Orientador: Armando Lopes Moreno Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-13T07:34:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sant'Anna_MatheusSarcedo_M.pdf: 3508355 bytes, checksum: fb97535d7c8b7b794c3114773da93628 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O desenvolvimento técnico e científico fez surgir sistemas estruturais mistos, entre eles os pilares mistos preenchidos, com grande aplicação em edifícios altos. Como a estrutura mista tem um bom comportamento estrutural aliado a uma redução de custos com materiais, mão-de-obra e tempo de execução, ela tem tido um crescente avanço na utilização em países europeus, americanos e asiáticos. Buscando contribuir com o avanço tecnológico estrutural, este trabalho analisou experimentalmente o comportamento estrutural de pilares mistos esbeltos preenchidos axialmente comprimidos, em situação de incêndio, obtendo a influência de variáveis como: nível de carga e resistência à compressão do concreto de preenchimento. Foram analisados pilares esbeltos de seção quadrada preenchidos com concreto de resistência usual e alta resistência, submetidos a diferentes níveis de carregamentos axiais, a saber 30, 50 e 70% da carga última de ruptura. Os resultados dos tempos de resistência ao fogo foram comparados com os resultados previstos pelo EUROCODE 4 (prEN 1994-1-2:2002) e também, com resultados disponíveis na literatura. Verificou-se, ao final do trabalho, um aumento no tempo de resistência ao fogo de pilares mistos preenchidos em comparação com pilares de aço sem preenchimentos. / Abstract: The technical and scientific development has given origin to mixed structural systems, including the columns filled with great application in high buildings. As the mixed structure has a good structural behavior combined with a reduction of costs of materials, manpower and time of execution, it has had a breakthrough in use in European, American and Asian countries. Seeking to contribute to the structural technological advancement, this study experimentally examined the structural behavior of slender columns filled, axially compressed, on fire, getting the influence of variables such as level of load and resistance to compression of the concrete to be filled. We analyzed slender columns of square section filled with concrete of usual resistance and high resistance, submitted to different levels of axial loads, namely 30, 50 and 70% of the last load of collapse. The results of time for fire resistance were compared to results expected by EUROCODE 4 (prEN 1994-1-2:2002) and with results available in the literature. It was verified, at the end of work, an increase in time of fire resistance of columns filled in comparison with steel pillars without fills. / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

No presente trabalho foi analisado o comportamento de ligações viga-pilar em estruturas mistas de aço e concreto com o auxílio de simulação numérica e experimentação. A simulação numérica foi realizada no programa DIANA, baseado no método dos Elementos Finitos. Os modelos de ligações analisados são compostos por ligações com parafusos passantes entre pilares metálicos preenchidos com concreto e vigas metálicas. A laje utilizada foi do tipo com fôrma de aço incorporada, com a utilização de conectores de cisalhamento para resistir aos esforços em conjunto com a viga. Para simular a situação de pilar intermediário, foram utilizados modelos com formato cruciforme, os quais foram submetidos à força cíclica reversível com a finalidade de submeter à estrutura a esforços semelhantes aos provocados por vento e sismo. Além do efeito da força cíclica, este trabalho avaliou também a influência na rigidez da ligação causada pela taxa de armadura da laje e pelo detalhe de ancoragem da armadura de continuidade ao pilar misto. Para isso foram ensaiados quatro modelos. Dentro da metodologia proposta, obteve-se numérica e experimentalmente, dados que permitiram a construção de curvas momento versus rotação e força versus deslocamento para a quantificação da rigidez e determinação da ductilidade da ligação. Como resultado das análises concluiu-se que a laje contribui mais na rigidez da ligação quando ela está submetida a momento fletor positivo e com relação ao método de ancoragem não houve diferença significativa nas rigidezes. / This research studied the behavior of beam-column connection in composite steel-concrete structures and was developed with the use of numerical simulation and experimentation. The numerical simulation was performed using the program DIANA which is based on the finite element method. The models are composed of connections with bolts passing through the concrete filled tube (CFT) column and steel beams with a steel deck. It was used shear connectors for the slab works together with the beam to resist the bend. To simulate the situation of the middle column, they are used models with cruciform form, which were subjected to reversible cyclic loading in order to bring structure the efforts similar to those caused by wind and earthquake. Besides the effect of cyclic loading, this research also evaluated the influence on the connection stiffness caused by the slab reinforcement ratio and anchors detail to the column of some bars. To obtain this information four models were tested. Within the proposed methodology numerical and experimental data were obtained which made possible the construction of moment versus rotation curves and loading versus displacement for the quantification of stiffness and ductility of the connections. The result of this research shows that the slab contributes more on the increase of stiffness when the connection is subjected to sagging moment and about the method of anchoring, there is no significant difference on stiffness between the two methods.

