Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1616.pdf: 4035803 bytes, checksum: 02081aa2752efe82918a70652eda7c2e (MD5) Previous issue date: 2007-08-24 / This present work covers possible manners of evaluating steel concrete frames designed for multiple flooring buildings as far as instability and necessity of second order efforts are concerned. Starting from single floor projects with simple flat slab frame, models with different numbers of floors are considered. The models do not use large rigidity elements such as staircases and lift shafts. The modeling used in this piece adopts simplified criteria for vertical action dimensioning, forming frames with flat slab layers taken as low height beams. These models are evaluated. Based on the results, the work analyzes the application validity of criteria to dismiss consideration of the NBR6118:2003 code presented second order global effort, and compares this against the P-∆ process utilization. Results both with and without inverted beams at the periphery are compared. / O presente trabalho aborda maneiras possíveis de avaliar estruturas de concreto armado destinadas a edifícios de múltiplos pavimentos quanto à instabilidade e necessidade de considerações de esforços de segunda ordem. A partir de plantas simples de estruturas em lajes planas, são considerados modelos com diferentes números de pavimentos. Os modelos não utilizam elementos de grande rigidez, como poços de elevadores e escadas. A modelagem utilizada adota os critérios simplificados para dimensionamento às ações verticais, formando pórticos com faixas de lajes admitidas como vigas de pequena altura. Estes modelos são avaliados. A partir dos resultados, analisa- se a validade a aplicação dos critérios para dispensa de consideração dos esforços globais de segunda ordem apresentados na NBR6118:2003, e se compara com a utilização do processo P-∆. São comparados resultados para estruturas com e sem utilização de vigas invertidas na periferia.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5306.pdf: 6510064 bytes, checksum: b7a3095b2eb1b62ba399cfe3a2684382 (MD5) Previous issue date: 2013-07-11 / Financiadora de Estudos e Projetos / This report investigates the structural behavior, procedures for analysis and design of externally prestressed steel-concrete composite beams. Based upon the requirements outlined in ABNT NRB 8800:2008 for conventional composite beams and in the literature review, a systematic procedure was developed to design of externally prestressed steel-concrete composite beams requested the positive bending moment. Was analyzed the main modes of global collapse, especially the ultimate limit state design (ELU), which may occur in this type of structure. Also, elaborated a parametric study aimed to analyze the influence of variation in the level of prestressing and the eccentricity of tendons, as well as the constructive methodology (pretensioning and posttensioning) adopted for the the prestressing steel profile that makes up the of steel-concrete composite beam. The parametric study showed that in both methods the predominant failure mode occurs in 2nd Stage of construction. In models of composite beams analyzed with application of pretensioned when the tendon is positioned above the bottom flange of the profile steel the failure mode occurred for the combined bending and axial compression .As for the composite beams evaluated with posttensioned, independent of the position of the tendon, the failure mode occurred in function of the bending moment more than the allowable flexural strength. However, it is noted that the level of prestressing can be adequately calculated to ensure that there is no loss of carrying capacity of the structure. It was also observed that regardless of the constructive methodology adopted, higher eccentricities result in higher bearing capacity for the steel beam, as exposed in the literature review. While in Brazil is largely unexplored, there was widespread interest in the international literature on the subject in question and their variances, giving rise to theoretical and experimental. Also been mentioned as potential applications in the design of new structures and the renovation and rehabilitation of existing structures. / O presente trabalho discorre sobre o comportamento estrutural, procedimentos de análise e dimensionamento de vigas mistas de aço e concreto protendidas externamente. Embasado nas prescrições expostas na norma ABNT NRB 8800:2008 para vigas mistas convencionais e na revisão bibliográfica, um procedimento de cálculo foi desenvolvido para o dimensionamento de vigas mistas de aço e concreto protendidas externamente e solicitadas a momento fletor positivo. Foram analisados os principais modos de colapso globais, com destaque nos estados limites de últimos (ELU), que podem ocorrer nesse tipo de estrutura. Além disso, elaborou-se um estudo paramétrico que teve como objetivo analisar a influência da variação do nível de protensão e da excentricidade dos cabos de protensão; bem como da metodologia construtiva (pré-tração e pós-tração) adotada para a protensão do perfil de aço que compõe a viga mista de aço e concreto. O estudo paramétrico