In predicting the likely behaviour of precast prestressed concrete flooring systems in fire using advanced finite element methods, an improved numerical model using the non-linear finite element program SAFIR has been developed in order to investigate the effects and the interaction of the surrounding structures and has been used extensively throughout this thesis. Note that fire induced spalling is not included in the analysis. In the numerical investigation of the new model, the reinforced concrete topping is modelled as part of the beam elements in order to predict the behaviour of single hollowcore concrete slabs, with various support conditions, under a Standard ISO fire. It is shown that the current approach using tendons that are anchored into the supporting beams leads to a major problem for precast prestressed flooring systems. In order to resolve this problem, a multi-spring connection model has been developed to include the old and new connection systems corresponding to the New Zealand Concrete Standard NZS 3101. The connection model with hollowcore slabs is validated against a published fire test. The investigation on restrained hollowcore floors is performed with various parameters and boundary support conditions. Numerical studies on various boundary support conditions show that the behaviour of hollowcore floors in fire is very sensitive to the existence of side beams. Further investigations on the effects of fire emergency beams, which reduce the transverse curvature of floors to improve fire resistance, are made on 4x1 multi-bay hollowcore floors with different arrangements of theses beams. The numerical studies show that fire emergency beams significantly increase the fire resistance. Code based equations which can calculate the shear resistance and splitting resistance are then introduced. The Eurocode equation can be modified with high temperature material properties to estimate the shear capacity of a hollowcore slab. The modified Eurocode equation which is fit to fire situations validated against the published literature with respect to shear tests in fire. The structural behaviour of single tee slabs having different axial restraint stiffness as well as the variation of axial thrust in fire is then studied. SAFIR analyses of single tee slabs show that fire performance can increase when a web support type is used that has high axial restraint stiffness. A series of test results on prestressed flat slabs conducted in United States are used to validate a simply supported numerical model. The application of multi-spring connection elements is also investigated in order to examine the feasibility of continuity.

Neste trabalho é enfocada a análise estrutural de lajes pré-moldadas formadas por vigotas treliçadas. Esta análise foi realizada mediante o modelo de grelha, considerando a não-linearidade do concreto armado utilizando-se a relação momento x curvatura e carregamento incremental. O modelo da não-linearidade do concreto armado foi avaliado com resultados experimentais de vigas bi-apoiadas e painéis de laje contínua. O trabalho inclui uma análise teórico-experimental de uma laje pré-moldada bidirecional isolada e simulações numéricas de casos representativos de arranjos estruturais das lajes treliçadas. As principais conclusões do trabalho foram: a) o modelo de grelha é bastante adequado para a análise de lajes nervuradas pré-moldadas; b) os resultados da análise teórico-experimental da laje pré-moldada indicam que os deslocamentos foram fortemente influenciados pela rigidez à torção e c) a redistribuição de momentos fletores nas lajes contínuas é relativamente pequena. / This work aims the structural analysis in precast slabs made by lattice joist. The scheme was carried out by using the grillage model considering the non-linear of the reinforced concrete through the relationship moment x curvature and incremental loads. The non-linear model of the reinforced concrete was appraised with experimental of simply supported beams and panels of continuos slabs. The work includes a theoretical-experimental analysis of a isolated bidirectional precast slabs and numeric simulations of representative cases of structural arrangements of the slabs witch lattice joist. The main conclusions of the work were: a) the grillage model is quite appropriate for precast ribbed slabs; b) the results of theoretical-experimental analysis of the precast slabs point out the relevance the torsional in the deflections and c) the bending moments redistribution in the continuous slabs are quite small.

