Este trabalho aborda o estudo de pilares preenchidos flexo-comprimidos e algumas ligações viga-pilar preenchido. Para ambos, são realizadas experimentações com modelos físicos e numéricos, sendo que para os pilares preenchidos um amplo estudo paramétrico foi desenvolvido. Ao todo, foram ensaiados 13 pilares preenchidos flexo-comprimidos, cujos valores de força última são comparados com aqueles provenientes da simulação numérica via programa CFT e, os demais resultados, comentados e discutidos. Aferido, o programa CFT foi utilizado no estudo paramétrico com o intuito de avaliar a influência de parâmetros como resistência dos materiais, excentricidade da força axial, eixo de flexão e relação lado/espessura na capacidade resistente do pilar preenchido. Quanto às ligações viga-pilar, foram ensaiadas 4 tipologias de ligação, sendo duas compostas por chapas de extremidade e parafusos passantes e duas soldadas, sendo uma delas enrijecida por cantoneiras soldadas no interior do perfil tubular. Discutem-se os resultados, sobretudo quanto ao comportamento momento-rotação das tipologias investigadas. As ligações também foram investigadas via simulação numérica e os resultados obtidos permitiram elaborar diretrizes para o aprimoramento de tais simulações. Por fim, são apresentadas as conclusões pertinentes a este trabalho e recomendações para novas pesquisas / This research thesis presents a study of concrete filled steel columns subjected to combined bending and compression and beam-column connections. In both cases, tests were conducted on physical and numerical models, resulting in the development of a wide range of parametric studies for the case of the concrete filled steel columns. 13 concrete filled steel columns were tested under combined bending and compression loads whose ultimate values were compared to ultimate forces obtained from numerical simulations using the CFT computer program. After calibration, the computer program was used in the parametric study with the aim of verifying the influence of parameters, such as the material strength, eccentricity of the axial force, bending axis and breadth/thickness relation, on the ultimate load carrying capacity of the concrete filled steel columns. With respect to the beam-column connections, four types of connections were tested, two of them composed of endplate and bolts, while the other two were welded, with one of them stiffened by an angle steel placed inside the steel tube. The obtained results are discussed, giving more emphasis to the bending moment-rotation behaviour of the tested specimens. The beam-column connections were also investigated numerically. The obtained results permit the laying out of important directives for the improvement of such numerical simulation tools as the one employed in the present thesis. Lastly, pertinent conclusions relative to this thesis and recommendations for future research are presented

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Suelio da S Araujo.pdf: 1201670 bytes, checksum: d9dc94ec3063ff4a2fbf8af7ce722d6b (MD5) Previous issue date: 2011-08-15 / The knowledge of the compressive strength and static modulus of elasticity is fundamental to the study of deformations of concrete, since deformations can cause cracks that compromise both the structural behavior of the element and serve as an entry to deleterious agents. For purposes of correlating values of compressive strength and static modulus of elasticity of concrete, cylinders were cast with different strengths, different types of strain measurements were taken, different specimen sizes and the loading speed of the testing machine. The specimens were tested at the age of 28 days to determine the compressive strength and static module of elasticity according to ABNT NBR 8522:2008, using different types of strain measurement devices: two mechanical dial indicators, surface bonded strain gages, clip gauges and LVDT (Linear Variable Differential Transducer). Two hundred and fifty eight specimens were cast with dimensions 150 mm x 300 mm and 100 mm x 200 mm using conventional normal strength concrete (NC - Class C30) and high strength concrete (HSC - Class C60). The experimental program was divided into two stages. First the static modulus of elasticity of concrete was measured to evaluate the accuracy of the method using different measuring devices and the accuracy of the method to a loading speed of 0.6 MPa/s. Then, the