demonstrou que em ambas as metodologias o modo de colapso predominante ocorre na 2ª Etapa de construção. Nos modelos de vigas mistas analisados com aplicação de pré-tração quando o cabo está posicionado acima da mesa inferior do perfil de aço o modo de falha ocorreu por flexo-compressão. Já para as vigas mistas avaliadas com pós-tração, independe da posição do cabo, ocorre em função do momento fletor solicitante superar o momento fletor resistente da seção. No entanto, observa-se que o nível de protensão pode ser adequadamente dimensionado de maneira que não provoque a perda da capacidade de suporte da estrutura. Observou-se ainda que independente da metodologia construtiva adotada, maiores excentricidades resultam em maior capacidade resistente para a viga de aço, corroborando os estudos expostos na revisão bibliográfica. Embora no Brasil seja pouco explorado, observou-se um amplo interesse na literatura internacional sobre o tema em questão e suas variâncias, dando origem a pesquisas teóricas e experimentais. Também se aponta como potencialidades de aplicação em projetos de novas estruturas bem como na recuperação e reabilitação de estruturas existentes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6242.pdf: 8638338 bytes, checksum: 94fe90943d4b53e78099d6e565e290de (MD5) Previous issue date: 2014-06-16 / The objective of this work was to evaluate the influence of the rigidity of the beam-tocolumn connections as well as the transference of forces among the structural components in steel-concrete composite structures. to do this, data regarding the Moment vs. Rotation curve behavior of a concrete filled beam-to-column connection, previously evaluated on a different work was used for comparison. The experimental value of rigidity was inserted into models of plane frames and tridimensional models, in a way that the global stability parameters can be evaluated according to the rotational stiffness of the beam-to-column connections. In order to evaluate the stability, was led in consideration the ABNT NBR 8800:2008 Brazilian code recommendations. For the numeric simulations, the software SAP 2000® was used, in which it was simulated a plane frame model with ten floors, and also a tridimensional frame, varying the number of floors. Once constructed the numerical models, for the plane frame comparative analysis were performed study of the redistribution of forces, of consumption of steel and stability considering that the beam-to-column connections represented in the models, simulate the following situations regarding the system stiffness: rigid and semi-rigid connections and also ratios of experimental stiffness. For the tridimensional model, besides the variation of the stiffness connection the influence of number of floors on the parameters of stability and distribution of forces on structural elements was also analyzed in the present study. The results showed that the stiffness of the beam-to-connections alters the distribution of forces, and that the variation on the number of floors have influence on the global stability parameter. However, it is possible to design structures with semi-rigid beam-to-column connections respecting the normative limits for the parameters of stability and reducing the consumption of steel in the form of profiles. / O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da rigidez das ligações viga-pilar no comportamento e na transferência de forças entre componentes estruturais de sistemas estruturados em elementos mistos de aço e concreto. Para isso, serão utilizados dados do comportamento Momento vs. Rotação de uma ligação viga-pilar misto preenchido já investigada experimentalmente. Os resultados experimentais de rigidez serão inseridos em modelos de pórticos planos e tridimensionais, de forma que os parâmetros de estabilidade global possam ser avaliados em função da rigidez da ligação viga-pilar. Para o estudo da estabilidade são consideradas as recomendações da norma brasileira de estruturas de aço e mistas ABNT NBR 8800:2008. Para as simulações numéricas foi utilizado o pacote computacional SAP 2000® no qual foi modelado um pórtico plano com dez pavimentos e um pórtico tridimensional, variando-se o número de pavimentos e a rigidez das ligações. Para o pórtico plano foram realizadas análises comparativas da distribuição de esforços, do consumo de aço e da estabilidade considerando que as ligações viga-pilar representadas no modelo simulem as seguintes situações quanto à rigidez: ligações rígida e semirrígida, cuja rigidez foi determinada experimentalmente, além de parcelas desta rigidez experimental. Para os pórticos tridimensionais, além da variação de rigidez, foi analisada a influência do número de pavimentos sobre os parâmetros de estabilidade e distribuição de esforços nos elementos estruturais. Os resultados mostraram que a rigidez das ligações altera a distribuição dos esforços e a variação no número de pavimentos influencia nos parâmetros de estabilidade global. No entanto, é possível conceber estruturas com ligações viga-pilar semirrígidas respeitando os limites normativos para os parâmetros de estabilidade e reduzindo o consumo de aço sob a forma de perfis.

