Originally presented as the author's Thesis (Ph. D.)--University of Kumamoto. / Includes bibliographical references and index.

As vigas mistas de aço e concreto são elementos estruturais que resultam da associação de um perfil de aço laminado, formado a frio ou soldado, e de uma laje de concreto podendo esta ser moldada in loco, pré-fabricada ou com forma de aço incorporada. A construção de vigas mistas com laje de vigotas pré-moldadas de concreto não é prevista pela norma brasileira de dimensionamento de elementos de aço NBR 8800:2008 e poucos estudos foram realizados até o momento. Geralmente, os estudos realizados sobre vigas mistas são feitos em modelos compostos por perfil de aço e uma faixa de laje denominada largura efetiva. Neste trabalho foi desenvolvido um estudo teórico e experimental de vigas mistas fazendo parte de um pavimento tipo. O objetivo principal foi o estudo do comportamento das vigas mistas pertencentes a um pavimento tipo quando submetidas a diferentes tipos de carregamentos, distribuídos e concentrados, verificação da formação de fissuras na laje e a importância de considerar uma faixa de laje maciça na região da largura efetiva sobre as vigas. A análise numérica foi realizada utilizando o pacote comercial ANSYS e por meio das expressões de cálculo fornecidas pela norma brasileira de aço e adaptações para consideração da pré-laje de concreto. Os resultados mostraram um bom desempenho das vigas mistas comparadas com a resistência de cálculo de acordo com as expressões fornecidas pela norma para vigas mistas com pré-laje de concreto e a importância da execução de uma faixa maciça na região da largura efetiva. / The composite steel and concrete beams are structural elements witch results of association by a hot rolled, cold formed or welded steel beam and concrete slab which can be made in site, precast or with steel deck. The design of composite beams made with slab made with precast type lattice joist isn\'t anticipated by the brazilian code and a few studies has been made up to now. Usually, the studies about composite beams are made with steel beam and a concrete\'s zone called a slab\'s effective width. In this work a teorical and experimetal studies were presented with a frame\'s composite beams. The aim of this work was investigate the behaviour when differents loads, distributed and concentrated, were apllied, find out if cracks appeared and the importance of design a solid slab on the effective width\'s regions. The theorical analysis made using the code ANSYS v.10.0 and with expressions of brazilian code for composite beams with precast slabs. The results have shown a good agreement with code\'s analitical models and teh importance of design a solid slab on the effective width\'s regions.

Orientador: João Alberto Venegas Requena / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-25T16:56:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fidalgo_AugustoMadrigali_M.pdf: 8655271 bytes, checksum: 8636b5b90c043f307e3e2dde1a8696ff (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho consiste no estudo teórico e numérico de uma ligação flange, solicitada inicialmente por força axial de tração e, em um segundo momento, por uma força excêntrica de tração. Essa ligação é usada em estruturas metálicas tubulares para emenda de barras e, especificamente nesse projeto, em perfis tubulares circulares. É uma ligação parafusada e soldada, com flanges circulares nas duas extremidades das barras, soldados de forma continua e sem furo no meio da placa, também chamada de "Blank Flange", conectando as barras. A grande parte das bibliografias e normas atuais preveem para esse tipo de ligação o dimensionamento apenas para solicitação de força axial de tração, dentre as estudadas, apenas uma prevê o dimensionamento com solicitação excêntrica. Assim, nesse trabalho foi feita uma modelagem numérica, usando o software Ansys, para estudar o comportamento dessa ligação frente à solicitação axial de tração, verificando o mecanismo do efeito "Prying", ou efeito alavanca, e sua influência na resistência da peça. Usando esse modelo, foi verificada a validade das formulações para a tração, o mecanismo de funcionamento da ligação e a possibilidade de otimização do cálculo, que hoje é feito com fórmulas empíricas, das quais não se conhece os dados de ensaios. Por fim, uma vez calibrado o modelo numérico para tração e verificado o cálculo proposto, ele foi ajustado para simular o flange submetido à flexo-tração, e com isso seu comportamento foi estudado e proposta uma formulação para esse dimensionamento / Abstract: The research is about a theoretical and numerical analysis of flange connection, initially subject to axial tensile load, and then to an eccentric tensile load. This kind of joint is used in hollow steel structures, and specifically in this work, using circular hollow section. Flange is a bolted and welded connection, which both tubes are welded on continuous circular plates, without holes, called Blank Flange, and this plates are bolted together. Most bibliography and codes, used in this research, have only the axial tensile design for flange, just one of them have the flexure tensile one. Because of that, this research proposed a numerical model in Ansys, to study how this joint behave subject to axial tensile load, checking prying effect, or cantilever effect, and its influence in joint resistance. Using this model, the axial tensile design was validated numerically, joints behavior was analyzed and the possibility to optimized the actual design, which is based on empirical equations. Therefore, once the numerical model for axial tensile load and it¿s design was calibrated, this was changed to simulate eccentric tensile load, to study its behavior and propose a design / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

