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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

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.

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

Ce travail de recherche est axé sur la compréhension du comportement en flexion, statique et instantané, des structures multimatériaux acier-béton collées du génie civil. La première étape consiste à mener une analyse expérimentale et numérique par éléments finis non linéaire sur la caractérisation de la connexion. L’essai Push-Out a été retenu : deux dallettes de béton C25/30 sont connectées à un profilé métallique. Nous faisons varier la géométrie des dallettes et du joint de colle. La ruine est cohésive dans le béton proche de l’interface par cisaillement. Un effet favorable du frottement entre dallette et presse peut se développer et induire le développement de contraintes de compression et augmenter la contrainte de cisaillement moyenne à l’interface. Les dimensions des éprouvettes et du joint de colle influent sur la charge de ruine. Ainsi, l’essai Push-Out est, dans l’état actuel de connaissances, difficile à utiliser pour la caractérisation de la connexion collée acier-béton en vue du dimensionnement de structures. La seconde partie est consacrée à l’analyse du comportement de poutres mixtes acier béton collées. Un essai sur poutre constituée de prédalles et d’une dalle de compression confirme que le collage est une alternative aux connexions traditionnelles. Nous développons aussi un modèle de calcul en variables généralisées et en variables locales en 3D non linéaire. La modélisation par éléments finis apporte plus de précisions, notamment sur l’état de contraintes à proximité de l’interface et à l’approche de la ruine. Les dimensions du joint de colle et la plastification du profilé influent sur la zone de rupture dans le béton. / This PhD thesis investigates the connection of steel-flexural members by bonding and focuseson static and instantaneous behavior. First, experimental and numerical analyses are performed. A push out test is used : two concrete blocks are connected to steel members. The influence of the concrete blocks and bonding joint geometry is examined. Cohesive shear failure appears in concrete near the interface. Failure can occur when the average shear strain is twice the tension limit of concrete, which can be explained by favorable slipping between the concrete block and the support. In this case, the bonding joint is not only solicited in shear but also in compression. Results depend on the length of bonding joint and concrete blocks geometry. So, push out test cannot be now used to characterize the bonding connection between steel and concrete in order to design structures. The second is about the analysis of the behavior of steel concrete composite beams. A precast beam with compressive concrete was tested. Results show that a bonding connection can be an alternativesolution regardless of the slab manufacturing. We develop two numerical models. The first one is based on multi-layer beam modeling and the second one is a nonlinear 3D finite element model. The stress distribution close to the interface and near failure is more accurate with the finite element model than with the generalized model. Bonding joint geometry and plastification of steel girder have an influence on the failure region in the concrete.

The results of a pilot series of tests, designed to investigate the influence of the presence of a composite floor slab on the performance of steel beam-to-column connections, are reported. Direct comparisons against equivalent bare steel tests show improvements in moment capacity (up to 15 times), with reinforcement anchorage being the main controlling factor. Thus joints to internal columns where the deck runs parallel to the beams and relatively small numbers of bars supplement the basic mesh reinforcement may be expected to give the best performance.

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.