Les travaux de cette thèse ont pour objectif d’améliorer la connaissance du comportement desbâtiments en béton armé. Ce comportement est notamment lié à celui de la liaison entre l’acier etle béton, qui permet de transférer les efforts entre les deux matériaux. La connaissance de cetteinterface conduit ainsi à l’amélioration de la conception des structures. Le cas spécifique desenceintes de confinement de réacteurs nucléaires induit une sollicitation particulière de la liaisonpar rapport aux sollicitations habituelles (comme la présence de traction en fibre inférieure d’unepoutre). Afin d’étudier cet état de contraintes, un essai push-in, peu étudié dans la littérature,est mis en place. Une instrumentation par fibres optiques innovante, précise et peu intrusive, estinsérée dans le béton et l’acier, permettant d’accéder aux déformations locales des deux milieux.De nombreuses données sont ainsi obtenues à différents stades du comportement de la liaisonacier-béton. Les essais réalisés font varier la longueur d’interface, menant à l’observation deplusieurs modes de rupture de l’éprouvette qui sont comparés entre eux. Celui correspondant auglissement de l’interface est plus particulièrement étudié. Le comportement précédent la rupture,souvent qualifié de linéaire, est également investigué. L’étude est complétée par la réalisation demesures post-mortem non destructives de perméabilité et par rayons X. Des phénomènes connuset nouveaux sont observés et permettent d’affiner les connaissances sur le comportement de laliaison acier-béton. Ces travaux pourront conduire à améliorer la précision de la modélisation ducomportement des structures en béton armé. De plus, les marges d’incertitude utilisées dans lescodes d’ingénierie sont susceptibles d’être diminuées. / This research aims at improving the knowledge about the behavior of reinforced concretebuildings. This behavior relies in particular on the steel-concrete link one, allowing to transferstresses between the two materials. Knowing the bond behavior leads to optimise the structuredesign. The specific case of confinement vessels of nuclear structures induces a special link sol-licitation compared to the usual sollicitations (such as presence of traction in the beam lowerfiber). In order to study this stress state, a push-in test, less studied according to the litterature,is set up. A new, precise and less-intrusive instrumentation by optic fiber is set up inside theconcrete and the steel, giving access to local strains of both mediums. Much data is obtainedat different steps of the steel-concrete interface behavior. Different interface lengths are used,leading to several rupture modes that are compared one to each other. The interface sliding oneis more particularly studied. The behavior before the rupture, sometimes qualified as linear, isinvestigated as well. Post-mortem non destructive measurements (permeability and X-ray to-mography) are finally performed. Known and new phenomena are observed and allow to refinethe knowledge regarding the steel-concrete link. This reasearch could lead to improve the mo-deling accuracy of reinforced concrete behaviors. Moreover, the uncertainty margins used in theengineering codes are likely to decrease.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Este trabalho tem por objetivo avaliar o comportamento dinâmico de pisos mistos (aço-concreto) sob a ação de cargas provenientes das atividades humanas rítmicas, especificamente a prática de ginástica aeróbica, sob o ponto de vista do conforto humano. Tal avaliação torna-se necessária por crescentes problemas estruturais associados às vibrações excessivas, decorrentes da concepção de sistemas estruturais com baixos níveis de amortecimento e com frequências naturais cada vez mais baixas e bastante próximas das faixas de frequência das excitações associadas às atividades humanas rítmicas. O modelo estrutural investigado baseiase em um piso misto (aço-concreto) submetido a aulas de ginástica aeróbica. A modelagem numérica do piso misto investigado foi realizada com base no emprego do programa ANSYS e foram utilizadas técnicas de discretização por meio do método dos elementos finitos (MEF). As cargas aplicadas sobre o piso, oriundas das atividades aeróbicas, são simuladas através de dois modelos de carregamentos dinâmicos distintos. Uma extensa análise paramétrica foi desenvolvida sobre o modelo estrutural investigado e a resposta dinâmica do sistema foi obtida, em termos dos deslocamentos e das acelerações, e comparada com os limites recomendados por normas e critérios de projeto. A resposta dinâmica do piso estudado viola os critérios de projeto relativos ao conforto humano e indica níveis de vibrações excessivas nos casos de carregamento dinâmicos analisados nesta dissertação. / This study aims to assess the dynamic behaviour of steel-concrete composite floors when subjected to human rhythmic activities, specifically the practice of aerobics, from the point of view of human comfort. This evaluation is required due to the increasing of the structural problems associated with excessive vibrations, related to structural systems designed with low levels of damping and low natural frequencies, close to the excitation frequencies associated with human rhythmic activities. The investigated structural system is composed by a steel-concrete composite floor subjected to aerobics. The proposed analysis methodology adopted the usual mesh refinement techniques present in the finite element method (FEM) simulations implemented in the ANSYS program. The loads applied on the floor, related to aerobics, are simulated using two different dynamic loading models. An extensive parametric analysis was developed on the investigated structural model and the system dynamic response was obtained, based on displacement and accelerations values, and compared with the recommended limits by standards and design criteria. The studied floor dynamic response violated the human comfort design criteria and indicated levels of excessive vibration in the investigated dynamic loading cases along this dissertation.

