Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pre-textuais Rodrigo Fernandes.pdf: 349523 bytes, checksum: 27a5e6d7df167303c662872391301d36 (MD5) Previous issue date: 2007-10-01 / This work contains a theoretical analysis of the behavior of plate girders. A plate girder has been calculated based on the criteria of the American standard Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design (AISC, 1994), and checked by the Brazilian standard NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (método dos estados limites) (ABNT, 1986), the revision project of the Brazilian standard Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios (ABNT, 2003), the revision project of the Brazilian standard Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (ABNT, 2007) and the European standard Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for buildings (CEN, 1992). PFEIL (1989) has calculated a plate girder by using the Brazilian standard NBR 8800/86. The calculated dimension have been checked by the mentioned standards. NARAYANAN (1992 apud OWENS, KNOWLES E DOWLING, 1992) has dimensioned a plate girder by using the British standard BS 5950: Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design in simple and continuous construction: hot rolled sections (BSI, 1990), which has also been checked by the mentioned standards. Furthermore, theoretical analyses related to the calculus of plate girders presented by many authors have been considered. The main goal is to assess the criteria utilized by the standards for the calculus of plate girders. From the obtained results, for the checked girders, by the standards and related theories, a comparative analysis among the utilized criteria by the standards has been made. The reached conclusion is that the Brazilian standard and its revision projects has identical criteria compared to the American standard for the calculus of plate girders. The European standard presents slightly different criteria compared to the American standard; however, both provide close results one compared to another. The theories utilized have also provided close results from those obtained by the standards. / Neste trabalho é feita uma análise teórica sobre o comportamento de vigas esbeltas. Uma viga esbelta foi dimensionada com base nos critérios da norma americana Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design (AISC, 1994), e depois verificada pela norma brasileira NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (método dos estados limites) (ABNT, 1986), pelo projeto de revisão da norma brasileira Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios (ABNT, 2003), pelo projeto de revisão da norma brasileira Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (ABNT, 2007) e pela norma européia Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for buildings (CEN, 1992). PFEIL (1989) dimensionou uma viga esbelta utilizando a norma brasileira NBR 8800/86. As dimensões calculadas foram verificadas pelas normas citadas. NARAYANAN (1992 apud OWENS, KNOWLES E DOWLING, 1992) dimensionou uma viga esbelta utilizando a norma britânica BS 5950: Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design in simple and continuous construction: hot rolled sections (BSI, 1990), a qual foi também verificada pelas normas citadas. Também foram consideradas análises teóricas relativas ao cálculo de vigas esbeltas apresentadas por diversos autores. O objetivo principal é avaliar os critérios utilizados pelas normas para o cálculo de vigas esbeltas. A partir dos resultados obtidos, para as vigas analisadas, pelas normas e pelas teorias existentes, foi feita uma análise comparativa entre os critérios utilizados pelas normas. A conclusão a que se pôde chegar é que a norma brasileira e seus projetos de revisão apresentam critérios idênticos aos da norma americana para o cálculo de vigas esbeltas. A norma européia apresenta critérios um pouco diferenciados dos critérios da norma americana, mas fornecem resultados aproximados entre si. As teorias utilizadas também forneceram resultados aproximados dos resultados obtidos pelas normas.

[pt] No projeto de estruturas treliçadas esbeltas, um ponto relativamente em aberto é quanto à resposta dinâmica dessas torres sob ação do vento. Já foram observadas várias ocorrências de queda de torres por tais efeitos no Brasil e ultimamente, essas incidências vêm aumentando, trazendo diversos transtornos e prejuízos significativos à sociedade e às empresas concessionárias. Nesse contexto, brotam dois aspectos centrais: a modelagem da estrutura e a discretização da ação do vento. A montagem desses dois cenários é feita com base em um modelo numérico, no SAP2000, de uma torre de 73,75 m de altura da linha de transmissão LT - 103, na Amazônia, e uma torre de TV com 192 m de altura, localizada em Brasília-DF, ambas no Brasil. Para avaliação da excitação do vento, é utilizada a norma brasileira NBR 6123. Em estudo preliminar, propõe-se uma forma de representação simplificada das forças do vento sobre a torre, de modo a serem utilizadas resultantes por módulos, convenientemente distribuídas por seus nós principais, visando-se quer a resposta estática, quer a dinâmica. A torre de TV é ensaiada sob a ação de pulsos isolados do vento de projeto e por sucessões diversas desses pulsos com o intuito de simular rajadas de vento. Investiga-se também, para a ação de ventos normalizados extremos, a resposta linear e não-linear P-Delta do sistema. Em consequência, identificam-se pontos de insuficiência estrutural e, para as ações extremas, ensaiam-se recursos mecânicos para controle dos deslocamentos e esforços máximos produzidos pela ação estática e dinâmica do vento. / [en] The dynamic response of slender latticed tower structures under wind excitation is still an open point in the design of such systems. In Brazil, an expressive number of accidents have been registered, in the last few decades, and a large number of material and financial losses have been equally reported, for both people and industrial plant owners. In the structural analysis scenario, two central points dominate the structural engineer concerns: the modeling of the structure and of the wind action. Two tower models are used, a 73,75m high transmission line trussed structure, LT 103, settled in the Brazilian Amazon Basin and a 193m tall trussed TV tower, built in Brasilia-DF. The wind action on the tower members is computed according to the brazilian recommendation, NBR- 6123. In a preliminary study, a simplified procedure is proposed to evaluate the wind forces on the LT-103 tower sections and to conveniently distribute them on the main tower model nodes (joints). The TV Tower is evaluated under the static and dynamic action of the wind forces, either by isolated pulses or by a train of them to model a wind gust. The tower response is computed under a linear and non-linear P-Delta behavior; some faulting spots are identified in the response reports and a combined vibration control solution is proposed incorporating steel tendons conjugated with multiple tuned mass absorbers. A comparison is also made with the NBR 15307 recommendation and a couple of comments are addressed to those who may intend to apply this regulation to investigate the behavior of slender trussed tower structures.

