case as the one considered. To simulate random vibrations a Monte Carlo type analysis is used. A power spectral density function for wind velocity is used to generate a large number of harmonic input functions. Their phase angles are generated via a pseudo-random algorithm. Numerical time integration using Newmark’s method is performed for each input function. The large amount of response data obtained is statistically treated to allow for useful engineering conclusions on the probability of occurrence of unfavorable events.

A presente Dissertação apresenta algumas metodologias disponíveis para o dimensionamento do material de revestimento contra fogo de estruturas de aço em situação de incêndio. Incluem-se métodos analíticos simplificados conforme normas em vigor e resultados de análises experimentais obtidos por laboratórios internacionais e nacional. Detalha-se também a aplicação do programa de computador Super Temp Calc (STC), em análise térmica e dimensionamento de pilares, revestidos ou não por material de revestimento contra fogo, em contato com alvenarias. Comparações entre esses métodos e sugestões de emprego para a prática de projeto também são contemplados neste trabalho. / This present work shows some methodologies to determine the thickness of the fire protective material in steel structures in a fire situation. It shows analytical methods based on actual standards and results of experimental analysis by international and national laboratories. The application of the program Super Temp Calc (STC) is detailed, by thermal analysis and designs of columns, with fire protection or not, in contact with masonry. Comparisons between some methods and suggestions by use for design´s practical also are contemplated in this work.

Este trabalho apresenta resultados teóricos e experimentais sobre o comportamento estrutural de ligações parafusadas viga-coluna com chapa de topo. São estudados dois tradicionais métodos de dimensionamento e as ligações são analisadas numericamente, via método dos estados limites. Os resultados são comparados com os obtidos através de ensaios de 35 protótipos, nos quais variou-se, alternadamente, a espessura da chapa de topo e o diâmetro dos parafusos. Discute-se, em particular, a influência destes parâmetros no comportamento momento-rotação das ligações com chapa de topo e, ao final, apresentam-se as conclusões pertinentes e recomendações para o prosseguimento dos estudos. / This work presents the theoretical and experimental results on the structural behavior of bolted end plate connections. They are designed by two traditional methods and analyzed by the finite element method. Comparisons are made between the FEM results and those obtained by an experimental analysis on 35 cruciform welded profile models, in which end plate thickness and bolt diameter was alternately varied. Special attention is paid for evaluating the influence of these parameters in the moment rotation behavior of the connections. Finally, the remarks and conclusions are presented and some topics for posterior researches are suggested.

O presente trabalho aborda alguns aspectos estruturais e construtivos das estruturas metálicas espaciais. Inicialmente apresentam-se um breve histórico deste sistema estrutural, algumas informações gerais a respeito das classificações das estruturas espaciais, das \'tipologias\' para alguns dos sistemas mais utilizados, assim como exemplos de aplicação destas estruturas. A seguir discutem-se aspectos relativos à análise estrutural, com a apresentação de um breve roteiro de cálculo para uma cobertura em treliça espacial. Finalmente apresentam-se alguns resultados teóricos e experimentais relativos a barras comprimidas de inércia variável ao longo do comprimento. / In this work, some structural and constructional aspects of metal space structures are presented. lnitially, a brief review of this structural system is described together with some general informations about classifications, types and applications of usual systems. In addition, some aspects about structural analysis are discussed, presenting a brief guide for a space truss design. Finally, some theoretical and experimental results are illustrated for a case of axial compression members with variable stiffness.