modulus of elasticity using different deformation measuring devices at a loading speed of 0.3 MPa/s and 0.6 MPa/s was measured. As for concrete NC and HSC, it was found that the specimens 100 mm x 200 mm obtained higher dispersion in relation to 150 mm x 300 mm specimens. In the first stage of the research, 100 mm x 200 mm specimens showed a higher dispersion when using mechanical dial gages and LVDT. The 150 mm x 300 mm NC class C30 specimens showed greater dispersion when using in mechanical dial gages and external strain gages. However, the HSC showed higher dispersion when mechanical dial gages and LVDT were used. In both concretes tested, the mechanical dial gages showed greater dispersion. In the second stage of the research, 150 mm x 300 mm specimens tested at the loading speed of 0.3 MPa/s showed greater dispersion when electrical strain gages and clip gauges were used. The 150 mm x 300 mm specimens tested at loading speed of 0.6 MPa/s showed greater dispersion when electrical strain gages and mechanical dial gages were used. / O conhecimento da resistência à compressão e do módulo estático de elasticidade é fundamental para o estudo das deformações do concreto, uma vez que as deformações podem gerar fissuras capazes de comprometer tanto o comportamento estrutural do elemento de concreto, como servir de caminho de entrada aos agentes deletérios. Não só fissuras, mas também deformações excessivas. Para fins de correlação de valores de resistência à compressão e módulo estático de elasticidade do concreto, foram moldados corpos-de-prova variando-se a classe do concreto, o tipo de medidores de deformação, a dimensão do corpo-de-prova e a velocidade de carregamento da máquina de ensaio. Os corpos-de-prova foram ensaiados na idade de 28 dias para determinação da resistência à compressão e do módulo estático de elasticidade, normalizado pela ABNT NBR 8522:2008, utilizando-se diferentes tipos de medidores de deformação, a saber: compressômetro mecânico com dois relógios comparadores acoplados, extensômetro elétrico resistivo de colagem superficial ( strain gage ), extensômetro elétrico resistivo de fixação externa ( clip gage ) e LVDT (Transdutor Diferencial de Variação Linear). Foram moldados 258 corpos-de-prova com dimensões 150 mm x 300 mm e 100 mm x 200 mm utilizando concreto convencional de resistência normal (CC Classe C30) e concreto de alta resistência (CAR Classe C60). O programa experimental foi dividido em duas etapas: a primeira contemplou o estudo do módulo estático de elasticidade do concreto para avaliação da precisão do método utilizando diferentes medidores de deformação e da acurácia do método com velocidade de carregamento e descarregamento da máquina de ensaio em um nível: 0,6 MPa/s. A segunda etapa contemplou o estudo de determinação do módulo estático de elasticidade utilizando diferentes medidores de deformação com velocidade de carregamento e descarregamento da máquina de ensaio em dois níveis: 0,3 MPa/s e 0,6 MPa/s. Quanto ao concreto Classe C30 e CAR, verificou-se que os corpos-de-prova de dimensão 100 mm x 200 mm apresentaram maior dispersão em relação aos corpos-de-prova de dimensão 150 mm x 300 mm. Na primeira etapa da pesquisa, quanto à dimensão 100 mm x 200 mm, verificou-se que o concreto Classe C30 e o concreto de alta resistência (CAR) apresentou maior dispersão nos medidores de deformação compressômetro mecânico e LVDT. Quanto à dimensão 150 mm x 300 mm, verificou-se que o concreto Classe C30 apresentou maior dispersão nos medidores de deformação compressômetro mecânico e extensômetro elétrico de fixação externa. Já no concreto de alta resistência (CAR) apresentou maior dispersão nos medidores de deformação compressômetro mecânico e LVDT. Em ambas as classes de concreto ensaiadas, o medidor de deformação compressômetro mecânico apresentou maior dispersão. Na segunda etapa da pesquisa, quanto à dimensão 150 mm x 300 mm ensaiada com velocidade de carregamento e descarregamento da máquina de ensaio de 0,3 MPa/s, verificou-se que apresentou maior dispersão nos medidores de deformação extensômetro elétrico de colagem superficial e extensômetro elétrico de fixação externa. Quanto à dimensão 150 mm x 300 mm ensaiada com velocidade de carregamento e descarregamento da máquina de ensaio de 0,6 MPa/s, verificou-se que apresentou maior dispersão nos medidores de deformação extensômetro elétrico de colagem superficial e compressômetro mecânico.