Neste trabalho é enfocada a análise estrutural de lajes pré-moldadas formadas por vigotas treliçadas. Esta análise foi realizada mediante o modelo de grelha, considerando a não-linearidade do concreto armado utilizando-se a relação momento x curvatura e carregamento incremental. O modelo da não-linearidade do concreto armado foi avaliado com resultados experimentais de vigas bi-apoiadas e painéis de laje contínua. O trabalho inclui uma análise teórico-experimental de uma laje pré-moldada bidirecional isolada e simulações numéricas de casos representativos de arranjos estruturais das lajes treliçadas. As principais conclusões do trabalho foram: a) o modelo de grelha é bastante adequado para a análise de lajes nervuradas pré-moldadas; b) os resultados da análise teórico-experimental da laje pré-moldada indicam que os deslocamentos foram fortemente influenciados pela rigidez à torção e c) a redistribuição de momentos fletores nas lajes contínuas é relativamente pequena. / This work aims the structural analysis in precast slabs made by lattice joist. The scheme was carried out by using the grillage model considering the non-linear of the reinforced concrete through the relationship moment x curvature and incremental loads. The non-linear model of the reinforced concrete was appraised with experimental of simply supported beams and panels of continuos slabs. The work includes a theoretical-experimental analysis of a isolated bidirectional precast slabs and numeric simulations of representative cases of structural arrangements of the slabs witch lattice joist. The main conclusions of the work were: a) the grillage model is quite appropriate for precast ribbed slabs; b) the results of theoretical-experimental analysis of the precast slabs point out the relevance the torsional in the deflections and c) the bending moments redistribution in the continuous slabs are quite small.

Concrete pavements are a suitable alternative for high-traffic volume roads, concentrated loads and roads exposed to severe weather conditions. In Sweden, among other reasons, the scarcity of concrete pavements is attributed to the need for more national knowledge and expertise in the field. The most recent concrete pavement was constructed seventeen years ago in Uppsala. Concrete pavements are renowned for their longevity and durability. Jointed plain concrete pavements (JPCP) are the most frequent type of concrete pavements. However, it is important to note that the joints in concrete pavements are critical components that can lead to various distresses, necessitating rehabilitation. Rehabilitating concrete pavements is particularly challenging in areas with heavy traffic and requires substitute routes because of the imperative to maintain traffic flow during construction. Developing effective detours might involve significant alterations to the existing routes or building temporary roads, which entails substantial cost investment and time consumption. A literature review has been conducted to study the available methods that can be used to repair concrete pavements. The strategy for selecting a repair technique is based on rehabilitating the concrete pavement within a short work window, deterring traffic congestion and ensuring the long service life of the pavements. The study showed that the precast concrete technology based on the precast slab is a promising technology that effectively shortens the lane closure for repairing damaged pavements and produces durable pavements, thereby extending the service life of pavements. However, the construction or rehabilitation cost of concrete pavement using precast slabs is 1.6 to 4 times higher than that of conventional cast-in-place concrete. Therefore, rehabilitation using precast slabs is inappropriate for low-traffic roads and temporary routes. Joints are crucial for the rehabilitation of concrete pavements with precast slabs. The structural performance of concrete pavement is, however, greatly affected by the joints, as the presence of joints creates a discontinuity between adjacent slabs and thus diminishes the load transfer to the abutting slab. To maintain the structural integrity of the pavement system, dowel bars are used at the transverse joints. A numerical study has been conducted to evaluate the influence of various dowel-related parameters on the interaction between adjacent concrete slabs. The study revealed that the dowel bar’s position, mislocation and diameter had an obvious effect on joint efficiency, while the bond between the concrete slab and the dowel bar slightly affected the load transfer efficiency. It was also investigated that the dowel bar’s intended performance, i.e., load transfer efficiency, was reduced as the joint gap between adjacent slabs increased. / Betongbeläggningar är ett lämpligt alternativ för högtrafikerade vägar, koncentrerad belastning och vägar utsatta för svåra väderförhållanden. I Sverige är betongvägar sällsynta vilket bl.a. beror på brist på kunskap och kompetens. Den senaste betongvägen byggdes för sjutton år sedan i Uppsala.Betongbeläggningar är kända för sin