No

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No / Damage or instantaneous loss of critical structural members due to unforeseen events like impact, blast and natural disasters often propagates progressive collapse as a result of complex redistribution of stresses within the structural system. In severe conditions, in which the structure lacks the ability to absorb the stresses in seeking a new equilibrium state, it could result in partial or total collapse of the building. Current design guidelines such as GSA 2003 recommend single removal of load bearing member for progressive collapse assessment. However, triggering events may affect one or more structural member resulting in partial or total collapse of the structure. This paper presents the various effect of sudden column loss on the redistribution of forces in structural members that determine the equilibrium state of the structure.

Terças e longarinas metálicas são geralmente projetadas no Brasil desconsiderando a interação com as telhas, ou seja, como barras isoladas, apesar da norma brasileira NBR 14762:2001 apresentar um procedimento de cálculo que leva em consideração tal interação (método do fator R). O comportamento estrutural do sistema terça-telha é complexo e a análise completa deve considerar a não-linearidade geométrica e física, bem como a influência do contato e da conexão terça-telha. Foram analisados modelos numéricos propostos na literatura e desenvolvido um modelo via método dos elementos finitos (MEF) que incorpora as não-linearidades e o contato terça-telha. O modelo foi calibrado com resultados experimentais e posteriormente foi realizada uma análise paramétrica, a qual permitiu gerar expressões que relacionam a força (vento de sucção) com os deslocamentos. Foi também analisada a viabilidade da aplicação do método da resistência direta (MRD) ao dimensionamento de terças restringidas pela telha, empregando o método das faixas finitas (MFF) para a análise de estabilidade elástica, em que a restrição promovida pela telha foi modelada por meio de vínculos elásticos na mesa conectada com a telha. Foram considerados dois casos de distribuição de tensões normais: (i) tensões oriundas somente da flexão e (ii) tensões oriundas da flexão e torção. Em ambos os casos o momento resistente apresentou diferenças relativamente elevadas em relação ao obtido pelo método do fator R, refletindo a necessidade de uma abordagem específica do método para o sistema terça-telha. / The structural behavior of purlin-sheeting system is complex and the complete analysis should consider the physical and geometrical nonlinearity, as well as the influence of the purlin-sheeting contact and connection. The brazilian code NBR 14762:2001 provides a design procedure to consider the interaction between a purlin or girt connected to the sheeting (factor R method). In Brazil purlins and girts are typically designed as isolated beams, without consideration for this purlin-sheeting combination. Numerical models proposed in the literature were analyzed and a finite element model (FEM) was developed considering nonlinearities and the contact between purlin and sheeting. The model was validated through experimental results and then implemented in a parametrical analysis. Expressions were generated using the parametrical results to relate the loading (wind uplift) to the displacements. The direct strength method (DSM) was analyzed to the designed of purlins restrained by sheeting. The finite strip method (FSM) was used for elastic buckling determination. The restraint applied to the sheeting was modeled using an elastic foundation on the flange connected to the sheeting. Two stress distributions were considered: (i) bending stresses and (ii) bending and warping stresses. In both cases the nominal flexural strength presented considerable differences compared to the factor R design method, reflecting the necessity of a specific study to evaluate the viability of the DSM approach for purlin design.

