Esta pesquisa apresenta um amplo programa experimental de ligações viga mista-pilar com cantoneiras de alma e assento, incluindo protótipos isolados e ligações inseridas num pavimento tipo constituído de laje pré-moldada com vigotas e lajotas cerâmicas. Os objetivos do trabalho foram avaliar os efeitos da fissuração da laje no comportamento da ligação (rigidez inicial e momento resistente), o acréscimo da taxa de armadura secundária e os detalhes propostos para a ancoragem das armaduras longitudinais. Nos ensaios experimentais foram analisadas as rotações das ligações, deslocamentos e deformações nos elementos. Para o estudo teórico, tomou-se como referência o Método das Componentes do EUROCODE 3 e 4. Paralelamente, um estudo numérico para ligações mistas foi desenvolvido com o objetivo de incluir a laje de concreto, as armaduras longitudinais e transversais, além da não linearidade física e geométrica na análise por elementos finitos. De acordo com os resultados, a condição prévia de fissuração da laje mostrou-se menos relevante que a continuidade das vigas na direção do eixo de menor inércia do pilar, no que se refere à determinação da rigidez inicial e resistência das ligações mista inseridas num pavimento tipo. A metodologia de modelagem numérica foi capaz de representar de forma satisfatória os mecanismos plásticos e os estados limites últimos da ligação. / This research presents an extensive experimental study of the structural behavior of the beam-to-column composite connections with bottom and web angle, including isolated prototypes and typical floor with slab made of precast joist with lattice and bricks. The objectives were to evaluate concrete slab cracking effects in the composite connections behavior (initial stiffness and resistant moment), the secondary steel ratio increase and the proposed details for the longitudinal steel bars anchorage. In the experimental tests, it was analyzed the connection total rotation, the displacements and deformations in the connection components. The theoretical study was developed based on EURODODE 3 and 4 methodologies. Besides, a numerical study was developed with the purpose of including the concrete slab modelling, the longitudinal and transversal steel bars, and the geometrical and material non-linearity in the finite element analysis. According to the results, the beam continuity through to the column minor axis showed to be more important than the concrete slab previous cracking, for the initial stiffness and resistant moment composite connections behavior in the typical floor. The numerical models represented satisfactorily the plastic mechanism connection and the ultimate limit states.

Os pilares mistos de aço preenchidos com concreto, quando submetidos a elevadas temperaturas, apresentam comportamento estrutural bastante satisfatório e reduzem no concreto o fenômeno denominado spalling, devido ao confinamento imposto pelo tubo de aço, mais pronunciado em seções tubulares circulares. Destaca-se ainda a reduzida taxa de aquecimento desse mesmo elemento misto em razão da baixa condutividade térmica do concreto, aspecto de grande interesse para fins de dimensionamento. O presente trabalho tem como principal objetivo modelar numericamente, em campo tridimensional, pilares mistos curtos com seções tubulares circulares de aço, preenchidos com concreto e submetidos ao incêndio-padrão prescrito pela ISO 834:1999. A modelagem se faz com vistas a simular o comportamento estrutural desse elemento em situação de incêndio, buscando avaliar a influência da elevação de temperatura na resistência do elemento e indicar para qual tempo e em que níveis de temperatura o acréscimo de resistência devido ao efeito do confinamento deixa de ser pronunciado. Para a modelagem numérica em campos térmico, estrutural e termo-estrutural, se utiliza o pacote comercial ANSYS ® V9.0, elaborado com base no método dos elementos finitos, o qual permite a análise transiente dos efeitos do gradiente térmico nos elementos estruturais. Os resultados das análises térmica, estrutural e acoplada são previamente comparados com valores obtidos com o código computacional TCD 5.5. A análise acoplada foi realizada para três diâmetros de pilares mistos, e as variações do diâmetro e da resistência à compressão do concreto foram consideradas, possibilitando uma análise paramétrica. Por fim, é apresentada uma análise inversa dos modelos, considerando carregamentos crescentes para campos de temperatura fixos. / Concrete-filled steel columns when subjected to high temperatures present satisfactory structural behavior and the reduction of the spalling phenomenon in the concrete due to confinement action of the steel tube, more notable in circular cross sections. Another advantage is the reduced heating rate of this element due to concrete low thermal conductivity, which is an interesting characteristic in designing procedures. The aim of this work is to develop 3D numerical models of circular concrete-filled steel short columns under fire exposure according to the ISO-834:1999 standard. The numerical models are developed to simulate the structural behavior of those composite short columns under fire condition, in order to evaluate the influence of increasing temperature in the strength of the structural element. This makes possible define the time and the temperature level in which the resistant increment due to the confinement effect is no more appreciable. To perform the numerical model of thermal, structural and thermal-structural fields, a commercial finite element analysis package ANSYS ® V9.0 is used, which allows transient analysis of the thermal gradient effects in the structural elements. The results from thermal, structural and coupled analyses are previously compared with the ones obtained with TCD 5.5 package. The coupled analysis is performed for three different columns, changing the diameter and concrete compression strength to be used in a parametric analysis. Finally, it is shown another analysis type, called reverse analysis, which considers increasing structural loads for fixed temperature fields.