långa livslängd och hållbarhet. Den vanligaste typen av betongvägar är fogade, oarmerade betongbeläggningar. Ändå är det viktigt att notera att fogarna i betongbeläggningar är kritiska komponenters om kan leda till olika olägenheter, vilket kräver rehabilitering. Att rehabilitera betongbeläggningar är särskilt utmanande i områden med intensiv trafik som kräver ersättningsvägar på grund av nödvändigheten att upprätthålla trafikflödet under reparationsarbetena. Att ta fram en effektiv omledning av trafiken kan innebära antingen väsentliga förändringar och förlängningar av befintliga rutter eller byggande av tillfälliga vägar, vilket medför betydande kostnadsinvesteringar och tidsåtgång. En litteraturöversikt har genomförts för att studera de tillgängliga metoderna som kan användas för att reparera betongbeläggningar. Strategin för valet av reparationsmetod bygger på att rehabilitera betongbeläggningen inom ett kort arbetsfönster, förhindra trafikstockningar och säkerställa lång livslängd för beläggningen. Studien visade att förtillverkade betongplattor är en lovande metod som effektivt förkortar avstängningen av körfält för att reparera skadad beläggning och producerar hållbara betongbeläggningar med lång livslängd. Rehabiliterings kostnaden för betongbeläggning med prefabricerade plattor är emellertid 1,6 till 4 gånger högre än den för konventionell platsgjuten betong. Därför är rehabilitering med förtillverkade betongplattor olämplig för vägar med låg trafik och temporära rutter. Fogar är vidare nödvändiga vid reparation med förtillverkade betongplattor.Betongbeläggningens strukturella prestanda påverkas dock kraftigt av fogar, eftersom förekomsten av fogar skapar en diskontinuitet mellan intilliggande plattor och därmed minskat lastöverföringen till den angränsande plattan. För att upprätthålla den strukturella integriteten hos beläggningssystemet används dymlingar i de tvärgående fogar. En numerisk studie har genomförts med olika parametrar för att utvärdera dymlingens inverkan på fogens effektivitet. Studien visade att dymlingens position, felplacering och diameter har en tydlig inverkan på fogens effektivitet, medan vidhäftningen mellan dymling och betongplatta enbart verkar ha en marginell inverkan på fogens effektivitet. Studien visade också att dymlingens prestanda, dvs. lastöverföringsförmågan, minskade då fogöppningen eller glappet mellan två närliggande plattor ökade. / <p>QC 240207</p>

As lajes formadas por vigotas pré-moldadas são utilizadas em larga escala no Brasil, em especial as formadas por vigotas treliçadas. As facilidades no manuseio e economia de fôrmas são algumas das vantagens do sistema. Apesar de serem muito utilizadas, ainda existe necessidade de estudo das recomendações no sentido de basear o projeto destas lajes. Os objetivos deste trabalho são: (a) contribuir no projeto de lajes formadas por vigotas com armação treliçadas através de uma análise crítica da bibliografia pesquisada; (b) tratar de temas pouco disseminados no que se refere ao cálculo de lajes pré-moldadas; (c) fornecer recomendações de projeto através de exemplo resolvido que aborda as principais dúvidas de projetistas da área. Neste exemplo avaliam-se as lajes, entre outros aspectos, quanto às flechas iniciais e ao longo do tempo, vibrações e momento negativo nos apoios. Os resultados são analisados e confrontados com as indicações da bibliografia. Comprova-se o fato destas lajes serem mais susceptíveis quanto às vibrações causadas por caminhada e mostra a dificuldade em atender à ABNT NBR 6118:2003. O vão máximo admissível para uma laje do exemplo de aplicação é 28% inferior quando comparado à laje maciça de mesma espessura na análise da vibração excessiva. Enfatiza a importância em prever armadura contra o colapso progressivo e demonstra que o aumento de consumo de aço em 5% é pequeno quando comparado ao total, para uma laje do exemplo de aplicação. / Precast slabs are used in large scale in Brazil, special those formed by lattice reinforcement. Facilities handling and economy mold are some of the advantages of the system. The objectives of this work are: (a) improve study of the design of slabs formed by precast lattice reinforcement through a review of literature; (b) address topics a little spread regards to the calculation of precast slabs; (c) providing design recommendations through examples solved by addressing the main concerns of designers in the area. This example evaluate the slabs to initials and long-term deflections, vibrations and bending moment at the supports. The results are analyzed and compared with indications in the literature. It demonstrates the suscetibility of the slabs for vibrations caused by walking and shows the difficulty in following ABNT NBR 6118:2003. The maximum span for one slab of the aplication example is 28% slower than solid slabs with the same thickness in excessive vibration analysis. This dissertation emphasizes the importance of predicting reinforcement against progressive collapse and shows the increase in steel consumption is small compared to the total, for one slab of the example.

