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[pt] Este trabalho teve como objetivo propor um sistema construtivo misto eficiente e econômico para edificações. Foram concebidos dois detalhes de ligação semi-rígida mista, o primeiro para colunas de extremidade, e o segundo para colunas intermediárias, executados no eixo de maior inércia da coluna. A ligação de extremidade motivou o desenvolvimento de um novo elemento de ligação: o conector T-rib. Sua principal função é transmitir a resultante das barras de armadura de flexão nas regiões de momento negativo para a mesa das colunas de extremidade. O presente trabalho também envolveu uma investigação de dois modelos para ligações semi-rígidas: o modelo analítico simplificado de Kishi-Chen, [CHEN93], e o modelo mecânico do Anexo J do EUROCODE3, [EURO98], gerando duas alternativas para modelos semi-rígidos mistos. O primeiro modelo de cálculo, desenvolvido a partir do modelo de Kishi e Chen, [CHEN93], permite o cálculo dos dois detalhes de ligação citados anteriormente. O segundo modelo proposto foi concebido a partir da incorporação das contribuições do conector T-rib, das cantoneiras de alma e das barras de armadura existentes nos dois detalhes de ligação citados anteriormente, já que o modelo original do EUROCODE3, não considera estas componentes. Uma calibração dos modelos propostos foi executada a partir de uma comparação com valores obtidos experimentalmente no presente trabalho. Uma solução alternativa para conectores de cisalhamento de vigas mistas de concreto e aço também foi desenvolvida. Esta solução consistiu na adaptação do conector de cisalhamento perfobond rib utilizado em pontes mistas para uso em edificações correntes. Esta investigação resultou na criação de um novo layout para este tipo de ensaio. Este novo ensaio permitiu a determinar a contribuição dos cilindros de concreto e barras de armadura nos furos do conector perfobond rib e aferiu, pela primeira vez na literatura, a fórmula de resistência ao cisalhamento para este conector proposta por Oguejiofor e Hosain, [OGUE94]. Para caracterizar os possíveis estados de ruína do conector T-rib uma série de seis ensaios foi executada. Esta etapa de trabalho compreendeu o desenvolvimento de um novo tipo de ensaio de arrancamento projetado especialmente para esta investigação. Para avaliar o desempenho global do sistema construtivo proposto foi construído e ensaiado um pórtico plano semi-rígido misto em escala real, executado de modo a permitir a aferição do comportamento real das ligações, do comportamento do conjunto das viga-mistas e das vigas- colunas da estrutura. Este ensaio permitiu a determinação de curva carga versus. Rotação, uma estimativa dos esforços máximos de flexão nas ligações, etc. / [en] This work focused on the development of an efficient and economic composite building system. This was accomplished by the conception of two new composite major axis connection details for external and intermediate columns. The external column connection detail motivated the creation of a new connection element: the T-rib connector. The main purpose of this element is to transmit the reinforcement bars forces directly to the external columns in negative moment regions The present study also comprehended an nvestigation of two semi-rigid connections design models:the simplified analytical model of Kishi-Chen, [CHEN93], and the Eurocode 3 mechanical model,[EURO98], leading to further developments in both structural models. The first proposal extends the Kishi-Chen model, [CHEN93], for the external and intermediate columns connections investigated in this work. The second proposal incorporated the contributions of the T-rib connector, the web angles and the reinforcement bars on the EUROCODE3 model, since they were not originally taken into account. Both model were calibrated against the experimental results produced in the present investigation. An alternative solution for composite beams shear connectors was also developed. This solution consisted of an adaptation of the perfobond rib shear connector, generally used in composite bridges, to residential or commercial building construction. This investigation resulted in the development of a new test layout for the required experiments. These experiments enabled the determination of the individual contribution of the concrete dowels and reinforcement bars used in the perfobond rib connector holes. As far as it is known, these tests enable the calibration and evaluation V of each individual term of the perfobond rib resistance formula proposed by Oguejiofor and Hosain, [OGUE94]. A set of six tests was also made to characterise the T-Rib connector ultimate limit states. This procedure also required the development of a new pullout test procedure and layout especially designed for this purpose. To evaluate the global performance of the proposed building system a full-scale composite semi-rigid portal frame was built and tested up to collapse. The experimental programme provided information on real structural behaviour where the influence of connections, beam as beam column behaviour ads second order efectswere full investigated. This experimental research enabled the determination of: load versus rotation curves, an estimation of the maximum connection s bending forces, etc. / [es] Este trabajo tiene como objetivo proponer un sistema constructivo mixto eficiente y económico para edificaciones. Fueron concebidos dos detalles de llamada semi-rígida-mixta, el primero para columnas de extremidad, y el segundo para columnas intermediárias, ejecutados en el eje de mayor inercia de la columna. La llamada de extremidad motivó el desarrollo de un nuevo elemento de llamada: el conector T rib. Su principal función es transmitir la resultante de las barras de armadura de flexión en las regiones de momento negativo para la mesa de las columnas de extremidad. Este trabajo también investiga dos modelos para conexiones semi rígidas: el modelo analítico simplificado de Kishi Chen, [CHEN93], y