Esta pesquisa consiste de uma investigação acerca do comportamento estrutural de ligações entre viga de seção I e pilar de seção tubular circular em situações de pilar de canto e de pilar solicitado por quatro vigas simultaneamente (pilar central). A associação entre a viga de seção I e o pilar de seção tubular circular remete à análise de ligações com comportamento complexo. A partir da análise numérica, via Método dos Elementos Finitos com os softwares ANSYS® e TrueGrid® foi avaliado o comportamento momento-rotação e parâmetros como resistência, rigidez inicial e ductilidade das ligações. Foram analisadas as tipologias de ligação soldada e ligação com a presença do diafragma externo como mecanismo de enrijecimento. Avaliou-se a influência de 6 variáveis, sendo o comprimento da viga, a espessura do pilar, a força aplicada nas vigas dispostas ortogonalmente, a compressão axial do pilar, a espessura do diafragma e o diâmetro dos parafusos do diafragma totalizando 20 modelos numéricos. O aumento da espessura da seção do pilar e a força aplicada simultaneamente nas 4 vigas representou uma melhoria na resistência e rigidez inicial das ligações soldadas. A redução do diâmetro dos parafusos do diafragma foi a principal variável capaz de influenciar negativamente as propriedades de rigidez inicial e resistência das ligações com o diafragma. Todos os modelos analisados apresentaram comportamento semi-rígido segundo o Eurocode 3 (2005). O dimensionamento analítico pelo Eurocode 3 (2005) e por Winkel (1998) apresentou boa aproximação com os resultados da análise numérica. A obtenção da resistência das ligações com diafragma pelo método das componentes apresentou resultados, em média, 20% inferiores ao verificado na modelagem numérica. A utilização do diafragma como mecanismo de enrijecimento das ligações mostrou-se eficiente. As ligações soldadas apresentaram maior ductilidade comparada às com diafragma. O aumento da espessura do pilar nas ligações soldadas demonstrou-se uma alternativa eficaz no enrijecimento das ligações. / This research consists of an investigation above the structural behavior of connections between I-beam and circular hollow section (CHS) columns in situation of corner columns and column loaded by 4 beams simultaneously (inside columns). The association between the I-beam and the CHS column presupposes the analysis of connections with a complex structural behavior. Based on a numerical analysis, using the Finite Element Method with ANSYS® and TrueGrid® softwares, the connection parameters like strength, stiffness and ductility was evaluated. The typologies of welded connections and connections with an external diaphragm was analyzed. An amount of 6 variables (beam length, column thickness, force applied on the beams, compression of the column, diaphragm thickness and bolt diameter) was analyzed in a total of 20 numerical specimens. The increase of the column thickness and the force applied simultaneously on the 4 beam ends culminated on a substantial improvement on strength and stiffness of the welded connections. The reduction of the diaphragm bolts diameter was the main reason for the negatively influence on strength and stiffness properties of the diaphragm connections. All specimens presented a semirigid behavior according to the Eurocode 3 (2005). The analytical design, based on the Eurocode 3 (2005) and Winkel (1998), obtained good results in terms of connections strength compared with the numerical analysis. The obtainment of the connections strength with the component method demonstrated results 20% less than numerical analysis. The external diaphragm as a stiffening mechanism showed effective. The welded connections presented more ductility than the diaphragm ones. The increase on the column thickness demonstrated an effective alternative for the connection stiffening.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma técnica de incremento da resistência e da rigidez à flexão de ligações de elementos de concreto pré-moldado, com aplicação de laminados de polímero reforçado com fibra de carbono (PRFC). O procedimento adotado consiste na colagem dos laminados de PRFC em entalhes no concreto de cobrimento, de acordo com a técnica conhecida como \"near-surface mounted\" (NSM), de modo a incorporar à ligação novos elementos resistentes à tração. Para solidarizar a ligação e possibilitar a transferência de esforços de compressão entre os elementos de concreto existentes, preenchem-se os espaços vazios (grauteamento) com argamassa fluida à base de cimento Portland. Foram desenvolvidos modelos em escala reduzida, com o intuito de representar os mecanismos resistentes de uma ligação viga-pilar composta por encaixe de dente Gerber e consolo, com uso de chumbador, almofada de apoio e graute. Esse tipo de ligação é muito utilizado na construção de galpões e tem, na sua concepção original, comportamento essencialmente de articulação. Em uma etapa preliminar, realizaram-se ensaios para a caracterização da aderência segundo a configuração de reforço proposta. Os resultados dessa análise subsidiaram a fixação do comprimento de laminado a ancorar e a escolha do tipo de resina a empregar para colagem do reforço. Os modelos representativos da técnica de reforço proposta foram preparados, cada um deles, pela montagem de um elemento de pilar-consolo com elementos de viga nos respectivos chumbadores e almofadas. Foram também preparados modelos de referência para o estudo da influência da almofada de apoio e do grauteamento no comportamento resistente e da deformabilidade da ligação. Nesses modelos, as juntas eram perfeitamente conjugadas, isto é, os trechos de viga foram concretados com um elemento pré-moldado de pilar-consolo posicionado dentro da fôrma, sem disposição de almofadas. Todos os modelos de ligação foram reforçados e submetidos a ensaios estáticos. Esses ensaios consistiram na aplicação de carregamento cíclico alternado de curta duração, solicitando-se os modelos a momento fletor positivo ou negativo. Este trabalho também apresenta procedimento executivo de ensaios dinâmicos para avaliação da rigidez dos modelos de ligação em três condições: modelo íntegro reforçado, modelo reforçado fissurado (após aplicação de carregamento de aproximadamente 30% do carregamento de ruptura da ligação, em ensaio estático) e modelo reforçado rompido. Com o reforço, a ligação apresentou comportamento semi-rígido e adquiriu resistência à flexão compatível à de estrutura monolítica armada com barras de PRF. / This work presents the development of a technique for flexural strengthening and stiffness increasing of precast beam-to-column connections by the embedding of FRP strips into grooves made on the concrete cover. According to this technique, the tension in the connection is transferred by the Near-Surface Mounted (NSM) FRP strips. To allow the transference of compression efforts among the concrete elements, the empty spaces are filled out with grout. Small-scale specimens were developed to represent the resistant mechanisms of pined beam-to-column connection composed by elastomeric cushion and dowels. Preliminary experimental tests on bond behavior of NSM strips were carried out. The results analysis conducted the decision about the adhesive type and bond length to be employed in the beam-to-column connection specimens. Each specimen was made of the assembly of a column section connected to beam sections through their respective dowels and cushions. The connection specimens were reinforced by embedding CFRP strips in the lateral concrete cover and filling out the spaces between beams and column. In addition, control specimens were prepared to study the influence of the cushion and grout in the connection performance. In those models, the joints were conjugated perfectly, which means that the beam sections were laid inside the wooden forms and cast together with a precast column section with no cushions between them. Experimental static and dynamic tests were done. The tests results show that strengthened connection exhibits semi-rigid behavior and acquires flexural strength compatible to monolithic structure reinforced with FRP bars.