Este trabalho enfoca a análise estrutural de um dos tipos de laje que vem ganhando espaço no mercado brasileiro, que é a laje formada por vigotas de concreto protendido. O objetivo principal do trabalho é contribuir na avaliação do comportamento desse tipo de laje com relação aos momentos fletores negativos no apoio, mediante análise teórica. Esta análise foi realizada a partir da relação momento x curvatura proposta pelo CEB-90 em conjunto com a técnica do carregamento incremental para a consideração da não-linearidade física do concreto. Esse método foi avaliado através da comparação com resultados experimentais de painéis alveolares encontrados na literatura, verificando que o modelo teórico representa satisfatoriamente o comportamento estrutural de lajes formadas por elementos pré-moldados protendidos. A partir disto, fez-se análises em situações representativas de projeto de lajes formadas por vigotas protendidas, chegando-se as seguintes conclusões: a) a utilização da continuidade favorece fortemente a redução dos deslocamentos; b) os deslocamentos praticamente independem da taxa de armadura de continuidade; c) a evolução do momento fletor negativo no apoio e momento fletor positivo máximo no vão apresentou um comportamento padrão para os casos analisados; d) esse comportamento foi independente da taxa de armadura de continuidade e e) a taxa de armadura de continuidade afetou praticamente o valor da carga última. / This work aims the structural analysis in a type of slabs that is increasing its utilization in Brazil. These slabs are made by precast prestressed joists. The main objective of this work is the evaluation of the behavior of this type of slabs by theoretical analysis of the bending moments on the supports of continuous slabs. In the theoretical analysis was carried out the consideration of the non-linear of the concrete behavior through the moment x curvature relationship of Model Code CEB-90 add incremental load technique. This methodology was appraised with experimental results of panels of hollow core slabs and this methodology was able to represent satisfactorily the behavior of slabs made by precast prestressed elements. Analysis of representative cases of slabs with precast prestressed joists was carried out and the main conclusions were: a) the use of continuity aids highly to decrease the displacements; b) displacements were practically independent of reinforcement ratio on the support; c) the development profiles of the bending moments had a standard behavior to the analysed cases; d) this behavior was independent of reinforcement ratio on the support and e) the reinforcement ratio on the support affected practically the ultimate load value.