el modelo mecánico del Anexo J del EUROCODE3, [EURO98], generando dos alternativas para modelos semi rígidos mixtos. El primer modelo de cálculo, desarrollado la partir del modelo de Kishi y Chen, [CHEN93], permite el cálculo de los dos detalles de llamada citados anteriormente. El segundo modelo propuesto fue concebido a partir de la incorporación de las contribuciones del conector T rib, de las esquineras de alma y de las barras de armadura existentes en los dos detalles de llamada citados anteriormente, ya que el modelo original del EUROCODE3, no considera estas componentes. Los modelos propuestos fueron calibrados a partir de una comparación con valores obtenidos experimentalmente en el presente trabajo. Una solución alternativa para conectores de cisallamento de vigas mixtas de concreto y acero también fue desarrollada. Esta solución consistió en la adaptación del conector de cisallamento perfobond rib utilizado en puentes mixtas para uso en edificaciones corrientes. Esta investigación tuvo como resultado la creación de un nuevo layout para este tipo de ensayo. Este nuevo ensayo permitio determinar la contribución de los cilindros de concreto y barras de armadura en las perforaciones del conector perfobond rib y ajustó, por primera vez en la literatura, la fórmula de resistencia al cisallamento para este conector propuesta por Oguejiofor y Hosain, [OGUE94]. Para caracterizar los posibles estados de ruina del conector T rib, se ejecutó una série de seis ensayos. Esta etapa del trabajo comprendió el desarrollo de un nuevo tipo de ensayo de arranque proyectado especialmente para esta investigación. Para evaluar el desempeño global del sistema constructivo propuesto, fue construido un pórtico plano semirígido mixto en escala real, ejecutado de tal modo que permita el ajuste del comportamiento real de las conexiones, del comportamiento del conjunto de las viga mixtas y de las vigas columnas de la extructura. Este ensayo permitió la determinación de curva carga versus Rotación, una estimativa de los esfuerzos máximos de flexión en las conexiones, etc.

No / The chapter describes the ongoing work on modeling the semi-rigid composite beam-column connections of composite beams with precast hollow core slabs. Using the finite element (FE) software ABAQUS, a three-dimensional (3D) model of a composite joint is set up. The technique of simulating bolt force, endplate, concrete elements, reinforcement, and shear connectors, and the interaction between slabs and steel beams is presented in the chapter. Preliminary results on the steel joint and simplify composite joint are also presented in the chapter. FE model for the bare steel joints and the simplified composite joints are presented, and the result of the simplified composite model showed good agreement with the experimental result but with lower joint stiffness. Further work on the full finite element model of composite joints is still going on.

This paper describes the 3-dimensional finite element modelling of composite connection with steel beams and precast hollow core slab. A finite element model to simulate the structural behaviour of the composite beam was described and was used to study the behaviour of a wide range of composite connections to gain a better understanding of the structural behaviour especially the moment¿rotation characteristic of the connections. Parametric studies were carried out to investigate the structural behaviour with variations in: size of the beam, thickness of the endplate, thickness of column web, depth of precast hollow cored slab and stud spacing. Through the parametric study, the structural behaviour of the composite connection has been discussed in detail, and recommendations for the design purpose has been made.

Beams in a typical steel framed floor design are assumed to have pinned supports for purposes of design. In reality, the connections between the beams and girders in a steel framed floor system are not pinned. The design bending moments and deflections of the attached beam could be reduced if the true rotational restraint provided by the beam-girder connections could be included in the design. The connection rotational restraint is characterized by the moment-rotation behavior. Consequently, a method for approximating the moment-rotation behavior of the beam-girder connection is required before the beneficial effects of the true connection rotational restraint can be considered in design. Experimental and analytical research on the moment-rotation behavior of a specific type of beam-girder connection is presented in this dissertation. The primary objective of this research is to develop a component model of the connection that can be used to approximate the moment-rotation behavior. The component model is based on the hypothesis that the connection behavior can be modeled as a combination of the connection component behaviors. The connection components are the fundamental pieces of the connection such as bolts, shear studs, and welds. In general, the component model can be very computationally intensive. Consequently, a secondary objective of this research is to develop a connection model that is simpler to use. Behavior models for each of the connection components are presented and/or developed. These models are derived from a combination of existing literature, experimental and analytical research, and basic mechanics. Next, a method of combining the component behaviors into a connection model that can be used to approximate the moment-rotation behavior is developed. Results from experimental research on the moment-rotation behavior of the beam-girder connection are then used to verify the model. Finally, a simplified model of the beam-girder connection is developed. This model is based on the same hypothesis as the component model; however, through a combination of assumptions, simplifications, and the results of parametric studies the simplified model becomes far less computationally intensive than the full component model. / Ph. D.