A esbeltez dos perfis de aço formados a frio pode resultar na interação entre diferentes modos de flambagem, tornando a análise desses componentes uma tarefa complexa. Para o projeto de perfis formados a frio, é fundamental a compreensão da natureza do modo de flambagem ao qual estão submetidos. O cálculo de modos de flambagem puros e a quantificação da interação de modos contribuem para o estudo do comportamento desses perfis. Nesse trabalho, o cálculo da carga crítica elástica de modos de flambagem puros ou combinados é realizado através do uso de modelos de elementos finitos restringidos. Para o cálculo focado em uma classe de flambagem específica (de modos globais, distorcionais, locais ou outros), diferentes procedimentos de restrição são propostos. Utilizando um procedimento de restrição geral, o campo de deformações do modelo é restringido de acordo com uma combinação de modos de deformação da seção, definidos com base nos conceitos da teoria generalizada de vigas e do método das faixas finitas restringido. Na direção longitudinal do perfil, podem ser combinados diversos componentes harmônicos que respeitem as condições de contorno das extremidades. Também são mostrados casos em que todos os componentes harmônicos longitudinais possíveis podem ser automaticamente considerados. O cálculo de modos de flambagem combinados possibilita, automaticamente, a quantificação da interação dos modos considerados. Para validação dos procedimentos propostos, são apresentados resultados numéricos da análise de um perfil C com enrijecedores de borda, com duas diferentes condições de contorno das extremidades, e submetidos a dois tipos de carregamento. Os resultados são comparados com os fornecidos pela teoria generalizada de vigas e pelo método das faixas finitas restringido. Os procedimentos de restrição são aplicados na análise de um perfil inspirado em uma estrutura real com apoios intermediários (ao longo do comprimento), explorando a vantagem da implementação utilizando elementos finitos. O potencial dos procedimentos aqui propostos é discutido. Finalmente, foram sugeridos novos objetivos para a continuação desse trabalho. / The slenderness of cold-formed steel member can result in the interaction of different buckling modes, making the analysis of these members a complex task. In the design of thinwalled members, the understanding of the nature of the buckling mode is fundamental. The calculation of pure buckling modes and the evaluation of the interaction amongst the buckling modes help in the study of the behavior of thin-walled members. In this research, the elastic critical buckling load calculation of pure and combined buckling modes is carried out using constrained finite element models. Different constraining procedures are proposed for the calculation focused on each buckling class (of global, distortional, local or other modes). Using a general constraining procedure, the deformation fields of the model are constrained in accordance with a combination of section deformation modes, which are defined based on the concepts of the generalized beam theory and the constrained finite strip method. In the longitudinal direction on the member, several harmonic components may be combined, which must meet the boundary conditions of the member ends. Cases where all possible longitudinal harmonic components can be automatically considered are also presented. In order to validate the proposed procedures, numerical results are presented on the analysis of a lipped channel, with two different configurations of boundary conditions at member ends and submitted to two different types of loading. The results are compared to the ones provided by the generalized beam theory and the constrained finite strip method. The constraining procedures are applied to the analysis of a member inspired by a real structure with intermediate supports (between the member ends), exploring the advantages of the implementation using the finite element method. The potentiality of the procedures proposed herein is discussed. Finally, new aims are proposed in order to continue this research.

As vigas casteladas são fabricadas a partir do corte em zigue-zague da alma de perfis I, após são deslocados e soldados, fazendo com que a viga tenha uma expansão na altura, porém sem aumentar a massa do perfil. As mesmas voltaram a ser uma opção competitiva devido aos avanços tecnológicos, que possibilitam a automação do corte e solda da alma do perfil e com o inicio das produções de perfis I laminados no Brasil em 2002. Apresenta grandes vantagens proporcionando a passagem de dutos e tubulações, aumento na rigidez no plano de flexão e boa estética. O presente trabalho apresenta um estudo analítico-numérico realizado com objetivo de verificar o comportamento de vigas casteladas e vigas casteladas mistas, a fim de apresentar e/ou propor dimensionamentos conforme a norma brasileira para as mesmas. Os trabalhos apresentados por Cimadevila (2000) e Veríssimo (2012) foram utilizados para formulação da análise de vigas casteladas. O trabalho de Lawson (2011) que aborda vigas casteladas mistas com aberturas (circulares e retangulares), que é baseado no EUROCODE 3 (2005), foi utilizado para formulação da metodologia de