No cenário da produção de edificações sustentáveis, a madeira laminada colada (MLC) ocupa lugar de destaque, sobretudo pela possibilidade de emprego de madeiras provenientes de florestas plantadas. Com o propósito de amenizar os problemas de durabilidade, quando exposta às intempéries, uma solução pressupõe a associação das vigas de MLC com um tabuleiro de concreto armado, sendo as partes ligadas por meio de conexões flexíveis. Essa técnica tem sido aplicada com sucesso, especialmente por conta do expressivo acréscimo de rigidez proporcionado pela composição. No entanto, em situações de elevados carregamentos ou de grandes vãos, a aplicação de reforços com fibras sintéticas, na face tracionada das vigas de MLC, aprimora ainda mais essa técnica, refletindo-se em significativos acréscimos nas forças de ruptura. Neste trabalho avaliou-se, de forma experimental e numérica, o comportamento estrutural de vigas mistas de MLC-concreto reforçadas com fibras de vidro. Numa primeira etapa foram estudados os elementos de ligação, optando-se pelos ganchos de aço com diâmetro de 8 mm pelo seu excepcional desempenho. Em seguida foram confeccionadas as vigas mistas, com e sem reforços com fibras de vidro, registrando-se acréscimo médio de 37% no módulo de ruptura (MOR) das vigas mistas em relação às vigas de MLC, ambas reforçadas com fibras. O emprego do reforço com fibras sintéticas se justifica pela diminuição na dispersão dos resultados. Por fim, um algoritmo foi proposto para o dimensionamento das vigas mistas de MLC-concreto reforçadas com fibras de vidro, o qual, associado às avaliações numéricas e experimentais, permite ampliar os horizontes de aplicação das estruturas de madeira. / Production of sustainable constructions forms a scenario where glulam beams occupy a prominence place, because of the possibility of utilization of wood that comes from planted forests. With the intention of diminution in the durability problems, when exposed to the weather effects, a solution presupposes the association of glulam beams with a reinforced concrete slab, in which the components are linked by means of flexible connections. This technique has been applied with results, especially due to the expressive increment in stiffness provided by the composition. However, in situations where high loads or great spans are found, the application of synthetic fibers reinforcements in the tension side of glulam beams improve this technique, being reflected in significant increments in the rupture forces. In this study it was evaluated, in experimental and numerical way, the structural behavior of glulam-concrete composite beams reinforced with glass fiber reinforced polymer (GFRP). In a first stage the connection elements were studied, being opted for steel hooks with 8 mm in diameter because of their exceptional behavior. Soon after, the composite beams were made with and without GFRP reinforcements and their tests showed average increment of 37% in modulus of rupture (MOR), when the composite beams were compared to glulam beams, both reinforced with GFRP. The decrease in the variability of results justifies the use of synthetic fibers reinforcements. Finally, an algorithm was proposed for the design of glulam-concrete composite beams reinforced with GFRP. So, when associated with the experimental and numerical evaluations that were carried out, this method allows enlarging the horizons of timber structures applications.