O presente trabalho trata do estudo do comportamento de chumbadores grauteados inseridos em concreto com fibras de aço em ligações viga-pilar de estruturas de concreto pré-moldado. Este estudo é importante para se entender e poder quantificar a influência da rigidez deste componente no comportamento de ligações semirrígidas de estruturas de concreto pré-moldado. O objetivo do trabalho é estudar o mecanismo do chumbador no concreto com fibras de aço em ensaios específicos e avaliar também o comportamento de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando estas fibras no consolo e no dente da viga. Nesta pesquisa foi realizado um programa experimental no Laboratório de Estruturas da EESC, uma análise numérica com o emprego do software DIANA® e uma comparação com formulações analíticas existentes para o cálculo da força última destes componentes. Foram ensaiados nove modelos experimentais para avaliar especificamente o mecanismo resistente do chumbador, variando-se os diâmetros das barras, sua inclinação e a porcentagem de fibras de aço no concreto. Além destes modelos, foi realizado ensaio de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado para avaliar a rigidez da ligação com chumbador inserido em concreto com fibras de aço. Nos ensaios experimentais dos chumbadores observou-se que modelos com concreto com fibras de aço apresentam rigidez até 25% maior se comparado ao modelo com concreto convencional. Verificou-se que o graute utilizado para solidarizar os chumbadores exerce significativa influência na capacidade última do modelo, podendo diminuir em cerca de 30% a capacidade de carga. A ligação viga-pilar de concreto pré-moldado utilizando concreto com fibras de aço no consolo e no dente da viga se comportou de maneira satisfatória, não apresentando fissuração na interface dos diferentes concretos. Na comparação dos modelos ensaiados com as formulações teóricas extraídas de trabalhos de referência verificou-se que, para os modelos específicos de chumbador, a formulação existente é representativa. Para a ligação viga-pilar, alguns ajustes na formulação analítica se fizeram necessários para considerações de efeitos de grupo e de borda observados e decorrentes da utilização de dois chumbadores na ligação proposta neste trabalho. / This research deals with the study of the behavior of grouted dowels embedded in concrete with steel fibers. This study is important to understand and quantify the stiffness transmitted by this component in a semi-rigid connection of precast concrete structures. The objective is to study the mechanism of the dowel in the concrete with steel fibers and evaluate the mechanical behavior of a precast beam-column connection using this type of concrete on the corbels and in the dapped-end beam. In this research, an experimental program in the EESC Structures Laboratory was carried out, as well as a numerical analysis with the use of DIANA® software and a comparison with existing formulations to calculate these components. Nine models were experimentally tested to specifically evaluate the dowel resistant mechanism by varying the diameters of the bars, the declination and the percentage of steel fibers in concrete. Furthermore, an experimental test was performed in order to evaluate the behavior of the connector. The results indicate that for the dowels with concrete and steel fibers, the ultimate capacity of the connection occurs by failure of the connector (excessive deformation of the bars), while in conventional concrete this capability is associated with the rupture of the concrete and that the concrete with steel fibers decreases by 25% the deformability of the models. The grout has a significant impact on the ultimate capacity of the model, which may increase in less than 30%. In the analysis of the beam-column connection, it is possible to observe that the proposed connection exceeds by more than 20% the ultimate capacity compared to traditional beam-column connections. In comparing the theoretical models tested with the formulations shown by previous studies, it was found that for specific models dowels, the existing formulation is representative. For the beam-column connection, adjustment was performed in the previous formulation considerations group and edge effects that occur due to the use of two dowels on the tested connection.