análise de vigas casteladas mistas. Foram realizadas planilhas para análise de vigas casteladas e vigas mistas com aberturas utilizando as metodologias estudadas, e planilhas de análise de vigas casteladas mistas com a metodologia proposta. Utilizando-se o software ANSYS as planilhas e metodologias puderam ser testadas e validadas. Foram selecionados alguns projetos de dimensionamento para comparar vigas de alma cheia, vigas casteladas, vigas mistas, vigas mistas com aberturas e vigas mistas casteladas. / Castellated beams are made of metal I-beams, in which the webs are first divided by a lengthwise zigzag cut, then these parts are welded together in order to join the peaks of both parts, thus increasing its depth and strength, without mass increasing. Castellated beams are again competitive due to technological advances, which enabled automatic cut and welding the web of the I-beams, and with the beginning of the production of rolled metal I-beams in Brazil in 2002. They exhibit great advantages, such as passing of ducts and pipes, increasing bending stiffness, and having good aesthetics. This work presents analytical and numerical studies looking for analysis the behavior of castellated beams and composite castellated beams in order to develop design methods satisfying the corresponding Brazilian code. The castellated beams analysis were based in the works of Cimadevila (2000) and Veríssimo (2012). The work of Lawson (2011), which concerns composite castellated beams and is based on EUROCODE 3 (2005), was used for the formulation of the methodology of the analysis of composite castellated and cellular beams. Spreadsheets were developed for analysis of castellated beams and composite beams with web openings, using both, the studied methodologies and the suggested methodologies for the composite beams. Using ANSYS software, it was possible to test and validate the developed spreadsheets. Design projects of full web beams, castellated beams, composite beams, composite castellated beams and composite beams with web openings were selected for comparison.

O comportamento estrutural de veículos de transporte coletivo, quando submetido a eventos de impacto, é de grande relevância na engenharia automobilística, pois principalmente o ônibus, vem se tornando um dos meios de transporte de elevada importância, sendo que seu uso vem aumentando a cada ano. No entanto, as estruturas de ônibus que circulam nas estradas brasileiras não são capazes de resistir, sem causar danos aos passageiros, a eventos de impacto em acidentes, o que pode ser verificado em pesquisas divulgadas pela Agência Nacional de Transportes Terrestres (ANTT) em 2007, que mostra a evolução de acidentes e vítimas envolvendo ônibus, que cada ano aumentam consideravelmente. Neste contexto, pretende-se desenvolver um absorvedor de impacto que aumente a capacidade de absorção da energia de impacto e evite a invasão da região de sobrevivência dos passageiros, e desta forma diminuindo o número de vítimas em acidentes. Serão abordados neste trabalho eventos de impacto semi-frontal, justificado pela gravidade dos acidentes desse tipo nas estradas, sendo este o tipo de acidente que deixa um maior número de vítimas, pois geralmente parte da estrutura lateral do ônibus é removida, expondo os passageiros no período de impacto. Esse efeito é conhecido como “Efeito Abridor de Latas”. O modelo numérico deste trabalho será formado por elementos unifilares, sendo a estrutura do ônibus formada por vigas flexíveis e/ ou rígidas, unidas através de juntas não lineares rotacionais e translacionais. A rigidez de cada junta não linear é obtida a partir de métodos analíticos que descrevem o comportamento do tubo de parede fina quando submetido a impacto. / The structural behavior of transportation vehicles when subjected to events of impact is of great relevance in automotive engineering, mainly because the bus has become a highly important alternative means of transportation, and its use is increasing every year. However, the structures of the buses circulating on Brazilian roads are not able to withstand strong impact, without causing passengers’ injury in events where accidents occur, which can be shown in surveys released by the National Transport Agency (ANTT) in 2007, presenting that the great incidence of accidents with victims involving buses is increasing considerably every year. In this context, the development of an impact absorber that had the capability to increase the impact energy absorption and prevent the invasion of part of bus on the region where passengers are located (reducing the number of fatalities in accidents) are the objectives of this work. In this work, a semi-frontal impact will be presented and studied due to the severity of such accident, as the side of the bus structure is removed, exposing the passengers during the impact. This is the effect known as “Can opener effect”. The numerical model of this study will consist of a single-wire element, with a bus structure formed by flexible and/or rigid beams joined by nonlinear rotational and translational joints. The rigidity of each nonlinear joint is obtained by analytical methods describing the behavior of a thin-walled tube subjected to an impact force.