No presente trabalho foi analisado o comportamento de ligações viga-pilar em estruturas mistas de aço e concreto com o auxílio de simulação numérica e experimentação. A simulação numérica foi realizada no programa DIANA, baseado no método dos Elementos Finitos. Os modelos de ligações analisados são compostos por ligações com parafusos passantes entre pilares metálicos preenchidos com concreto e vigas metálicas. A laje utilizada foi do tipo com fôrma de aço incorporada, com a utilização de conectores de cisalhamento para resistir aos esforços em conjunto com a viga. Para simular a situação de pilar intermediário, foram utilizados modelos com formato cruciforme, os quais foram submetidos à força cíclica reversível com a finalidade de submeter à estrutura a esforços semelhantes aos provocados por vento e sismo. Além do efeito da força cíclica, este trabalho avaliou também a influência na rigidez da ligação causada pela taxa de armadura da laje e pelo detalhe de ancoragem da armadura de continuidade ao pilar misto. Para isso foram ensaiados quatro modelos. Dentro da metodologia proposta, obteve-se numérica e experimentalmente, dados que permitiram a construção de curvas momento versus rotação e força versus deslocamento para a quantificação da rigidez e determinação da ductilidade da ligação. Como resultado das análises concluiu-se que a laje contribui mais na rigidez da ligação quando ela está submetida a momento fletor positivo e com relação ao método de ancoragem não houve diferença significativa nas rigidezes. / This research studied the behavior of beam-column connection in composite steel-concrete structures and was developed with the use of numerical simulation and experimentation. The numerical simulation was performed using the program DIANA which is based on the finite element method. The models are composed of connections with bolts passing through the concrete filled tube (CFT) column and steel beams with a steel deck. It was used shear connectors for the slab works together with the beam to resist the bend. To simulate the situation of the middle column, they are used models with cruciform form, which were subjected to reversible cyclic loading in order to bring structure the efforts similar to those caused by wind and earthquake. Besides the effect of cyclic loading, this research also evaluated the influence on the connection stiffness caused by the slab reinforcement ratio and anchors detail to the column of some bars. To obtain this information four models were tested. Within the proposed methodology numerical and experimental data were obtained which made possible the construction of moment versus rotation curves and loading versus displacement for the quantification of stiffness and ductility of the connections. The result of this research shows that the slab contributes more on the increase of stiffness when the connection is subjected to sagging moment and about the method of anchoring, there is no significant difference on stiffness between the two methods.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O conhecimento do tema da interação solo-estrutura permite que as edificações sejam projetadas de maneira mais realista com o comportamento físico. Há décadas atrás seria inviável um dimensionamento considerando a deformabilidade do solo de fundação, e as estruturas eram dimensionadas adotando-se as fundações como indeslocáveis, sob uma base rígida. Essa consideração conduz a respostas estruturais inadequadas, por vezes comprometendo a segurança e a estabilidade do conjunto estrutural. Atualmente, o avanço tecnológico permite a obtenção de resultados de milhões de cálculos matemáticos em questões de segundos, podendo-se obter soluções mais arrojadas e dinâmicas, facilitando o dimensionamento estrutural de forma a atender ao novo padrão de construção e arquitetura. A relevância de tal assunto motivou a análise numérica de um edifício de 4 pavimentos de estrutura mista (aço-concreto), considerando o efeito da interação solo-estrutura. As análises foram conduzidas com o programa ANSYS, de elementos finitos, substituindo-se os apoios indeslocáveis por molas discretas, lineares e elásticas, com rigidez equivalente ao solo, conforme hipótese de Winkler. Os parâmetros dos solos de fundação foram adquiridos a partir de correlações empíricas existentes na literatura e da utilização do programa computacional PLAXIS para a determinação das constantes elásticas das molas. Neste trabalho, foram comparados os resultados de reações verticais, esforços normais, momentos fletores e deslocamentos da estrutura obtidos pelo modelo clássico de projeto, que considera apoios indeslocáveis, e pelo modelo de Winkler, que considera a interação solo-estrutura. As análises foram executadas para seis diferentes tipos de solos argilosos, siltosos e arenosos. Os resultados obtidos mostraram claramente a redistribuição dos momentos fletores, esforços normais e reações verticais nos pilares com diferenças significativas para os pilares de canto e periféricos. Observou-se uma tendência de alívio dos esforços nos pilares mais solicitados, adotando a estrutura assentada em uma base rígida. As análises ressaltaram a relevância da interação solo-estrutura, com efeitos provenientes do rearranjo do solo de fundação nos elementos estruturais das edificações. / Knowledge of the subject matter soilstructure interaction (SSI) allows buildings to be designed in a more realistic manner, in line with physical interactions. Decades ago, it would be unfeasible to effect measurements taking into account the deformability of foundation soil, and thus structures were measured assuming foundations as unmovable, over a rigid basis. Such a consideration leads to inadequate structural findings, often compromising the safety and stability of the structural set. At present, technological advances permit grasping the results of millions of mathematical calculations in a matter of seconds, allowing for more advanced and dynamic solutions, and facilitating structural