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

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

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissBC.pdf: 11069989 bytes, checksum: b3c92f78ccad794ee5c2bb5f907f4814 (MD5) Previous issue date: 2007-02-28 / Universidade Federal de Minas Gerais / The behaviour of prestressed precast beams is directly affected by the rotational stiffness of the end connections. Although the prestressed beam presents a linear behaviour in service, the effective behaviour of the precast beam depends on the interaction of the beam with the behaviour of its connections. The majority of the experimental investigations on semi-rigid connections in precast concrete structures are focused on the testing of isolated models of connections aiming to the characterization of their moment-rotation relationships. However, the effective behaviour of precast beams with semi-rigid connections can only be determined through tests of precast subframes, wherein the interaction of the beam with its connections can be evaluated. The present research presents a development of an experimental procedure for testing of precast subframes with semi-rigid connections, which integrates analytical equations, allowing estimate the partial restrained moment at the beam-column connections. Using this approach, this research presents the results of an experimental investigation. With the experimental inquiry of the prestressed beam behavior together with the beam-column connections of extremity, through physical tests, was possible esteem the partial restrained in the beam-column connections, despite in exploratory character. Were testing two models, being one compose for a prestressed beam with semi-rigid connections, and the other compose for a simply supported prestressed beam With the analyses of the experimental results for the studied models, the effective restrained of the connections, in other words, the capacity of restriction to the rotation of beam-column connections of extremity in the U.L.S, was esteem as being a value between 60% and 70%, presenting, thus, a good performance. Although these results are restricted to the negative moments, it gives credit that these connections possess one high potential for application in porches, because the detail used in the interface between the beam and the column made possible a bigger capacity of restriction to the rotation of the connection / O comportamento das vigas pré-moldadas de concreto protendido é diretamente afetado pela relação momento-rotação do apoio. Dessa forma, embora a viga protendida apresente um comportamento linear, o comportamento conjunto viga e ligações, é determinado pela não linearidade das ligações. Os estudos experimentais existentes sobre o comportamento das ligações semi-rígidas em estruturas pré-moldadas têm se restringido a caracterização da rigidez à flexão de maneira isolada, devido principalmente à falta de uma metodologia experimental que integre parâmetros teóricos de controle, como o fator de restrição à rotação αR e o procedimento Beam-line. Na presente pesquisa, desenvolveu-se um procedimento experimental, através do qual foi possível integrar diversos equacionamentos teóricos, que levam em consideração diferentes parâmetros para a análise dos resultados. Com a investigação experimental do comportamento conjunto de uma viga pré-moldada de concreto protendido e de suas ligações viga-pilar de extremidade, a partir de ensaios físicos de dois modelos, foi possível estimar o engastamento parcial nas ligações viga-pilar. Foram ensaiados dois modelos, sendo um composto por uma viga protendida com ligações semirígidas, e o outro composto por uma viga protendida bi-apoiada, ainda que em caráter exploratório Com base nas análises dos resultados experimentais obtidos para os modelos estudados, o engastamento parcial efetivo da ligação, ou seja, a capacidade de restrição à rotação da ligação viga-pilar de extremidade, no Estado Limite Último, foi estimada como sendo um valor entre 60% e 70%, apresentando, assim, um bom desempenho. Embora tais resultados sejam restritos aos momentos negativos, acredita-se que essa ligação possui um elevado potencial para aplicação em pórticos, na medida em que o detalhe utilizado na interface entre a viga e o pilar possibilitou uma maior capacidade de restrição ao giro da ligação