Orientador: João Alberto Venegas Requena / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-17T11:24:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Montagner_SergioLuiz_M.pdf: 16057258 bytes, checksum: 485609187652884da30fd6467e760158 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A aplicação de estruturas mistas está sendo cada vez mais utilizada para a otimização dos custos da estrutura em obras civis. Uma alternativa para este tipo de estrutura é o composto por uma viga treliçada de perfil metálico e uma mesa de concreto armado conectado à viga metálica através de conectores de cisalhamento. Esta é uma alternativa de baixo custo final, porém com um agravante, não está prevista em normas nacionais vigentes. A norma canadense, CZSC [7] (Canadian Institute of Steel Construction - Handboock of Steel Construction), é uma das poucas normas que descreve o dimensionamento deste tipo de estrutura. É com o auxílio desta e de outras normas internacionais, como o Eurocode 4 [10/11] (European Standard - Design ofComposite Steel and Concrete Strutures) e a AISC [1] (American Institute of Steel Construction, Inc. - Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings), assim como com o estudo do contexto em que este tipo de estrutura está sendo empregado mundialmente através de artigos e literaturas específicas, que este projeto, a partir desta problemática, tem por objetivo formular uma solução que atenda às limitações da norma nacional, a NBR 8800 [24] (Norma Brasileira Registrada - Projeto e Execução de Estruturas de Aço em Edifícios), adaptando-a às proposições da revisão de seu escopo, a NBR 8800 [23] (Norma Brasileira Registrada 8800 - Projetos e Execução de Estruturas de Aço e de Estruturas Aço-Concreto de Edifícios), resultando ao final na automatização de seu dimensionamento através de um programa computacional desenvolvido ao longo desta pesquisa. / Abstract: Not informed. / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Este trabalho apresenta um estudo sobre as estruturas metálicas espaciais abordando os seguintes aspectos: histórico e desenvolvimento, tipos, vantagens do sistema tridimensional e comportamento estrutural. Atenção especial é dispensada às tipologias de treliças espaciais mais comuns no Brasil, formadas por tubos circulares com variações de inércia nas extremidades. A influência da variação de inércia nas extremidades das barras no comportamento destes elementos isoladamente (resistência à compressão) e comportamento global da estrutura, foi estudada via elementos finitos. Descrevem-se vários sistemas de ligações patenteados utilizados em outros países e os comumente usados no Brasil. Apresentam-se resultados experimentais e teóricos de uma treliça espacial com dimensões em planta de 7,5 x 7,5 m. Na análise teórica foram considerados a variação de inércia nas barras e os efeitos da não linearidade geométrica. Analisou-se também, com as mesmas considerações anteriores, modelos de treliças espaciais de dimensões maiores que o modelo ensaiado. / This work presents a study of space steel structures including the following aspects: history and development, types, advantages of three-dimensional system and structural behaviour. It is given special attention to the most common types of space trusses in Brazil, composed of tubular sections bars with flattened ends. The influence of the variable stiffness on each element\'s behaviour (compressive strength) and on the global structural behaviour has been studied with the use of finite elements. Various patent connection systems used in other countries and those commonly used in Brazil are described. Experimental and theoretical results of a 7,5 m-long by 7,5 m-wide space truss are presented. In the theoretical analysis, variable stiffness and effects of geometrical non-linearity have been considered. Still applying the above considerations, larger space truss models have been also analysed.

