Limitações de altura têm sido impostas sobre edificações por regulamentos de zoneamento urbano e aspectos econômicos e estéticos. Além disso, para se proporcionar a passagem de tubulações de grande diâmetro sob vigas de aço, um pé-direito alto é normalmente requerido. Uma solução frequentemente utilizada em projeto diz respeito à abertura de furos na alma das vigas de aço para passagem das tubulações de serviço. Assim sendo, este trabalho de pesquisa objetiva a avaliação da resposta dinâmica de passarelas para pedestres, onde o projeto estrutural prevê a utilização de vigas celulares em aço. Objetiva-se verificar a influência das aberturas nas almas dessas vigas sobre a resposta dinâmica das passarelas. As ações dinâmicas representativas do caminhar dos pedestres são simuladas por meio de um modelo matemático que considera uma descrição espacial e temporal e, ainda, inclui o efeito do impacto do calcanhar humano. Os modelos estruturais investigados correspondem a passarelas mistas (aço-concreto) com 10m a 30m de extensão. São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa Ansys. A resposta dinâmica das passarelas é obtida para duas situações distintas: vigas de alma cheia e vigas celulares. Uma avaliação crítica sobre a resposta dinâmica das passarelas possibilita verificar a influência dos furos nas almas das vigas metálicas, mediante a obtenção das acelerações de pico, focando aspectos associados ao conforto humano, considerando-se comparações com normas e recomendações de projeto. / Height limitations are frequent in multi-storey buildings due to zoning regulations, economic requirements and aesthetical considerations. Moreover, to provide for the passage of large diameter pipes in steel beams a high ceilings is usually required. The most adopted solution is the use of holes in the steel beams web in order to enable the passage of services. Therefore, the main objective of this research work is to evaluate the dynamic behaviour of footbridges, where structural design includes the use of cellular steel beams. The present study was carried out based on a load model developed to incorporate the dynamic effects induced by people walking. In this load model the transient effect due to the human heel impact was considered and the position of the dynamic load is changed according to individual position. The investigated structural model was based on a series of steelconcrete composite footbridges, with main spans varying from 10m to 30m. The proposed computational model, developed for the structural system dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations, based on the Ansys program. The footbridges dynamic response was investigated considering two different design solutions: beams filled soul and cellular beams. The influence of the holes in the composite beams web over the footbridges dynamic response was investigated and the peak accelerations were obtained and compared with results supplied by design codes and recommendations aiming human comfort evaluations.

Limitações de altura têm sido impostas sobre edificações por regulamentos de zoneamento urbano e aspectos econômicos e estéticos. Além disso, para se proporcionar a passagem de tubulações de grande diâmetro sob vigas de aço, um pé-direito alto é normalmente requerido. Uma solução frequentemente utilizada em projeto diz respeito à abertura de furos na alma das vigas de aço para passagem das tubulações de serviço. Assim sendo, este trabalho de pesquisa objetiva a avaliação da resposta dinâmica de passarelas para pedestres, onde o projeto estrutural prevê a utilização de vigas celulares em aço. Objetiva-se verificar a influência das aberturas nas almas dessas vigas sobre a resposta dinâmica das passarelas. As ações dinâmicas representativas do caminhar dos pedestres são simuladas por meio de um modelo matemático que considera uma descrição espacial e temporal e, ainda, inclui o efeito do impacto do calcanhar humano. Os modelos estruturais investigados correspondem a passarelas mistas (aço-concreto) com 10m a 30m de extensão. São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa Ansys. A resposta dinâmica das passarelas é obtida para duas situações distintas: vigas de alma cheia e vigas celulares. Uma avaliação crítica sobre a resposta dinâmica das passarelas possibilita verificar a influência dos furos nas almas das vigas metálicas, mediante a obtenção das acelerações de pico, focando aspectos associados ao conforto humano, considerando-se comparações com normas e recomendações de projeto. / Height limitations are frequent in multi-storey buildings due to zoning regulations, economic requirements and aesthetical considerations. Moreover, to provide for the passage of large diameter pipes in steel beams a high ceilings is usually