Um pilar misto aço-concreto consiste basicamente de um elemento de aço, simples ou composto, predominantemente comprimido, que trabalhe em conjunto com o concreto simples ou armado. Há basicamente dois tipos de pilar misto: os revestidos e os preenchidos. Os revestidos são formados por um perfil de aço embutido em uma seção de concreto, garantindo a proteção ao fogo (havendo necessidade de armaduras). Os pilares preenchidos são tubos de aço, circulares ou retangulares, preenchidos com concreto, dispensando qualquer tipo de armadura e a necessidade do uso de formas; porém para proteger do fogo e da corrosão exige-se um tratamento \"extra\" do tubo de aço. A norma brasileira NBR 8800/86 - \"Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios\" quanto as estruturas mistas se dedica apenas àquelas submetidas à flexão simples (vigas mistas), não abordando as estruturas basicamente comprimidas (pilares mistos). Já as normas LRFD-AISC/86 - \"Load and resistance factor design\", Eurocode 4, BS 5400 apresentam considerações específicas sobre o dimensionamento de barras axialmente comprimidas e flexo-comprimidas, tratando tanto dos elementos revestidos quanto dos preenchidos. Do ponto de vista estrutural, são analisadas e discutidas as prescrições das principais normas estrangeiras aplicáveis. Quanto aos aspectos construtivos, apresentam-se técnicas de execução e de acabamento, dando especial atenção a questão da resistência ao fogo. / A composite column may be defined as a member made of a structural steel section, basicaly under compression, working with simple or reinforced concrete. There are basically two kinds of steel-concrete composite columns: structural steel section encased in concrete which has fire protection and it is necessary to use reinforcement and tubes filled with concrete which it is not necessary to use reinforcement and formwork but it require an extra protection to fire. Steel Brazilian code NBR 8800/86 - \"Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios\" give specifications only for steel-concrete member under bending (composite beams). This code neglegence composite members under compression (composite columns). LRFD-AISC/86 - \"Load and resistance factor design\", Eurocode 4, BS 5400 give specifications about steel-concrete composite columns under compression and bending combined to concrete encased composite columns and steel tubes filled with concret. Codes requirements, constructional aspects and fire behaviour of composite columns are presented and discussed.

Largamente utilizadas nas obras de engenharia civil, as vigas mistas aço-concreto surgem como conseqüência natural da utilização de vigas de aço sob lajes de concreto, proporcionando um melhor aproveitamento das características de cada material constituinte. Para que se comporte como um elemento misto, é necessário haver um trabalho conjunto entre laje e viga, razão pela qual são utilizados elementos metálicos denominados conectores de cisalhamento, que visam restringir o escorregamento longitudinal e o descolamento vertical na interface. Tendo em vista os aspectos mencionados, são apresentados neste trabalho modelos numéricos tridimensionais de vigas mistas com vistas a simular o seu comportamento estrutural, principalmente no referente à interface entre viga de aço e laje de concreto. Os modelos são constituídos por vigas mistas simplesmente apoiadas com laje de faces planas e conectores de cisalhamento do tipo pino com cabeça. As simulações foram realizadas por meio do código de cálculo ANSYS versão 8.0, que tem como base o método dos elementos finitos. Os resultados obtidos foram comparados com valores experimentais, extraídos de trabalhos apresentados por outros pesquisadores / Widely used in civil engineering frameworks, steel-concrete composite beams appear as consequence of the use of steel beams with concrete slab, providing better management of each constituent material properties. To act as a composite element, it is necessary that the slab and the beam work together, aspect obtained by using metallic elements called shear connectors, that restrict the longitudinal