A publicação da Norma de Desempenho (ABNT NBR 15.575:2013) e a intensificação das discussões sobre o meio ambiente têm trazido ainda mais destaque para as demandas de desempenho, sustentabilidade e construtibilidade nos projetos de edifícios. Se a inserção dessas demandas em projeto é um desafio, sua obtenção durante a execução do edifício é ainda mais difícil, sobretudo ao se considerar o processo tradicional que ainda domina a produção. Por outro lado, a industrialização do processo construtivo, facilitada pela utilização de tecnologias pré-fabricadas, tem potencial de atender às exigências de desempenho, sustentabilidade e construtibilidade. O arquiteto, enquanto profissional atuante desde o início do processo de projeto, é protagonista da seleção tecnológica, com capacidade de influenciar na adoção de um processo produtivo mais industrializado. Para discutir como o arquiteto pode melhorar sua postura frente às demandas de desempenho, sustentabilidade e construtibilidade, ocupando seu papel de agente integrador no processo de projeto, este trabalho aborda as tecnologias construtivas pré-fabricadas para vedações verticais externas (VVE) de edifícios em estrutura metálica. O objetivo principal deste trabalho é propor diretrizes para seleção tecnológica de VVE de edifícios em estrutura metálica, para o desenvolvimento do projeto de arquitetura, considerando os objetivos do empreendimento e as exigências relacionadas a desempenho, sustentabilidade e construtibilidade. A realização deste trabalho adota duas estratégias de pesquisa: revisão bibliográfica e entrevistas com projetistas de arquitetura e incorporador, com experiência na adoção de estrutura metálica e tecnologias pré-fabricadas de VVE em seus projetos. Como resultado, são propostas: diretrizes voltadas para o processo de projeto de arquitetura, incluindo recomendações para a organização da empresa de projeto que busca tomar decisões sobre tecnologias de VVE pautada em requisitos técnicos; diretrizes para identificar se o empreendimento está inserido em \"nichos estratégicos\" e se o \"ambiente\" para sua realização é favorável à adoção de tecnologias construtivas pré-fabricadas; e diretrizes para atendimento às exigências de desempenho, sustentabilidade, construtibilidade e legislação e normas técnicas a serem seguidas pelos projetistas de arquitetura. Conclui-se que, para responder às demandas de desempenho, sustentabilidade e construtibilidade, buscando adotar tecnologias construtivas pré-fabricadas de VVE, são necessários ao projetista de arquitetura: participação, de fato, na etapa de execução do edifício; estabelecimento de parcerias com agentes envolvidos no processo do empreendimento; manter-se atualizado quanto à legislação e normas técnicas (que têm revelado a tendência de não restringir ao uso de tecnologias construtivas tradicionais); especificar por desempenho as tecnologias de VVE adotadas em projeto; acompanhar a evolução das informações sobre o impacto ambiental gerado pelas tecnologias de VVE; e adotar os princípios de Coordenação Modular nos projetos. / The publication of NBR 15575: 2013 and the growing discussion about environment have brought even more emphasis on some specific demands, such as performance, sustainability and constructability in building projects. Considering that including these demands on design is a challenge, during the building construction is even more difficult, especially regarding the traditional process, which still dominates the production. On the other hand, the industrialization of construction, facilitated by usage of prefabricated technology, has potential to meet performance, sustainability and constructability requirements. The architect, an active professional since the beginning of design process, is the protagonist of technology selection and able to influence the choice for a more industrialized construction process. In order to discuss how an architect could improve his job when it comes to performance, sustainability and constructability demands, assuming an integrating agent role on design process, this research approaches the prefabricated technologies for external walls of steel structural buildings. The main purpose of the research is to propose guidelines for technology selection of external walls of steel structural buildings, aiming the architectural design development, considering the project goals and requirements related to performance, sustainability and constructability. Therefore, two research strategies have been chosen: literature review and interviews with architectural designers and developer, experienced in adopting steel structure and prefabricated technologies for external walls on their projects. As a result of this, it is proposed: guidelines oriented for the architectural design process, including recommendations to organize the design company which seeks for selecting technologies for external walls driven by technical requirements; guidelines to identify if the project is included on \"strategic segments\" and if the \"environment\" for its execution is advantageous to the adoption of prefabricated building technologies; and guidelines to meet performance, sustainability, constructability, legislation and technical standards requirements to be followed by architectural designers. In conclusion, to meet performance, sustainability and constructability demands, aiming the adoption of prefabricated building technologies for external walls, there are some specific needs for architectural designers: active participation on building execution phase; establishing partnerships with stakeholders during the development process; be up to date on the legislation and technical standards (which have been showing a trend to do not restrict the usage of traditional building technologies); to specify by performance the technologies for outside walls chosen on the project; follow the information development about environmental impact generated by outside wall technologies; and adopt the principles of Modular Coordination on the projects.