required. The most adopted solution is the use of holes in the steel beams web in order to enable the passage of services. Therefore, the main objective of this research work is to evaluate the dynamic behaviour of footbridges, where structural design includes the use of cellular steel beams. The present study was carried out based on a load model developed to incorporate the dynamic effects induced by people walking. In this load model the transient effect due to the human heel impact was considered and the position of the dynamic load is changed according to individual position. The investigated structural model was based on a series of steelconcrete composite footbridges, with main spans varying from 10m to 30m. The proposed computational model, developed for the structural system dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations, based on the Ansys program. The footbridges dynamic response was investigated considering two different design solutions: beams filled soul and cellular beams. The influence of the holes in the composite beams web over the footbridges dynamic response was investigated and the peak accelerations were obtained and compared with results supplied by design codes and recommendations aiming human comfort evaluations.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 8690976 bytes, checksum: 44c939a6112d27b6f8696be3efc2044f (MD5) Previous issue date: 2012-03-16 / The growth of steel construction in Brazil in recent years has naturally been accompanied by an increasing demand for resources that support the entire design process of steel structures, from its conception to its realization. In this context, there has been a resurgence of interest in alveolar beams, due to technical and aesthetic advantages that these elements offer, motivated in part by beginning production of steel rolled I profiles in Brazil, from 2002. Generally, the alveolar beams are manufactured from rolled steel I-profiles, by cutting the web along, according to a sinuous symmetrical line so that the halves so obtained can be displaced relative to one another and welded, originating a new beam with a series of web holes, with the same mass as the original profile, but with greater stiffness in the plane of bending, suitable for large spans. Although the alveolar beams are an old solution, abandoned due to rising manufacturing costs in a given time, most recently returned to appear as a competitive solution, due to technological advances in automation of cutting and welding of structural steel. Given the wide range of possibilities available today for the manufacture of alveolar beams, facilitated by the resources of design and computer aided manufacturing, this study aimed to procedures to define the geometric characteristics of alveolar steel beams to floor systems and roof systems, due to the lack of technical updates on this topic. Finally, we present a series of examples of applying the criteria and procedures proposed for various possible situations in the usual structures. / A expansão do segmento da construção metálica no Brasil tem sido acompanhada de uma demanda crescente por recursos que subsidiem todo processo de projeto de estruturas de aço, desde sua concepção até sua materialização. Nesse contexto, observa-se o ressurgimento do interesse pelas vigas alveolares, em função das vantagens técnicas e estéticas que esses elementos oferecem, em parte motivado pelo início da produção de perfis I de aço laminados no Brasil, a partir de 2002. Geralmente, as vigas alveolares são fabricadas a partir de perfis I de aço laminados, cortando-se sua alma longitudinalmente, segundo um traçado sinuoso simétrico, de modo que as metades obtidas podem ser deslocadas uma em relação à outra e soldadas, dando origem a uma nova viga com uma série de furos na alma, com praticamente a mesma massa do perfil original, porém com maior rigidez no plano de flexão, apropriada para grandes vãos. Embora as vigas alveolares sejam uma solução antiga, abandonada devido ao aumento dos custos de fabricação em determinada época, mais recentemente voltaram a figurar como uma solução competitiva, devido aos avanços tecnológicos em automação de corte e solda de aço estrutural. Tendo em vista a ampla gama de possibilidades atualmente existente para a fabricação de vigas alveolares, facilitadas pelos recursos de projeto e fabricação assistidos por computador, este trabalho teve como objetivo desenvolver critérios e procedimentos para o prédimensionamento de vigas alveolares de aço, em função da carência de prescrições técnicas atualizadas sobre o tema. Ao final, é apresentada uma série de exemplos de aplicação dos critérios e procedimentos propostos, para diversas situações possíveis nas estruturas de edificações estruturadas em aço.