slipping and the uplifting between steel beam and concrete slab. In this sense, this work presents three-dimensional numerical models of steel-concrete composite beams in order to simulate its structural behavior with emphasis, in particular, at the interface between steel beam and concrete slab. The numerical models are constituted of simply supported composite beams with plain faces slab and stud bolt shear connectors. The simulations had been carried out by means of the code ANSYS version 8.0, based on finite elements method. The results had been compared with experimental values, extracted of works presented by others researchers

Devido a suas vantagens comparadas aos métodos tradicionais de união mecânica, a utilização de juntas coladas estruturais só tende a crescer, entretanto, devido suas propriedades e modos de falha dependerem de diversos parâmetros (tratamento superficial, geometria, material, condições de tralho, etc.) uma utilização mais ampla desta técnica ainda é restrita pela ausência de modelos de falhas confiáveis. O presente trabalho consiste na apresentação de métodos para fabricação de juntas coladas em material compósito e verificação da influência da espessura da camada adesiva na resistência de juntas simples coladas (single lap joints) submetidas à tração. São também apresentados métodos para fabricação dos aderentes, corpos de prova de adesivo puro para ensaios de caracterização e realização de ensaios mecânicos para obtenção das propriedades mecânicas tanto dos aderentes quanto do adesivo. As propriedades mecânicas dos aderentes e do adesivo foram obtidas através de ensaios realizados em uma máquina de tração universal com o auxílio da técnica de correlação digital de imagem, e a obtenção das energias críticas de resistência à fratura (GIc,GIIc) da camada adesiva foram calculadas através de ensaios Double Cantilever Beam (DCB) e End Notched Flexure (ENF). Foram estudados métodos para gerar falha coesiva nas juntas adesivas, sendo que o melhor método encontrado foi o de tratamento superficial dos aderentes com jateamento abrasivo seguido pela limpeza superficial com acetona. O controle preciso da espessura da camada adesiva foi alcançado através do desenvolvimento de um dispositivo de fácil construção, compostos por suportes de madeira, hastes e linhas de nylon. Nos ensaios em juntas coladas foi constatado uma relação inversamente proporcional entre a espessura da camada adesiva e a resistência máxima suportada pela junta, ou seja, quanto maior a espessura do adesivo menor sua resistência. Os métodos aqui apresentados foram os resultados de vários meses de estudo e compreensão das normas e técnicas disponíveis na literatura, o aprimoramento das técnicas foram frutos de um ciclo compostos por fabricação, testes e análise de resultados. / Amongst the joining techniques, adhesively bonding joints are one of the most commonly applied nowadays. However, a lack of reliable failure criteria still exists, limiting in this way a more widespread application of adhesively bonded joints in principal load-bearing structural applications. An accurate strength prediction of the adhesively bonded joints is essential to decrease the amount of expensive testing at the design stage. This work consists to show methods for manufacturing single lap joints and to verify the adhesive thickness influence on the joint resistance. The manufacturing process of the composite adherends and adhesives for bulk tests was also covered. The mechanical properties of the adherends and bulk adhesive were performed on a universal testing machine with assistance of a digital image correlation (DIC) technique. The fracture toughness energy release rates (GIc,GIIc) of the adhesive layer were obtained respectively through Double Cantilever Beam (DCB) and End Notched Flexure (ENF) tests. Cohesive failure was achieved by grit blasting the adherents followed by cleaning with acetone. A constant adhesive thickness was guaranteed by placing nylon fishing lines between the adherents. Single lap joints tests showed that the joint resistance decrease with increasing adhesive thickness.