In most road infrastructure networks, the two prevalent types of pavements considered during the pavement type selection (PTS) process are flexible and rigid. Thus, these two structures are the most commonly constructed in the road industry. A consideration of a different pavement alternative is proposed in this study. Composite pavements, which are in essence a combination of a rigid base overlaid with a hot-mix asphalt (HMA) surface course, have the potential to meet the technical and economic requirements that are sought in the PTS process. For that reason, technical and economic evaluations were performed to justify the consideration of composite pavement systems in the PTS process. At the technical level, composite pavement design guidelines from various transportation agencies were obtained and followed to design their respective composite pavement structures. A mechanistic analysis based on the multi-layer linear elastic theory was performed on different composite structures to understand the behavior they present when compared to traditional pavements. In addition, distresses affecting composite pavements such as fatigue (bottom-up and top-down) cracking, rutting, and reflective cracking were modeled and investigated using sensitivity analyses. At the economic level, a deterministic life cycle cost analysis (LCCA) based on Virginia Department of Transportation (VDOT) guidelines was performed. This LCCA compared two proposed composite pavements (one with a cement-treated base [CTB] and the other with a continuously reinforced concrete pavement [CRCP] base) to traditional flexible and rigid pavement structures. Furthermore, sensitivity analyses involving discount rates and traffic volumes were performed to investigate their effect on the present worth (PW) computation of the four pavement alternatives. Results from this study suggest that composite pavements have both the technical and economic potential to be considered during the PTS process. / Master of Science

[pt] As ligações viga-pilar desempenham uma função fundamental para a determinação do comportamento real de estruturas de aço. Portanto torna-se necessária uma avaliação muito criteriosa das reais características geométricas e mecânicas destas ligações, substituindo as tradicionais considerações idealizadas, rígida e flexível, pela modelagem semi-rígida.Atualmente um dos métodos mais utilizados para caracterização de ligações semi-rígidas se fundamenta no método das componentes, descrito pelo Eurocode 3, que consiste na determinação da resistência e rigidez dos elementos de maior influência no comportamento de uma ligação. Com a intenção de se desenvolver um estudo sobre as ligações semi-rígidas, inicialmente foi implementado computacionalmente um sistema de análise e dimensionamento capaz de avaliar o comportamento estrutural destas ligações a partir da informação das propriedades geométricas de ligações viga- pilar executadas com placa de extremidade, produzindo uma base de dados para um projeto estrutural mais seguro. Adicionalmente também foi executado um estudo sobre a otimização do dimensionamento de ligações semi-rígidas, através da criação de um sistema para determinação do modelo ótimo, utilizando-se algoritmos genéticos. Neste sistema, através da variação de parâmetros geométricos, determinados de acordo com a necessidade do usuário, obtém- se o modelo ideal de comportamento dentro de uma gama de soluções possíveis. Finalizando o presente estudo sobre ligações semi-rígidas, apresenta-se uma nova metodologia para consideração de ligações aparafusadas com placa de extremidade de altura variável, (header plate), que tradicionalmente são consideradas como flexíveis. Estas ligações foram analisadas através do método das componentes, determinando suas limitações de resistência à flexão e ao corte, juntamente com sua rigidez rotacional, efetuando-se modificações nas componentes apresentadas no Eurocode 3. / [en] The beam-to-column connections play fundamental role in the determination of the real behavior of steel structures. Therefore it is imperative to proper evaluate and consider the real geometric and mechanical properties of these connections, substituting the traditional idealized considerations, rigid and flexible, for the semi-rigid modelling approach. Nowadays one of the most used methods in the semi-rigid connection design is named the components method, described in the Eurocode 3. This method is based on the determination of the connection bending capacity and initial stiffness from the most relevant structural element parts. The main objective of this investigation was to evaluate the semi-rigid connection structural response. This was made by the development of a computer system capable to properly evaluate the behaviour of these connections. This program used the end plate beam-to-column connection material and geometric properties to fulfil this objective, producing a comprehensive database later to be used for more reliable structural project. Additionally an optimisation module was also implemented on the semi-rigid connection program, using genetic algorithms, where through the variation of certain geometric parameters, chosen in accordance to the user's requirements, the ideal connection structural behaviour could be determined from a range of pertinent solutions. Concluding the present study an alternative procedure is proposed for header plate connections where traditionally only shear was assumed to be transmitted. These connections were analysed according to the component method, to determine their bending and shear resistance, initial stiffness and rotation capacity, through modifications made on the relevant structural components presented in Eurocode 3 standard.