Recentemente a utilização de estruturas mistas, aço concreto, vem ganhando espaço nas construções. Isso deve-se principalmente a economia de tempo em sua execução. Além disto, nesta solução a utilização do aço e do concreto otimiza as características estruturais de seus elementos: a resistência a tração do aço e a compressão do concreto. A transferência dos esforços entre os dois materiais possui grande influência no desempenho de uma estrutura mista, sendo comum a utilização de conectores de cisalhamento na região da interface entre estes dois materiais. O Eurocode 4 define um ensaio experimental denominado push-out de modo a determinar a resistência e ductilidade de conectores de cisalhamento. Seu desempenho é influenciado pelas resistências do concreto a compressão, as dimensões e taxa de armadura da laje de concreto, dimensões do perfil de aço, a disposição e a geometria dos conectores e pelas características dos aços utilizados no conector, no perfil e nas barras de reforço. Nota-se com isso uma grande quantidade de variáveis que influenciam o ensaio. Assim, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo em elementos finitos com base no programa ANSYS para simulação de ensaios push-out. Os resultados numéricos apresentados neste trabalho foram calibrados com resultados obtidos em ensaios experimentais existentes na literatura de ensaios push-out para conectores do tipo pino com cabeça (stud) e conectores tipo perfobond. Estes últimos apresentam elevada resistência sendo influenciados por inúmeros fatores como: número e diâmetro dos furos no conector e a inclusão ou não de barras de reforço extras nestes furos. / A continuous increase of the use of (steel & concrete) composite structures in constructions can be recently observed. This is mainly due to its faster execution time when compared to other construction alternatives. Additionally, these solutions optimize the structural characteristics of the involved materials: the steel tension capacity and the concrete compressive strength. The transfer of forces between these different materials greatly influences the composite structure performance, where typical solutions uses shear connectors at the concrete to steel interface. The Eurocode 4 defines an experimental test, denominated push-out, to determine the shear connectors strength and associated ductility capacity. Its performance is influenced by the concrete compressive strength, slab dimensions and adopted reinforcing bar area, steel profile dimensions, shear connectors geometry and disposition and by the mechanical characteristics of the connector, profile and reinforcing bars steels. All these aspects indicate that a great number of variables can influence the test. This study presents the development of a finite element model, based on the ANSYS program, to simulate push-out tests. The numerical results presented in this investigation were calibrated against experiments reported in the literature for stud and Perfobond shear connectors. The Perfobond connectors present a substantial shear capacity being influenced by several factors like: connectors hole number and diameter and by the adoption, or not, of extra reinforcing bars passing through the connector holes.

Este trabalho de pesquisa apresenta como objetivo principal o desenvolvimento de investigação experimental dinâmica sobre estrutura real de uma passarela tubular mista aço-concreto. O sistema estrutural objeto deste trabalho corresponde a uma passarela composta por três vãos (32,5m, 17,5m e 20,0m, respectivamente) e dois balanços (7,50m e 5,0m, respectivamente), com comprimento total de 82,5m. A passarela com estrutura contínua de aço com as ligações soldadas se apoia em quatro pórticos também de aço. Estruturalmente está constituída por duas treliças planas que se interligam através de contraventamentos horizontais fixados na corda superior e inferior da treliça e lajes de concreto, formando um sistema misto com interação completa. A estrutura está submetida correntemente à travessia de pedestres e ciclistas. Testes experimentais foram realizados sobre o sistema estrutural e confrontados com resultados numéricos. Para a modelagem numérica do sistema são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa ANSYS. Os resultados experimentais são analisados de acordo com a metodologia desenvolvida, sendo realizada análise modal experimental para a determinação das propriedades dinâmicas: freqüências, modos e taxa de amortecimento, enquanto que os resultados da estrutura, em termos de aceleração de pico, são comparados com os valores limites propostos por diversos autores, normas e recomendações de projeto, para uma avaliação do desempenho da estrutura em relação a vibração quando solicitada pelo caminhar dos pedestres no que diz respeito a critério para conforto humano. / This research has as main objective the development of a dynamical experimental investigation of a real structure a tubular composite steel-concrete footbridge. The structural system of this study corresponds to a footbridge composed by three spans (32,5m, 17,5m and 20,0m, respectively) and two overhangs (7,50m and 5,0m, respectively), spanning 82,5m. The investigated structural model is composed by a continuous tubular steel structure with welded connections supported by four double file steel columns. It is structurally composed of two plane trusses are intertwined by horizontal bracing set in upper and lower chord of the truss and slabs of concrete, forming effective composite with complete interaction. This structure is currently submitted to pedestrians and cyclists crossing. Experimental tests were carried out on the structural system and with the numerical results. For the numerical modeling, discretization techniques via finite element method were applied, based on the ANSYS program. The experimental results were analyzed according to the developed methodology, and a modal analysis was implemented to determine the dynamical properties: frequencies, mode shapes and modal damping ratio, while the structure results in terms of peak acceleration, was obtained and compared to the limit values proposed by several authors and design recommendations, for the structure performance by pedestrian walking regarding the acceptance criteria for human comfort.