Tradicionalmente no reforço de pilares de concreto armado são empregados materiais já consagrados, como as chapas de aço, o próprio concreto armado, e, mais recentemente, o polímero reforçado com fibras (PRF). Porém existem ainda alguns problemas associados a estes materiais ou, mais especificamente, às técnicas utilizadas para promover o reforço, destacando-se a dificuldade de execução, comportamento frágil e perda de área útil em função do aumento da seção transversal do pilar original. Por outro lado, o desenvolvimento da tecnologia dos materias e a constante inovação tecnológica tem como resultado a oferta de uma grande variedade de materiais com características orientadas à solução de um determinado problema. Cita-se como exemplo o concreto reforçado com fibras de aço, inicialmente desenvolvido para aplicação em elementos submetidos à flexão, mas que apresenta atributos, que se bem explorados, são desejáveis para aplicação no reforço de pilares. Busca-se neste trabalho desenvolver estratégias e técnicas de reforço que busquem potencializar o aproveitamento de todos os atributos oferecidos pelos materiais comumente empregados e desenvolver um concreto reforçado com fibras de aço com diferentes comprimentos que possibilite sua aplicação no reforço de pilares. Os resultados da análise experimental demonstram que a escolha do material, da estratégia e técnica de reforço são fatores decisivos para aliar o melhor aproveitamento dos materiais empregados e o atendimento às exigências de projeto. Conclui-se ainda que a associação de fibras de aço de diferentes comprimentos possibilita a utilização do concreto reforçado com fibras no reforço de pilares de concreto, tendo como grande virtude a facilidade de execução, se comparado com o concreto armado. / Tradicionally the strengthening of reinforced concrete columns uses materials well known, such as steel plates, the reinforced concrete, and, more recently, fiber reinforced polymer (FRP). But there are still some problems associated with these materials, or more specifically, with the used techniques, specially the difficulty of implementation, brittle behavior and loss free space due to the increase of the original cross section of the column. On the other hand, the materials technology development and the constant innovation has resulted in the provision of a wide variety of materials with specifics caracteristics to solving a particular problem. For example, steel fiber reinforced concrete, originally developed for use in elements subject to bending, but it has some attributes, which if are well explored, are desirable for use in strengthening columns. This work presents the development of strategies and techniques that optimize the o use all the attributes offered by the commonly used materials, and develop a different lengths steel fiber reinforced concrete to enable its application on columns strengthening. The results of experimental analysis show that the choice of material, strategy and technique of strengtheningt is a key factor to combine the best use of the materials used and the design requirements. It is also concluded that the combination of steel fibers of different lengths allows the use of steel fibers reinforced concrete on the strengthening of concrete columns, with the great virtue of the ease of implementation, compared to the reinforced concrete.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nicolangelo Del Busso.pdf: 1564969 bytes, checksum: 09a254462846bd38848d90350375c6c6 (MD5) Previous issue date: 2016-02-01 / The present work investigates the possible changes that occur in the mechanical properties and microstructure of welded joints through the process of submerged arc in steel plates High Strength Low Alloy (HSLA) type API 5L X70, used in pipelines. These are usually constructed starting from calendered plates and welded through submerged arc process, forming 600 mm diameter pipes, with 12 m long. To reproduce faithfully the pipes manufacturing processes, for further characterization of test bodies were produced, welding plate supplied by USIMINAS, through the submerged arc welding, and withdrawing samples to perform the characterization of the regions of the weld metal (WM), the heat affected zone (HAZ) and the base metal (BM). Conventional tensile and Charpy V-Notch were performed to determine mechanical and impact properties of the tested materials, as well as macrograph tests and Optical microscopy (OM) and weld metal (WM), the heat affected zone (HAZ) and the base metal (BM). The metallographic examination showed banded microstructure consisting of polygonal ferrite, pearlite and