Terças e longarinas metálicas são geralmente projetadas no Brasil desconsiderando a interação com as telhas, ou seja, como barras isoladas, apesar da norma brasileira NBR 14762:2001 apresentar um procedimento de cálculo que leva em consideração tal interação (método do fator R). O comportamento estrutural do sistema terça-telha é complexo e a análise completa deve considerar a não-linearidade geométrica e física, bem como a influência do contato e da conexão terça-telha. Foram analisados modelos numéricos propostos na literatura e desenvolvido um modelo via método dos elementos finitos (MEF) que incorpora as não-linearidades e o contato terça-telha. O modelo foi calibrado com resultados experimentais e posteriormente foi realizada uma análise paramétrica, a qual permitiu gerar expressões que relacionam a força (vento de sucção) com os deslocamentos. Foi também analisada a viabilidade da aplicação do método da resistência direta (MRD) ao dimensionamento de terças restringidas pela telha, empregando o método das faixas finitas (MFF) para a análise de estabilidade elástica, em que a restrição promovida pela telha foi modelada por meio de vínculos elásticos na mesa conectada com a telha. Foram considerados dois casos de distribuição de tensões normais: (i) tensões oriundas somente da flexão e (ii) tensões oriundas da flexão e torção. Em ambos os casos o momento resistente apresentou diferenças relativamente elevadas em relação ao obtido pelo método do fator R, refletindo a necessidade de uma abordagem específica do método para o sistema terça-telha. / The structural behavior of purlin-sheeting system is complex and the complete analysis should consider the physical and geometrical nonlinearity, as well as the influence of the purlin-sheeting contact and connection. The brazilian code NBR 14762:2001 provides a design procedure to consider the interaction between a purlin or girt connected to the sheeting (factor R method). In Brazil purlins and girts are typically designed as isolated beams, without consideration for this purlin-sheeting combination. Numerical models proposed in the literature were analyzed and a finite element model (FEM) was developed considering nonlinearities and the contact between purlin and sheeting. The model was validated through experimental results and then implemented in a parametrical analysis. Expressions were generated using the parametrical results to relate the loading (wind uplift) to the displacements. The direct strength method (DSM) was analyzed to the designed of purlins restrained by sheeting. The finite strip method (FSM) was used for elastic buckling determination. The restraint applied to the sheeting was modeled using an elastic foundation on the flange connected to the sheeting. Two stress distributions were considered: (i) bending stresses and (ii) bending and warping stresses. In both cases the nominal flexural strength presented considerable differences compared to the factor R design method, reflecting the necessity of a specific study to evaluate the viability of the DSM approach for purlin design.