Observa-se no cenário mundial uma crescente tendência da construção de edifícios de aço. Assim, procurando encontrar a forma mais econômica para a construção, os edifícios projetados estão cada vez mais altos e seus elementos, vigas e pilares, formados por perfis cada vez mais leves. Com isso, são necessários estudos mais avançados para buscar um modelo estrutural que represente o comportamento real dessas estruturas. Este trabalho tem como objetivo discutir e propiciar uma melhor compreensão dos modelos e técnicas de análise estrutural aplicado aos edifícios de aço dando ênfase à influência das ligações. Foi realizado um aprimoramento dos modelos numéricos tridimensionais de ligações de aço e mistas. Foram analisadas três diferentes geometrias de edifícios considerando as não linearidades geométrica e do material, diferentes formas de representação das ligações, consideração das imperfeições geométricas iniciais e imperfeições iniciais de material. Estas análises foram feitas em modelos bidimensionais e tridimensionais. Observou-se grande diferença nos valores de esforços solicitantes e deslocamentos laterais quando a forma de consideração do comportamento semi-rígido das ligações foi variada. / It\'s possible to see that constructions of steel buildings in the world are increasing. Engineers have been trying to build economical constructions. So they have been designing tall buildings using light members. It is necessary new studies to develop structural models that represent structure\'s real behavior. The objective of this work is to discuss and to provide a better understanding of some models and technics used for design steel buildings. It was improved numerical three-dimensional models of steel connections and composite connections. It was analyzed three different geometry of building considering geometrical non-linearity, material non-linearity, different representation of connections, initial geometric imperfections, initial imperfections of material. These analyses were done on bidimensional and threedimensional models. It was noted big difference on internal forces and lateral displacement when was changed the way of representation of connections semi rigid behavior.

Observa-se no cenário mundial uma crescente tendência da construção de edifícios de aço. Assim, procurando encontrar a forma mais econômica para a construção, os edifícios projetados estão cada vez mais altos e seus elementos, vigas e pilares, formados por perfis cada vez mais leves. Com isso, são necessários estudos mais avançados para buscar um modelo estrutural que represente o comportamento real dessas estruturas. Este trabalho tem como objetivo discutir e propiciar uma melhor compreensão dos modelos e técnicas de análise estrutural aplicado aos edifícios de aço dando ênfase à influência das ligações. Foi realizado um aprimoramento dos modelos numéricos tridimensionais de ligações de aço e mistas. Foram analisadas três diferentes geometrias de edifícios considerando as não linearidades geométrica e do material, diferentes formas de representação das ligações, consideração das imperfeições geométricas iniciais e imperfeições iniciais de material. Estas análises foram feitas em modelos bidimensionais e tridimensionais. Observou-se grande diferença nos valores de esforços solicitantes e deslocamentos laterais quando a forma de consideração do comportamento semi-rígido das ligações foi variada. / It\'s possible to see that constructions of steel buildings in the world are increasing. Engineers have been trying to build economical constructions. So they have been designing tall buildings using light members. It is necessary new studies to develop structural models that represent structure\'s real behavior. The objective of this work is to discuss and to provide a better understanding of some models and technics used for design steel buildings. It was improved numerical three-dimensional models of steel connections and composite connections. It was analyzed three different geometry of building considering geometrical non-linearity, material non-linearity, different representation of connections, initial geometric imperfections, initial imperfections of material. These analyses were done on bidimensional and threedimensional models. It was noted big difference on internal forces and lateral displacement when was changed the way of representation of connections semi rigid behavior.