bainite with small grain size. The results showed increased strength and hardness influenced by the presence of acicular ferrite. The fractography analysis after impact tests revealed ductile-brittle behavior. Impact tests were performed at temperatures of 0°C and -20°C, which exhibited significant toughness decrease, that is 260J to 202J for the BM, 106J to 81J for HAZ and 25J to 19J to the WM, while the Vickers hardness testing (HV10) was increased from the fusion zone to the base metal (194HV for WM, 202 HV for HAZ and 218 HV for BM). / O presente trabalho investiga as alterações que ocorrem nas propriedades mecânicas e na microestrutura em juntas soldadas por Arco Submerso, em chapas de aço ARBL (Alta Resistência e Baixa Liga) tipo API 5L X70, utilizadas em tubos de minerodutos. Estes são geralmente construídos a partir de chapas calandradas e soldadas de topo, pelo processo de Arco Submerso, formando tubos com diâmetro de cerca de 600mm, por 12 metros de comprimento. Objetivando reproduzir fidedignamente o processo de fabricação dos tubos, foram produzidos corpos de provas, soldando-se, pelo processo arco submerso, chapas fornecidas pela USIMINAS, e, destas foram retiradas amostras para se efetuar a caracterização das soldas, nas regiões da zona fundida (ZF), da zona termicamente afetada (ZTA), e do material base (MB). Foram efetuados os ensaios mecânicos de tração, dureza, dobramento e impacto, bem como a caracterização por macrografia e microscopias, ótica (MO) e de varredura (MEV). O exame metalográfico apresentou microestrutura bandeada, consistindo de ferrita poligonal, perlita e bainita com pequeno tamanho de grão. Os resultados obtidos mostraram o aumento da resistência mecânica e da dureza, influenciados pela presença de ferrita acicular. As análises fratográficas, após ensaios de impacto revelaram comportamento ductil-frágil. Os ensaios de impacto foram realizados às temperaturas de 0ºC e de -20ºC, onde apresentaram quedas significativas da tenacidade na região da solda, decrescendo da região do metal base (260J e 202J) para a zona termicamente afetada (106J e 81J) e para a zona fundida (25J e 19J), respectivamente, para 0ºC e -20ºC. Os resultados dos ensaios de dureza Vickers (HV10) apresentaram um ligeiro aumento da dureza, crescendo no sentido MB-ZTA-ZF (194 HV, 202 HV e 218 HV, respectivamente).

Este trabalho tem por objetivo caracterizar e comparar as microestruturas de diferentes regiões de uma chapa de aço microligado para tubo API 5L X65, empregado no transporte de gás natural e petróleo, como recebido e submetido a tratamentos térmicos de austenitização e resfriamento contínuo sob diferentes taxas de resfriamento. O aço em estudo apresenta uma linha de segregação central, originada durante o processo de produção do aço. Corpos de prova de dilatometria foram usinados da região central e de outras regiões da chapa. As amostras foram previamente austenitizadas a 1200°C e temperadas em água, visando solubilizar grande parte dos precipitados presentes no aço. Após este tratamento, as amostras foram austenitizadas em um dilatômetro de têmpera a 950°C por 180s, e em seguida resfriadas nas seguintes taxas de resfriamento: 0,5°C/s, 1°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 30°C/s, 40°C/s, 50ºC/s e 60ºC/s. Valores de temperatura e tempo correspondentes a inflexões da curva dilatométrica foram obtidas e correlacionadas com a microestrutura, para cada taxa de resfriamento. Com base nesta análise foi traçado um diagrama de Transformação por Resfriamento Contínuo (TRC) do material. / This work aims to characterize and compare the microstructures of different regions of a plate of microalloyed pipeline steel that conforms to API 5L X65, employed in the transportation of natural gas and oil, as received and after being subjected to heat treatments of austenitization and continuous cooling under different cooling rates. The steel under study presents a central line of segregation that was originated during production. Specimens for dilatometry were machined from the central region and from different regions of the plate. The samples were austenitized at 1200°C and in quenched in water, with the purpose of solubilizing most of the precipitates in the steel. After the preliminary heat treatment, the specimens were austenitized at 950°C for 180s and cooled under the cooling rates: 0.5°C/s, 1°C/s, 5°C/s, 10°C/s, 20°C/s, 30°C/s, 40°C/s, 50ºC/s and 60ºC/s in a quench dilatometer. Values of temperature and time correspond of transformation for each rate of cooling were used for the determination of the Continuous Cooling Transformation (CCT) diagram.