Esse trabalho trata da análise computacional de problemas aeroelásticos. Os casos de interesse envolvem escoamentos compressíveis em torno de estruturas de cascas de materiais compósitos laminados. A solução do problema de interação fluido- estrutura é conduzida por meio do esquema particionado denominado improved serial staggered procedure (ISS), o que permite a utilização de algoritmos independentes para a análise de cada componente do sistema. Um elemento triangular plano com três nós destinado à análise de cascas de materiais compósitos laminados é obtido com base na formulação de dois elementos de alta performance desenvolvidos para a análise de membranas e de placas. A flexibilidade ao corte transversal, a ausência de travamento por razão de aspecto em problemas com flexão no plano da casca são características do elemento. A análise dinâmica não linear é realizada através do procedimento corrotacional de conservação aproximada de energia (AECCP) que foi implementado com base na formulação corrotacional independente de elemento (element independent CR formulation – EICR). Essa abordagem permite que problemas transientes com grandes rotações e forte não linearidade geométrica sejam integrados por longos períodos de tempo, mantendo a estabilidade, a precisão e a eficiência da solução. A simulação do escoamento é realizada através do método explícito de Taylor-Galerkin de dois passos utilizando elementos finitos tetraédricos em malhas não estruturadas para a discretização espacial. As equações governantes do escoamento são dadas segundo a formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE), permitindo que malhas móveis sejam empregadas na análise dos problemas aeroelásticos. Um método simples e eficiente é adotado para a movimentação da malha do fluido com base na distância do nó às superfícies de contorno do escoamento. A utilização de malhas não coincidentes na discretização do fluido e da estrutura é possibilitada pelo emprego do esquema de projeção nodal para a transferência de informações entre os meios na região de interface. A apresentação, implementação e verificação de cada componente da ferramenta de análise é realizada independentemente graças à natureza do esquema de solução particionado. Por fim são analisados problemas de interação fluido-estrutura, onde as respostas obtidas são comparadas com resultados experimentais e numéricos de outros autores. Também são propostos e analisados novos problemas envolvendo estruturas de compósitos laminados. / This work deals with computational analysis of aeroelastic problems, specifically those related to compressible flows around laminated composite shell structures. The fluid- structure problem is solved by a partitioned scheme called improved serial staggered procedure (ISS), allowing to use independent algorithms for the analysis of each system component. A 3-node triangular flat element for laminated composite shells is obtained based on the formulation of two high performance plate and membrane elements. Shear flexibility and no aspect ratio locking on in-plane bending problems are some of the element characteristics. The nonlinear dynamic analysis is performed using the approximately energy conserving corotational procedure (AECCP), which is implemented based on the element independent corotational formulation (EICR). This approach enables long time transient problems with strong nonlinearities and large rotations to be efficiently solved while keeping stability and accuracy. The flow simulation is performed by the explicit two step Taylor-Galerkin method employing tetrahedral finite elements in unstructured meshes for the space discrezation. The flow governing equations are given in arbitrary lagrangian-eulerian formulation, enabling aeroelastic simulations with moving meshes. A simple and efficient method is adopted to move the fluid mesh based on the distance of each node to the boundary surfaces. Transference of information between non-matching fluid and structure meshes are performed by the node-projection scheme. Each component of the aeroelastic analysis tool is independently presented, implemented and verified due to the partitioned nature of the scheme adopted for the solution of the coupled system. Some aeroelastic problems are analyzed and results are compared to other experimental and numerical works. New problems of aeroelastic analysis of laminated composite structures are proposed and solved.

O piso misto usual é formado pela laje mista, de aço e concreto, apoiada na mesa superior da viga metálica. No piso misto de pequena altura, a laje mista se apoia na mesa inferior da viga, diminuindo assim a altura total do piso. A forma de aço, utilizada nesse sistema, tende a ser três vezes mais alta, que as formas de aço usuais. No Brasil não há uma forma de aço para uso nos sistemas mistos de pequena altura, comercializada. Este estudo trata do desenvolvimento de uma forma de aço trapezoidal para pisos mistos de pequena altura. Foi desenvolvida uma geometria de forma de aço trapezoidal com mossas estampadas nas laterais. Foram realizados ensaios experimentais com modelos de lajes mistas, confeccionados com a forma de aço desenvolvida no presente estudo. Esses ensaios visaram avaliar a resistência e o comportamento de lajes mistas fabricadas com a forma desenvolvida. A geometria da forma de aço e das mossas apresentaram um bom comportamento frente aos esforços cisalhantes, com resistências comparáveis as formas de aço comercializadas, mostrando que podem ser utilizadas em trabalhos futuros. / The usual composite floor is formed by the composite slab, of steel and concrete, supported on the top flange of the steel beam. On the shallow floor systems, the steel beams are contained within the depth occupied by the floor. The steel form steel used in this composite shallow floor systems is around three times higher than usual forms of steel decking. In Brazil there is not a form of steel for use in shallow floor systems, marketed. This study concerns the development of a steel decking to shallow floor systems. Developed a geometry shape of trapezoidal steel and embossements on the sides. Experimental tests were conducted with composite slabs, made of steel the shape developed in this study. These tests were intended to assess the strength and behavior of composite slabs made with the developed form. The geometry of the steel form and embossements showed good behavior against shearing efforts, forms with resistances comparable steel deckings marketed, showing that may be used in future work.