measurements in such a way as to cater to new standards in construction and architecture. The relevance of the subject motivated the numerical analysis of a four-store building of mixed (steelconcrete) structure, considering the effects of soilstructure interaction. Analyses were undertaken with ANSYS software, with finite elements, replacing unmovable supports with linear, elastic and discrete springs, with rigidity equivalent to that of soil, as in Winklers hypothesis. The parameters of foundation soils were obtained from empirical correlations encountered in literature and from the PLAXIS computer program, used to determine the springs elastic constants. In this work, the resulting vertical reactions, normal stress, bending moments and structure displacements were compared, all of which were obtained from the classical project model, which assumes unmovable supports, and from the Winkler model, which considers soilstructure interaction. The analyses have been executed for six different kinds of clay, silt and sand soils. Results showed clearly the redistribution of bending moments, normal stress and vertical reactions on pillars, with significant differences for corner and peripheral pillars. It was observed that there is a trend to relieve efforts on most demanded pillars, when the structure is assumed to be over a rigid basis. The analyses showed the importance of soilstructure interaction, with effects originating from rearranging foundation soil over structural elements of buildings.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O conhecimento do tema da interação solo-estrutura permite que as edificações sejam projetadas de maneira mais realista com o comportamento físico. Há décadas atrás seria inviável um dimensionamento considerando a deformabilidade do solo de fundação, e as estruturas eram dimensionadas adotando-se as fundações como indeslocáveis, sob uma base rígida. Essa consideração conduz a respostas estruturais inadequadas, por vezes comprometendo a segurança e a estabilidade do conjunto estrutural. Atualmente, o avanço tecnológico permite a obtenção de resultados de milhões de cálculos matemáticos em questões de segundos, podendo-se obter soluções mais arrojadas e dinâmicas, facilitando o dimensionamento estrutural de forma a atender ao novo padrão de construção e arquitetura. A relevância de tal assunto motivou a análise numérica de um edifício de 4 pavimentos de estrutura mista (aço-concreto), considerando o efeito da interação solo-estrutura. As análises foram conduzidas com o programa ANSYS, de elementos finitos, substituindo-se os apoios indeslocáveis por molas discretas, lineares e elásticas, com rigidez equivalente ao solo, conforme hipótese de Winkler. Os parâmetros dos solos de fundação foram adquiridos a partir de correlações empíricas existentes na literatura e da utilização do programa computacional PLAXIS para a determinação das constantes elásticas das molas. Neste trabalho, foram comparados os resultados de reações verticais, esforços normais, momentos fletores e deslocamentos da estrutura obtidos pelo modelo clássico de projeto, que considera apoios indeslocáveis, e pelo modelo de Winkler, que considera a interação solo-estrutura. As análises foram executadas para seis diferentes tipos de solos argilosos, siltosos e arenosos. Os resultados obtidos mostraram claramente a redistribuição dos momentos fletores, esforços normais e reações verticais nos pilares com diferenças significativas para os pilares de canto e periféricos. Observou-se uma tendência de alívio dos esforços nos pilares mais solicitados, adotando a estrutura assentada em uma base rígida. As análises ressaltaram a relevância da interação solo-estrutura, com efeitos provenientes do rearranjo do solo de fundação nos elementos estruturais das edificações. / Knowledge of the subject matter soilstructure interaction (SSI) allows buildings to be designed in a more realistic manner, in line with physical interactions. Decades ago, it would be unfeasible to effect measurements taking into account the deformability of foundation soil, and thus structures were measured assuming foundations as unmovable, over a rigid basis. Such a consideration leads to inadequate structural findings, often compromising the safety and stability of the structural set. At present, technological advances permit grasping the results of millions of mathematical calculations in a matter of seconds, allowing for more advanced and dynamic solutions, and facilitating structural measurements in such a way as to cater to new standards in construction and architecture. The relevance of the subject motivated the numerical analysis of a four-store building of mixed (steelconcrete) structure, considering the effects of soilstructure interaction. Analyses were undertaken with ANSYS software, with finite elements, replacing unmovable supports with linear, elastic and discrete springs, with rigidity equivalent to that of soil, as in Winklers hypothesis. The parameters of foundation soils were obtained from empirical correlations encountered in literature and from the PLAXIS computer program, used to determine the springs elastic constants. In this work, the resulting vertical reactions, normal stress, bending moments and structure displacements were compared, all of which were obtained from the classical project model, which assumes unmovable supports, and from the Winkler model, which considers soilstructure interaction. The analyses have been executed for six different kinds of clay, silt and sand soils. Results showed clearly the redistribution of bending moments, normal stress and vertical reactions on pillars, with significant differences for corner and peripheral pillars. It was observed that there is a trend to relieve efforts on most demanded pillars, when the structure is assumed to be over a rigid basis. The analyses showed the importance of soilstructure interaction, with effects originating from rearranging foundation soil over structural elements of buildings.