Roofs are the most vulnerable part of the building envelope that often get damaged when subjected to hurricane winds. Damage to the roofs has a devastating impact on the entire structure, including interior losses and service interruptions. This study aimed at the development of a novel light-weight composite flat roof system for industrial, commercial and multi-story residential buildings to withstand Category 5 hurricane wind effects based on the Florida Building Code requirements for hurricane-prone regions, the strictest wind design code in the United States. The proposed roof system is designed as a combination of two advanced materials: ultra-high performance concrete (UHPC), reinforced with high strength steel (HSS). The novel combination of these two materials in a specially designed cross section led to a lightweight low-profile ultra-thin-walled composite roof deck, with only 17 pounds per square foot self-weight, 4-inch overall depth and only ¾-inch thick flanges and webs, with no shear reinforcement or stirrup. Two groups of specimens, single-cell and multi-cell, were fabricated and tested in four-point flexure to determine the ultimate bending capacity and ductility of the system. Each group of specimens included two short-span (9 ft.) samples (due to the laboratory constraints) -- one specimen subjected to positive bending and the other one subjected to negative bending, representing the critical loading conditions including the effects of wind pressures. All specimens exhibited pure flexural failure in a ductile behavior and with no sign of shear failure. Finite element models of laboratory specimens were also developed and calibrated based on experimental data in order to project the performance of the system for larger and more realistic spans. The experimental work and the finite element analyses showed that the proposed roof system with its given section has adequate flexural and shear strength, and also meets serviceability requirements for a 20-foot long span. Moreover, connections for the roof system were proposed, including panel-to-panel connections and roof-to-wall connections. In addition to safety, the other advantages of the proposed roof system in comparison to the equivalent reinforced concrete roofs include a three-fold reduction in self-weight, a three-fold reduction in overall profile height, and a five-fold reduction of steel reinforcement. Together, these advantages may lead to an increased span length beyond what is typically feasible for the conventional reinforced concrete slabs. All these features translate the proposed deck to a sustainable roof system.

Foram estudados dois tipos de aços, aço convencional ZAR 230 (ZAR - Zincagem de alta resistência) e aço microligado ZSTE 380 (segundo norma SEW 093), sendo que foram avaliadas as suas propriedades mecânicas visando a substituição do aço convencional por aço microligado na estrutura tubular de uma carroceria para veículos de transporte coletivo de passageiros. O aço convencional vem sendo utilizado pela indústria de carrocerias há vários anos, já o aço microligado é utilizado basicamente em estruturas específicas que requeiram boas propriedades mecânicas e conseqüentemente redução de peso. A análise de viabilidade para a substituição de aço convencional por aço microligado em um módulo estrutural completo requereu uma série de ensaios: ensaios padronizados em laboratório foram executados para avaliação de suas principais propriedades mecânicas e químicas; ensaios de nós estruturais submetidos a uma carga forneceram informações para o uso em software de elementos finitos tanto para execução de cálculos estruturais, quanto para calibração de resultados. Os módulos estruturais foram preparados de acordo com as regulamentações ECE R66-00 (mercado europeu) e CONTRAN 811/96 (mercado brasileiro) e foram ensaiados exaustivamente até se obter o melhor resultado de deslocamento comparativamente aos dois materiais analisados. A validação da estrutura tubular foi obtida com a utilização do software Ansys Workbench 9.0 e a confecção de estrutura representativa de uma carroceria ensaiada conforme regulamentação CONTRAN 811/96. / Two kinds of steel were studied, conventional steel ZAR 230 (a standard for high strength galvanizing) and microalloyed steel ZSTE 380 (according to the regulation SEW 093). The study of its mechanical properties aimed to replace the steel for microalloyed steel in bodywork s tubular structure for collective transport vehicles of passengers. The conventional steel has been used for the bodywork industry for years, and the microalloyed steel is basically used in specific structures, those who require good mechanical properties and mass reduction. The analysis of the feasibility for the replacement of conventional steel for microalloyed steel in a complete structural model requires a series of tests. Lab tests were done to evaluate their main mechanical and chemical properties. The tests of the structural nodes and the structural behaviour when subjected to a load provided information to be used in the finite elements method software to do structural calculation and to calibrate the results. The structural modules were prepared according to the regulations ECE R66-00 (European market) and CONTRAN 811/96 (Brazilian market) and these modules were tested exhaustively to achieve the best displacement between the two materials that were analysed comparatively. The validation of the tubular structure was obtained using the software Ansys Workbench 9.0 and the production of the representative structure of a bodywork tested according the regulation CONTRAN 811/96.