O presente trabalho consiste basicamente no desenvolvimento de um programa de engenharia denominado SAJ (sistema de análise de juntas) capaz de realizar uma análise detalhada do comportamento de dois dos diversos tipos de juntas coladas existentes, a junta simples colada (\"single lap joint\") e a junta dupla colada (\"double lap joint\"). Sendo que foram analisadas juntas coladas com aderentes de material compósito ou, então, compostas de aderentes de compósitos e metal. O programa de engenharia desenvolvido possibilita o cálculo das tensões, dos esforços e dos deslocamentos nessas juntas. Para validar o referido programa, os resultados obtidos do mesmo foram confrontados com os resultados obtidos para condições semelhantes utilizando \"softwares\" comerciais de elementos finitos e de cálculo de juntas. Após a validação do programa, são apresentados alguns estudos de fatores que influenciam na resistência da junta colada, verificando a influência do comprimento de \"overlap\" (sobreposição), a rigidez do adesivo e a espessura da camada adesiva. Também é apresentada uma análise de falha dos aderentes de compósito evidenciando assim, as potencialidades e limitações desta ferramenta computacional para a área de desenvolvimento de produto. / This work consists on the development of software called SAJ which can analyze a bonded joint behavior in detail, not only for single lap joint, but also, for double lap joint. These joints could be made of composite/composite materials or metal/composite as adherentes. The software developed can calculate the joints stresses, loads and displacements. The results obtained are compared to the results obtained using commercial software and the same problems proposed. After the validation of SAJ, some studies were performed in order to determine how some characteristics affect the joint stresses distribution as overlap length, adhesive elastic modulus, adhesive thickness and a failure analysis of composite adherents showing the potential and limitation of this computational tool for the product development area.

[pt] Este estudo tem por objetivo avaliar o comportamento estrutural de um sistema de vigamento de piso tipo stub-girder, modificado para melhor aproveitamento dos perfis em sua fabricação. O estudo é baseado em formulações não lineares a partir do método dos elementos finitos (MEF), com uso do software ANSYS. Através do software FTOOL foi criado um modelo simplificado para a análise estrutural e o cálculo das resistências nominais foi feito com base na norma canadense CAN-S16-10 da Canadian Standards Association. Além disso, foram avaliadas as cargas de máximas e de serviço do sistema, bem como os deslocamentos associados a estes carregamentos. Com base nos resultados obtidos, foram feitas recomendações de projeto do sistema e foram avaliadas as condições de economia de material e possibilidade de utilização na prática de construção de edificações de andares múltiplos. Com vistas à fase de construção, é feita a discussão sobre a possibilidade de obtenção de um método construtivo industrializado, já que o sistema de fabricação é caracterizado pela rapidez de produção e montagem, que são facilitadas pelo fato deste sistema permitir a reutilização de pequenos comprimentos de perfis que sobram no processo normal de fabricação. / [en] This study s purpose was to evaluate the structural behavior of a stub-girder floor-system, which was modified to better utilize the steel profiles in its manufacturing process. The study is based on nonlinear analysis through the use of the finit element method (FEM), employing the software ANSYS. For the structural analysis, a simplified model was created through the use of the software FTOOL and the nominal resistances was obtained based on the canadian CAN-S16-10 Standard, by the Canadian Standards Association. Furthermore, the working and tensile loads were evaluated, as were the displacements associated to them. Based on the results, designs recommendations were made and the conditions of economy of material, as well the possibility of the system s practical use in multi-storey buildings were discussed. With regards to the construction phase, a discussion was made on the possibility of obtaining an industrialized construction method, since the manufacturing process is characterized by the fast production and assembly, which are facilitade by the fact that this system allows the reuse of small lenghts of remaining profiles from the normal manufacturing process.