As vigas celulares ocupam um lugar de destaque crescente na construção de pontes em concreto protendido. Dentro desta opção, a tendência moderna é de se construírem pontes unicelulares cada vez mais largas, o que traz como conseqüência um aumento considerável da flexão transversal em seus elementos, especialmente em suas almas, submetendo-as a uma combinação de cisalhamento com flexão transversal que pode atingir valores importantes. Este trabalho tem por finalidade apresentar um novo critério de dimensionamento das almas das vigas de seção celular, incluindo o caso do estado limite último de fadiga. Este critério foi idealizado a partir de uma análise crítica dos modelos vigentes, os quais são analisados e comparados por meio de gráficos de interação relacionando força cortante com flexão transversal, que permitem a escolha da melhor opção para as situações de projeto. Desenvolveu-se uma investigação experimental, a fim de verificar a validade do critério de dimensionamento desenvolvido. Foram analisados os seguintes modos de colapso: esmagamento das bielas comprimidas de concreto, alongamento plástico excessivo dos estribos e ruptura dos estribos por fadiga. Os resultados experimentais mostraram uma boa aproximação do Critério de Dimensionamento Proposto e revelaram novidades nos ensaios de fadiga: a ruptura dos estribos por fadiga se deu por etapas, um estribo de cada vez, num processo gradual. A ruptura por fadiga ocorreu sistematicamente próximo à ligação da alma com a mesa inferior e não no dobramento dos estribos. / Box-girders have received a growing attention in the field of prestressed concrete bridges. The modern trend is to build wider unicellular bridges, which leads to a considerable increase in the transverse bending moment acting mainly in their webs. These are subjected to a combination of shear force and transverse bending moments, which may reach important values. The purpose of this thesis is to introduce a new design approach of box-girder webs, including the Ultimate Limit State due to fatigue. This design approach is derived from a critical analysis of the current criteria. The different criteria for the design of box-girder webs are analyzed and compared by means of shear-bending moment interaction diagrams as an attempt to identify the more realistic one. An experimental investigation has been undertaken with the purpose of verifying the validity of the new developed approach. The following failure modes have been considered: crushing of the compressed struts, excessive plastic deformation of the stirrups and rupture of the stirrups due to fatigue. The experimental results have shown good agreement with those predicted by the proposed approach. Furthermore, the tests have revealed new aspects of the fatigue behavior: the rupture of the stirrups due to fatigue occurred in stages, one at a time in a gradual manner. In all cases the failure took place near the top face of the lower flange and not at the corner of the stirrups.

As vigas celulares ocupam um lugar de destaque crescente na construção de pontes em concreto protendido. Dentro desta opção, a tendência moderna é de se construírem pontes unicelulares cada vez mais largas, o que traz como conseqüência um aumento considerável da flexão transversal em seus elementos, especialmente em suas almas, submetendo-as a uma combinação de cisalhamento com flexão transversal que pode atingir valores importantes. Este trabalho tem por finalidade apresentar um novo critério de dimensionamento das almas das vigas de seção celular, incluindo o caso do estado limite último de fadiga. Este critério foi idealizado a partir de uma análise crítica dos modelos vigentes, os quais são analisados e comparados por meio de gráficos de interação relacionando força cortante com flexão transversal, que permitem a escolha da melhor opção para as situações de projeto. Desenvolveu-se uma investigação experimental, a fim de verificar a validade do critério de dimensionamento desenvolvido. Foram analisados os seguintes modos de colapso: esmagamento das bielas comprimidas de concreto, alongamento plástico excessivo dos estribos e ruptura dos estribos por fadiga. Os resultados experimentais mostraram uma boa aproximação do Critério de Dimensionamento Proposto e revelaram novidades nos ensaios de fadiga: a ruptura dos estribos por fadiga se deu por etapas, um estribo de cada vez, num processo gradual. A ruptura por fadiga ocorreu sistematicamente próximo à ligação da alma com a mesa inferior e não no dobramento dos estribos. / Box-girders have received a growing attention in the field of prestressed concrete bridges. The modern trend is to build wider unicellular bridges, which leads to a considerable increase in the transverse bending moment acting mainly in their webs. These are subjected to a combination of shear force and transverse bending moments, which may reach important values. The purpose of this thesis is to introduce a new design approach of box-girder webs, including the Ultimate Limit State due to fatigue. This design approach is derived from a critical analysis of the current criteria. The different criteria for the design of box-girder webs are analyzed and compared by means of shear-bending moment interaction diagrams as an attempt to identify the more realistic one. An experimental investigation has been undertaken with the purpose of verifying the validity of the new developed approach. The following failure modes have been considered: crushing of the compressed struts, excessive plastic deformation of the stirrups and rupture of the stirrups due to fatigue. The experimental results have shown good agreement with those predicted by the proposed approach. Furthermore, the tests have revealed new aspects of the fatigue behavior: the rupture of the stirrups due to fatigue occurred in stages, one at a time in a gradual manner. In all cases the failure took place near the top face of the lower flange and not at the corner of the stirrups.