No mercado mundial existe uma visível tendência de tornar as obras mais industrializadas e racionalizadas com o objetivo de reduzir os desperdícios, acelerar a velocidade de execução das obras e garantir maior qualidade às mesmas. A adoção de elementos estruturais com certo grau de industrialização pode trazer benefícios em relação aos custos, à mão de obra, ao tempo de execução e ao impacto ambiental. Neste contexto, as estruturas mistas de aço e concreto satisfazem essa necessidade, pois tanto os elementos de aço quanto os elementos de concreto podem ser pré-fabricados, ficando apenas as etapas de içamento e montagem a serem realizadas na obra, reduzindo o uso de fôrmas e escoramentos. Os pisos mistos de aço e concreto de pequena altura caracterizam-se pelo embutimento da laje de concreto na altura do perfil de aço, sendo a principal vantagem, em relação ao piso misto convencional, a redução da altura total do composto. Portanto, este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento de pisos mistos de aço e concreto de pequena altura com laje alveolar em concreto protendido por meio de ensaios de cisalhamento direto (push-out test) e de flexão. Na solução proposta, a transferência de esforços entre o perfil de aço e a laje alveolar foi feita por meio de conectores tipo pino com cabeça e concreto moldado no local. Os resultados demonstraram-se promissores em termos de comportamento do piso misto de pequena altura, aumentando significativamente a rigidez do sistema em relação à viga de aço isolada. Em complemento, foi desenvolvida uma simulação numérica dos modelos físicos ensaiados utilizando o pacote computacional DIANA®, fundamentado no método dos elementos finitos, na qual o modelo numérico representou adequadamente o comportamento dos pisos mistos de pequena altura, permitindo análises paramétricas. / On the world market, there is a visible tendency to turn buildings construction more industrialized and rationalized in order to reduce waste, accelerate the construction speed and ensure higher quality to them. The adoption of structural elements with a degree of industrialization can bring benefits regarding costs, labor, construction time and environmental impact. In this context, steel and concrete composite structures satisfy this need, since steel and concrete elements can be prefabricated, with only lifting and mounting steps to be performed on site, reducing use of formwork and shoring. A type of slim floor system consists in precast concrete hollow core slabs supported on the lower flange of steel beams. The major advantage of this solution, compared to conventional composite beam, is reducing the overall height of the floor. Therefore, this study aims to analyze the behavior of slim floor with prestressed concrete hollow core slabs through push-out and bending tests. In the proposed solution, the transfer of forces between steel beam and hollow core slabs was made by stud bolts and cast on site concrete. The obtained results proved to be promising in terms of slim floor behavior, significantly increasing the system stiffness regarding the isolated steel beam. In addition, a numerical modeling of the studied slim floor system was developed, using finite element based software DIANA®, in which the numerical model adequately represented the behavior of the composite beam, allowing parametric analysis.

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The aim of this work is design and assessment of the box-girder road bridge on by-road of Bludov. Bridge is designed as composite steel concrete bridge with 5 spans with distances between supports of 31,25 m; 40,0 m; 60,0 m; 60,0 m and 40,35 m. Main bearing structure is designed as open steel box-girder with reinforced concrete deck. Box girder is braced with longitudinal and transversal bracings. Main structure is separated for each traffic direction. The bridge crosses river Morava and railway in 2nd and 3rd span, respectively. The category of road I/44 is S 21,5/100. The height of steel box girder is designed as 2,5 m. Bridge will be built by incremental launching method, with in-situ casted concrete deck afterwards. The bridge is designed according to current standards. Supporting elements are designed from steel of class S 355 and concrete of class C35/45.