The eco-friendly alternatives use is increasing momentum in a conscious effort towards sustainability. In this regards, the relevance and the economic value of using copper slag as a concrete aggregate are explored in this study in order to contribute towards metallurgical waste recycling. Emphasis is placed on the evaluation of the concretes strengthening prepared with copper slag contents and produced under four curing methods: water immersion, water spraying, plastic sheet covering and air-drying. In each curing case excluding for water immersion, was duplicated in indoors (i.e. in the laboratory) and outdoor exposure (so was prone to varying environmental conditions). This was specifically aimed at capturing the effects of tropical weather conditions typical of the Lualaba province in the Democratic Republic of Congo. The control mix was designed to reach 25 MPa of compressive strength. Copper slag was successively incorporated as sand replacement at the following mass fractions: 20 %, 40 % and 60 %. Freshly mixed concrete samples were evaluated for workability. Cube specimens were cast accordingly, cured for 28 days and then tested for density and compressive strength. Results indicated an increase in strength up to 20 % of replacement rate for all the curing methods. Further additions resulted in reduction in the strength, but the rate of reduction depended on curing conditions. The increase in strength was mainly credited to the physical properties of copper slag that could have contributed to the cohesion of the concrete matrix. It has been found that appropriate ways of curing can still achieve greater results than that of the control mix since 80 % of humidity is ensure. The two-way ANOVA test performed on the 28-days compressive strength values confirmed the significant influence of the curing methods, of copper slag content and the interaction between them. It has been found that considerable influence is attributed to copper slag content and that warm environmental conditions further extend the concrete strengthening. / College of Engineering, Science and Technology / M. Tech. (Chemical Engineering)

Hochfeste Leitermaterialien werden für gepulste Hochfeld-Magnetspulen benötigt, um damit die sehr hohen Magnetfelder mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 100 T zerstörungsfrei erzeugen zu können. Cu-Nb-Legierungen besitzen ein hohes Potential, um die widersprüchlichen Anforderungen an das Leitermaterial, wie hohe Festigkeit, hohe Leitfähigkeit und gute Verformbarkeit, zu erfüllen. Die Herstellung von Cu-Nb-Legierungen ist jedoch auf dem konventionellen Weg der Schmelzmetallurgie aufgrund der vernachlässigbar kleinen gegenseitigen Randlöslichkeit der beiden Komponenten sehr kompliziert. Die hier vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchengen zur Technologie für die Herstellung von hochfesten Cu-Nb-Leitermaterialien auf der Basis der Pulvermetallurgie. Gleichermaßen ist die Entwicklung der Legierung Kerninhalt der vorliegenden Arbeit. Hierfür wurden während der einzelnen Prozessschritte sowohl die Entwicklung des Gefüges als auch die für die Anwendung relevanten Eigenschaften der Legierung untersucht und die Beziehungen zwischen Gefüge und mechanischen wie auch elektrischen Eigenschaften ermittelt.

The diploma thesis deals with the development of polymeric repair mortars in two qualitative levels ECONOMY and PREMIUM, designed especially for heavy engineering plants and the energy industry. In order to effectively withstand difficult industrial conditions, the developed materials should meet the highest requirements such as increased chemical and heat resistance, excellent adhesion to the concrete substrate, minimal shrinkage and other physical and mechanical properties. The PREMIUM level is aimed to achieve maximum physical and mechanical properties. Within the economy version, the emphasis is placed not only on very good properties, but also the possibility capability of reducing price of the resulting material. The partial aim of this work is the efficient use of secondary raw materials, mainly based on industrial waste in the form of fillers to the developed polymeric repair mortars.