O final da vida útil de pavimentos com bases rígidas se caracteriza pelo aparecimento de trincas de blocos e de fadiga. Neste cenário, a reciclagem das camadas de base e revestimento asfáltico, com adição de cimento, surge como técnica importante para reabilitação dessas estruturas. Além de se tratar de uma solução vantajosa do ponto de vista técnico, é competitiva em termos econômicos, além de sustentável. Entretanto, a escassa normatização nacional dificulta sua aplicação, destacando-se a falta de um procedimento de dosagem. Objetivando contribuir para o desenvolvimento de um método de dosagem de camadas recicladas com cimento, desenvolveu-se um programa experimental, contemplando a caracterização mecânica (resistência e rigidez), a variação volumétrica e a erodibilidade de misturas contendo fresado asfáltico, materiais de bases rígidas (brita graduada tratada com cimento e solo-cimento) e cimento Portland. Foram analisados os efeitos da porcentagem de fresado, do teor de cimento e do tempo de cura, compactando-se os corpos de prova na energia Modificada. Com auxílio de um software estatístico, foi elaborado um planejamento experimental para definição das misturas analisadas, contemplando-se diversos níveis para as variáveis independentes (teores de cimento entre 1% e 7%, e porcentagens de fresado variando entre 8% e 92%, aproximadamente). Os tempos de cura considerados foram extrínsecos ao planejamento e variaram de acordo com o ensaio, sendo de 3, 7 e 14 dias para os ensaios de comportamento mecânico e de 7 dias para os demais ensaios. Obtiveram-se modelos com efeitos estatisticamente significativos, com exceção da expansão. Os demais modelos apresentaram coeficientes de determinação de médios a elevados, tendo em vista a heterogeneidade dos materiais estudados, além do tamanho amostral considerável. Foi verificado que todas as variáveis afetam as propriedades analisadas, sendo que o teor de cimento demonstrou maior efeito, sendo que sua adição melhora consideravelmente o comportamento das misturas empregadas, frente à ação do tráfego e da água. Foram alcançados resultados bastante elevados de resistência à compressão simples (1,00 MPa a 6,49 MPa) e resistência à tração na compressão diametral (0,17 MPa a 1,22 MPa); já a rigidez das misturas apresentou uma ampla variação de resultados (484 MPa a 20.031 MPa). Com relação aos materiais de base empregados (brita graduada tratada com cimento e solo-cimento), não se observou uma tendência única; as misturas com solo-cimento apresentaram maior resistência, entretanto, com comportamento ligeiramente inferior quanto à variação volumétrica e à erodibilidade. Na análise da rigidez, os materiais de base mostraram comportamento bastante similar. Para concluir, foi verificado que o procedimento proposto por Fedrigo (2015) também é satisfatório para a dosagem de misturas recicladas constituídas por antigas bases cimentadas e fresado asfáltico, restando ainda quantificar a possível retração por secagem das misturas estudadas. / The end of the useful life of pavements with rigid bases characterizes by the appearance of block and fatigue cracking. The full-depth reclamation with cement (FDR-C) of this layer combined with the asphalt layer seem to be a good choice for the rehabilitation of the pavement structure. Besides being an advantageous solution from a technical point of view, it is competitive in economic terms, besides being sustainable. However, the Brazilian standards are scarce thus limiting its application, highlighting the lack of an appropriated mix design method to this technique. In order to contribute for the development of an FDR-C mix design method, an experimental program was developed aiming to test the mechanical characterization (strength and stiffness), volumetric variation and the erodibility of mixtures made of reclaimed asphalt pavement (RAP), rigid base materials (cement treated crushed stone and soil-cement) and Portland cement. There were analyzed the effects of the RAP percentage, the cement content and the curing time of the specimens. For that, the compaction effort used was the Brazilian Modified one. Through a statistic software, an experimental planning was prepared for mixtures determination, with several levels for the independent variables (cement content between 1% and 7%, and RAP percentage varying by 8% up to 92%, approximately). The curing time analyzed was outward of experimental planning and it varied according to the kind of test. The specimens of mechanical performance were cured for 3, 7 and 14 days, and the other tests were examined at the 7th day of curing time. Models with statically significant effects were obtained, except the swell one. The others had medium and high coefficients of determination, given the heterogeneity of the studied materials, in addition to considerable sample size. It was found that all variables affect the analyzed properties, and the cement content proved to be with the greatest effect among the analyzed factors. Cement addition improves considerably the behavior of the mixtures for the traffic and water actions. Moreover, higher results were achieved for UCS (1.00 MPa up to 6.49 MPa) and ITS (0.17 MPa up to 1.22 MPa) tests. While the mixtures stiffness presented a wide range of results (484 MPa up to 20,031 MPa). Regarding the studied materials, it was observed that they do not have a single trend. The mixtures with soil-cement presented stronger, but with slightly lower behavior for volumetric variation and erodibility. At the stiffness analysis, different materials showed very similar behavior. All in all, it was found that the mix design method proposed by Fedrigo (2015) is also suitable for employment in semi-rigid FDR-C, still remaining to measure the possible drying shrinkage of specimens.