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

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

This work presents a study to quantify the influence of geometrical and stiffness parameters on the behavior of beam-column concrete connections. Therefore, linear elastic models are designed by using three-dimensional finite elements in the commercial software Abaqus. These models serve as a reference for the optimization of geometrical and rigidity parameters of reticulated models, which are commonly used in structural projects. The results confirm some tendencies of influence by parameters already reported in the literature, such as variations in stiffness caused by eccentricity and width variations. The results indicate variations in vertical displacement of the beams up to 5%, maintaining the vertical load and varying only the eccentricity and up to 60% only by varying the widths of the elements. Furthermore, the use of punctual representations of semi-rigidity on monolithic concrete connections through rotational springs is discarded, proving necessary an improvement of the model to represent the behavior of the connection. Several models have been proposed and tested in the representation of the semi-rigid behavior of the connections, making use of rigid core, rotational springs and variations of inertia and area. / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este trabalho apresenta um estudo de quantificação da influência de parâmetros geométricos e de rigidez no comportamento de ligações viga-pilar de concreto. Para tanto, são concebidos modelos elásticos lineares de ligação em elementos finitos tridimensionais utilizando o programa comercial Abaqus. Esses modelos servem como referência para a otimização dos parâmetros geométricos e de rigidez de modelos reticulados, que são os comumente utilizados em projetos estruturais. Os resultados obtidos confirmam algumas tendências de influência de parâmetros já apresentados na literatura, como variações de rigidez causadas por excentricidade e variações de largura. Os resultados indicam variações de deslocamento vertical nas vigas de até 5%, mantendo-se a carga vertical e variando apenas a excentricidade, e de até 60% variando-se apenas as larguras dos elementos. Além disso, é descartada a utilização de representações pontuais da semi-rigidez em ligações monolíticas de concreto através de molas rotacionais, provando ser necessário um aprimoramento do modelo para a representação do comportamento da ligação. Diversos modelos de barra são propostos e testados na representação do comportamento semi-rígido das ligações, fazendo uso de núcleos rígidos, molas rotacionais e variações de inércia e área.

The plane frame formed by precast elements have been increasingly used in structural systems of buildings throughout Brazil. These frames, as most of the precast structures deformable connections have a greater or lesser degree. The aim of this study is to analyze the structural behavior of portal frames composed of precast reinforced concrete taking into account the variation in the stiffness of the connections and the physical and geometric nonlinearity evaluated by approximate methods. The analysis of geometric nonlinearity was taken through the process P- and physical nonlinearity was checked by the Branson method. For the analysis of material and geometric nonlinearity simultaneously proposed a coupling of the two methods mentioned above. The proposed coupling was tested in a case study of a building with four floors, considering the loads recommended by NBR 6118 (ABNT, 2014) and evaluating the influence on the stiffness of two beam-column connection types. The results show an increase in the displaceability of the structure more deformable links analyzed five times at the most critical situation is compared with the evaluated frames with more rigid links. The structures analyzed taking into account the nonlinearities present in the internal structural strain variations of up to 162% compared with the linear analysis. Therefore it can be stated that the determination of the stiffness of the connections and the consideration of nonlinearities directly influenced the behavior of the efforts that will act in the structure, and therefore the structural analysis and design of the components of the same. / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os pórticos planos formados por elementos pré-moldados vêm sendo cada vez mais utilizados em sistemas estruturais de edifícios em todo Brasil. Esses pórticos, como a maior parte das estruturas pré-moldadas, apresentam ligações deformáveis em maior ou menor grau. O objetivo geral deste trabalho é analisar o comportamento estrutural de pórticos planos formados por elementos pré-moldados de concreto armado levando em consideração a variação na rigidez das ligações e as não-linearidade física e geométrica avaliadas por métodos aproximados. A análise da não-linearidade geométrica foi feita através do processo P- e a não-linearidade física foi verificada através do método de Branson. Para a análise das não-linearidades física e geométrica de maneira simultânea foi proposto um acoplamento dos dois métodos citados anteriormente. O acoplamento proposto foi testado em um estudo de caso de um edifício com quatro pavimentos, considerando-se os carregamentos recomendados pelas normas brasileiras e avaliando-se a influência na rigidez de duas tipologias de ligação viga-pilar. Os resultados obtidos mostram um aumento na deslocabilidade da estrutura analisada com ligações mais deformáveis de cinco vezes na situação mais crítica se comparado com os pórticos avaliados com ligações mais rígidas . As estruturas analisadas levando em consideração as não-linearidades apresentaram variações nos esforços internos solicitantes de até 162% se comparadas com a análise linear. Portanto pode-se afirmar que a determinação da rigidez das ligações e a consideração das não-linearidades influem diretamente no comportamento dos esforços que irão atuar na estrutura e por consequência, na análise estrutural e dimensionamento dos elementos que compõem a mesma.