Orientador: João Alberto Venegas Requena / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-19T15:03:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Minchillo_DanielaGrintaciVasconcellos_D.pdf: 6597615 bytes, checksum: 5e256a912f052806cb5166fe84151bf7 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma concepção estrutural para ligações de treliças metálicas tubulares de seção circular com chapa de topo através de um estudo teórico-experimental. Nesta concepção as extremidades das diagonais são superpostas e unidas por um único parafuso fazendo com que a ligação seja pinada. A colocação da chapa faz com que apareça uma excentricidade na ligação originando esforços adicionais na estrutura que são aqui avaliados. Como vantagem desta ligação, destaca-se o baixo custo de fabricação, a rapidez de montagem das treliças, facilidade de transporte e versatilidade no detalhamento das ponteiras das diagonais. Pode ser utilizada em ligações de treliças planas ou multiplanares. Foi realizado um levantamento bibliográfico nas prescrições de cálculo e demais publicações, nacionais e internacionais, para ligações de estruturas tubulares, e um programa experimental foi desenvolvido com objetivo de certificar a ligação e obter um procedimento adequado para o cálculo da sua resistência. A análise experimental possibilitou a avaliação dos efeitos localizados na ligação, a interação entre a chapa e o perfil tubular e a identificação dos mecanismos de colapso. Os resultados experimentais são comparados com os resultados numéricos, que consideram como parâmetros, a influência do comprimento e da espessura da chapa de topo na resistência, no modo de colapso e na distribuição de tensões na ligação. Um modelo numérico, calibrado pelos resultados da análise experimental, foi utilizado para uma análise paramétrica. Com os resultados desta análise foi proposta uma formulação para obtenção da resistência da ligação / Abstract: This work presents a theoretical and experimental study of a gusset plate connection for application in trusses with circular hollow sections. In this connection the diagonals edges are superimposed and joined together at the plate by a single bolt causing the connection to be pinned. The placement of the plate leads to an eccentricity, resulting in additional efforts in the connection that are evaluated. Some of the advantages of this connection are the low manufacturing costs, the quickly assembly of trusses, versatility in the detailing of the braces ends and can be used properly on uniplanar or multiplanar trusses. A literature review is performed on codes, prescriptions and other publications, national and international for tubular connections, and an experimental program is developed in order to certify and obtain an appropriate procedure to determine the connection resistance. The experimental analysis allowed the evaluation of the local effects, the interaction between the gusset plate and tubular section and the identification of the failure modes. The experimental results are compared with numerical results considering parameters such as the influence of the length and thickness of the gusset plate in the connection resistance, failure mode and stress distribution. A numerical model, validated by the results of experimental analysis, was used for parametric analysis. With the parametric results, an analytical expression is proposed to predict the connection resistance / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

Orientador: João Alberto Venegas Requena / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:46:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CoelhodaSilva_CatherineSoutoCosta_M.pdf: 3557954 bytes, checksum: afb90fa08dbf9c58642449f92217d07a (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar um tipo de ligação em treliças metálicas tubulares multiplanares de seção circular com chapa de topo. Nestas ligações as extremidades das diagonais são superpostas e unidas por um único parafuso fazendo com que a ligação seja pinada. A colocação da chapa de topo implica no aparecimento de uma excentricidade na ligação originando esforços adicionais na estrutura. Esse tipo de ligação tem como vantagem o baixo custo de fabricação, a rapidez de montagem das treliças, a facilidade de transporte e a versatilidade no detalhamento das ponteiras das diagonais. Foi realizado um levantamento bibliográfico nas prescrições de cálculo e demais publicações, nacionais e internacionais, para ligações de estruturas tubulares e encontrou-se um estudo para esse tipo de ligação, mas apenas analisando treliças planas. Para verificar o comportamento da ligação, serão analisados modelos numéricos desenvolvidos com o programa de elementos finitos ANSYS 14.0. Os resultados encontrados com esses modelos serão analisados e comparados com os resultados numéricos encontrados na pesquisa de ligação pinada com chapa em treliças tubulares planares para elaboração de um fator de correção entre os dois tipos de ligação / Abstract: This paper objective is to propose a connection type for tubular steel trusses with circular section, multiplanar and with gusset plate. In these connections the ends of the diagonals are overlapped and joined by a single pin resulting a pinned connection. The position of the gusset plate in the connections implies an eccentricity which results in additional efforts in the structure. The advantage of this connection type is the low manufacturing cost, the fast erection of trusses, the easier transportation and the versatility in the detailing constructive of the diagonals end. Survey in technical books, standards, manuals and scientific articles was made for tubular steel structures connection. In this survey was found a research for a similar type of connection, but in this there were only analysis of planar trusses. Numerical models using the commercial finite element software ANSYS 14.0 will be analyzed to check the connection. The results from these models will be analyzed and compared with numerical results in the bibliographic review about planar truss for preparation of a correction factor between the two types of connection. OBSERVAÇÃOA palavra gusset nas palavras chaves, título em inglês e no abstract devem ser grifadas em itálico / Mestrado / Estruturas e Geotécnica / Mestra em Engenharia Civil