As lajes formadas por vigotas pré-moldadas são utilizadas em larga escala no Brasil, em especial as formadas por vigotas treliçadas. As facilidades no manuseio e economia de fôrmas são algumas das vantagens do sistema. Apesar de serem muito utilizadas, ainda existe necessidade de estudo das recomendações no sentido de basear o projeto destas lajes. Os objetivos deste trabalho são: (a) contribuir no projeto de lajes formadas por vigotas com armação treliçadas através de uma análise crítica da bibliografia pesquisada; (b) tratar de temas pouco disseminados no que se refere ao cálculo de lajes pré-moldadas; (c) fornecer recomendações de projeto através de exemplo resolvido que aborda as principais dúvidas de projetistas da área. Neste exemplo avaliam-se as lajes, entre outros aspectos, quanto às flechas iniciais e ao longo do tempo, vibrações e momento negativo nos apoios. Os resultados são analisados e confrontados com as indicações da bibliografia. Comprova-se o fato destas lajes serem mais susceptíveis quanto às vibrações causadas por caminhada e mostra a dificuldade em atender à ABNT NBR 6118:2003. O vão máximo admissível para uma laje do exemplo de aplicação é 28% inferior quando comparado à laje maciça de mesma espessura na análise da vibração excessiva. Enfatiza a importância em prever armadura contra o colapso progressivo e demonstra que o aumento de consumo de aço em 5% é pequeno quando comparado ao total, para uma laje do exemplo de aplicação. / Precast slabs are used in large scale in Brazil, special those formed by lattice reinforcement. Facilities handling and economy mold are some of the advantages of the system. The objectives of this work are: (a) improve study of the design of slabs formed by precast lattice reinforcement through a review of literature; (b) address topics a little spread regards to the calculation of precast slabs; (c) providing design recommendations through examples solved by addressing the main concerns of designers in the area. This example evaluate the slabs to initials and long-term deflections, vibrations and bending moment at the supports. The results are analyzed and compared with indications in the literature. It demonstrates the suscetibility of the slabs for vibrations caused by walking and shows the difficulty in following ABNT NBR 6118:2003. The maximum span for one slab of the aplication example is 28% slower than solid slabs with the same thickness in excessive vibration analysis. This dissertation emphasizes the importance of predicting reinforcement against progressive collapse and shows the increase in steel consumption is small compared to the total, for one slab of the example.

Este trabalho enfoca a análise estrutural de um dos tipos de laje que vem ganhando espaço no mercado brasileiro, que é a laje formada por vigotas de concreto protendido. O objetivo principal do trabalho é contribuir na avaliação do comportamento desse tipo de laje com relação aos momentos fletores negativos no apoio, mediante análise teórica. Esta análise foi realizada a partir da relação momento x curvatura proposta pelo CEB-90 em conjunto com a técnica do carregamento incremental para a consideração da não-linearidade física do concreto. Esse método foi avaliado através da comparação com resultados experimentais de painéis alveolares encontrados na literatura, verificando que o modelo teórico representa satisfatoriamente o comportamento estrutural de lajes formadas por elementos pré-moldados protendidos. A partir disto, fez-se análises em situações representativas de projeto de lajes formadas por vigotas protendidas, chegando-se as seguintes conclusões: a) a utilização da continuidade favorece fortemente a redução dos deslocamentos; b) os deslocamentos praticamente independem da taxa de armadura de continuidade; c) a evolução do momento fletor negativo no apoio e momento fletor positivo máximo no vão apresentou um comportamento padrão para os casos analisados; d) esse comportamento foi independente da taxa de armadura de continuidade e e) a taxa de armadura de continuidade afetou praticamente o valor da carga última. / This work aims the structural analysis in a type of slabs that is increasing its utilization in Brazil. These slabs are made by precast prestressed joists. The main objective of this work is the evaluation of the behavior of this type of slabs by theoretical analysis of the bending moments on the supports of continuous slabs. In the theoretical analysis was carried out the consideration of the non-linear of the concrete behavior through the moment x curvature relationship of Model Code CEB-90 add incremental load technique. This methodology was appraised with experimental results of panels of hollow core slabs and this methodology was able to represent satisfactorily the behavior of slabs made by precast prestressed elements. Analysis of representative cases of slabs with precast prestressed joists was carried out and the main conclusions were: a) the use of continuity aids highly to decrease the displacements; b) displacements were practically independent of reinforcement ratio on the support; c) the development profiles of the bending moments had a standard behavior to the analysed cases; d) this behavior was independent of reinforcement ratio on the support and e) the reinforcement ratio on the support affected practically the ultimate load value.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Numerical simulations are presented in this work of precast slabs with lattice reinforcement joists with the goal to provide contributions to the structural analysis of this type of slab. An evaluation has been made on the differences between two structural models (isolated beam and grid equivalent) and between two types of analysis (NBR 6118 modified linear analysis and nonlinear analysis with moment-curvature relationships). Applying the grid model equivalent, the influence of the amount of transverse ribbing was also evaluated, especially in deflections checks at Service Limit State. In order to do this, numerical simulations were conducted on precast slabs with lattice reinforcement joists with one, two, three, five and nine transverse ribbing, for each type of analysis. Comparisons of results have enabled several observations, among which stand out the positive effect of the inclusion of transverse ribs, with an average reduction of 29% between the deflections obtained from nonlinear analysis in relation to the modified linear analysis, which is commonly used by designers. / Neste trabalho foram realizadas simulações numéricas de lajes pré-fabricadas com vigotas treliçadas com o objetivo fornecer contribuições para a análise estrutural desse tipo de laje. Foram avaliadas as diferenças existentes entre dois modelos estruturais (viga isolada e grelha equivalente) e entre dois tipos de análise (análise linear modificada conforme NBR 6118 e análise não linear com relações momento-curvatura). Com o emprego do modelo de grelha equivalente, avaliou-se também a influência da quantidade de nervuras transversais, principalmente nas verificações de flechas em Estado Limite de Serviço. Para tal, foram realizadas simulações numéricas em lajes pré-fabricadas treliçadas com uma, duas, três, cinco e nove nervuras transversais, para cada tipo de análise. As comparações de resultados permitiram diversas constatações, dentre as quais se destacam o efeito positivo da inclusão de nervuras transversais, com uma redução média de 29% entre as flechas obtidas da análise não linear em relação às da análise linear modificada, a qual é comumente utilizada pelos projetistas.

Este trabalho aborda um dos tipos construtivos mais empregados em lajes de edificações no Brasil, que são as lajes com nervuras pré-moldadas com armação treliçada. O objetivo principal do trabalho é contribuir na avaliação da continuidade estrutural relativa aos momentos fletores negativos nos apoios destas lajes. Para a realização deste trabalho, as lajes em concreto pré-moldado formadas por vigota com armação treliçada foram analisadas segundo modelos teóricos e experimentais. Na análise teórica, a consideração da não-linearidade física do concreto é realizada a partir do uso da relação momento x curvatura proposta pelo código modelo CEB-90 em conjunto com a técnica do carregamento incremental. Os resultados do modelo teórico são confrontados com os resultados obtidos em ensaios experimentais de faixas de lajes contínuas dimensionadas com diferentes graus de redistribuição dos momentos fletores negativos. Nas análises realizadas observa-se que: a) o modelo teórico apresenta bons resultados comparados aos resultados experimentais, b) as lajes apresentam boa capacidade de rotação plástica, c) com alta taxa de armadura negativa não ocorre redistribuição de esforços, d) as flechas praticamente independem da taxa de armadura negativa e e) a força última é praticamente independente do grau de redistribuição adotado no dimensionamento. / This work deal with an usual type of slab in Brazil: slabs made by precast joist with lattice reinforcement. The goal of this work is the structural analysis of bending moments in the supports of slabs made by this kind of precast element. Theoretical and experimental models analyze this type of slab. In the theoretical analysis, the non-linear concrete behavior is done by moment x curvature relationship of Model Code CEB-90 add incremental load technique. The theoretical model is compared with experimental results of continuous strip slabs designed with different degrees of bending moment redistribution. In these analysis had been noted: a) the theoretical model presents good results compared with the experimental results, b) the slabs present good plastic rotation capacity, c) with high negative reinforcement ratio in the support does not happen moment redistribution, d) the displacement is practically independent of negative reinforcement ratio and e) the ultimate load is practically independent of redistribution degree idealized in the design.