[pt] Nesse trabalho, estuda-se o desempenho de um absorsor pendular no controle de vibrações de torres altas e esbeltas, ocasionadas por carregamentos dinâmicos, tais como, por exemplo, cargas ambientais. Em virtude da possibilidade de oscilações de grande amplitude, considera- se na modelagem do problema a não-linearidade do pêndulo. O principal objetivo é estudar o comportamento do sistema torre-pêndulo, submetido a um carregamento harmônico, no regime não-linear, abordando-se aspectos gerais ligados à estabilidade dinâmica. Apresenta-se, inicialmente, a formulação necessária para obter o funcional de energia do sistema coluna-pêndulo, tanto para o caso linear quanto para o caso não-linear, do qual derivam-se as equações diferenciais parciais de movimento. A partir das equações lineares, obtêm-se as freqüências naturais e modos de vibração para alguns casos relevantes de coluna. A seguir, com base na análise modal do sistema coluna-pêndulo, deriva-se um modelo de dois graus de liberdade capaz de descrever com precisão o comportamento do sistema na vizinhança da freqüência fundamental da coluna, do qual obtêm-se as equações de movimento e as equações de estado não- lineares. Uma análise paramétrica detalhada das oscilações não-lineares do sistema coluna-pêndulo demonstra que o absorsor pendular passivo pode reduzir ou amplificar a resposta da coluna. No estudo da influência da não-linearidade geométrica do pêndulo, verifica-se a importância dessa na resposta do sistema, evidenciando que a nãolinearidade não pode ser desprezada nessa classe de problema. Por fim, com base nos resultados, propõe-se um absorsor pendular híbrido. Os estudos revelam que este controle é mais eficiente que o passivo e que não requer grande gasto de energia. / [en] In the present work the performance of a pendulum absorber in the vibration control of tall and slender towers, caused by dynamic loads, such as, environmental loads, is studied in detail. Due to the possibility of large amplitude oscillations, the non-linearity of the pendulum is considered in the modeling of the problem. The main objective of this research is to study the behavior of the tower-pendulum system, submitted to a harmonic load, in the nonlinear regimen, with emphasis on general aspects related to its dynamic stability. It is presented, initially, the formulation necessary for the derivation of the system´s energy functional, both for the linear and the nonlinear cases, from which the partial differential equations of motion are derived and the vibration frequencies and related vibration modes are obtained. Then, based on the modal analysis of the column-pendulum system, a two degrees of freedom model, capable of describing with precision the behavior of the system in the neighborhood of the fundamental frequency of the column is derived, from which the equations of motion and the nonlinear state-space equations are obtained. A detailed parametric analysis of the nonlinear oscillations of the system is carried out. It shows that the pendulum may reduce or amplify the response of the column. The results show a marked influence of the geometric not-linearity of the pendulum on the response of the system, showing that its not-linearity cannot be neglected in this class of problems. Finally, based on the results, a hybrid control approach is proposed. These studies show that this control strategy is more efficient than the passive control alone and that it does not require a large amount of energy.

[EN] Concrete-filled steel tubular columns composed of double-tube sections are a recent development. This type of sections are the result of applying a technique used in the construction of immersed tunnels, by forming a sandwich composite section made up of steel-concrete-steel. Apart from the own advantages of concrete-filled steel tubular (CFST) columns, double-tube columns present other additional advantages which make them of great interest for designers and engineers, such as: reduced weight, higher ductility, improved energy absorption and, above all, an enhanced fire resistance. In turn, the improvements in the manufacturing technique of high strength concrete makes their use in double-tube columns create the suitable synergy for the design of slender structural members. Nevertheless, the fast evolution and development of composite construction has led to a situation where the current design guidance cannot provide updated analytical expressions and recommendations. Give this situation, and due to the innovative nature of this configuration, as well as the complexity of experimental testing, few experimental and analytical works can be found on this typology of columns. This makes the numerical investigation of concrete-filled double-tube columns interesting from the scientific point of view. The mechanical behaviour of concrete-filled double-tube columns is studied in this thesis through a realistic three-dimensional finite element model. The values adopted for the variables of the model are the result of a comprehensive sensitivity analysis. The accuracy of the numerical model is verified against experimental tests and, once the numerical model is validated, an extensive parametric study is developed, with the aim of studying the influence of the main factors which affect the mechanical response of this columns and being able to provide design recommendations. With this information, a comparative study is carried out with the results of the application of the current calculation method for composite columns in Eurocode 4-Part 1.1, in order to evaluate the validity of the method for double-tube columns subjected to axial compression and combined compression and uniaxial bending, infilled with ultra-high strength concrete. The scope of this thesis is limited to slender circular double-tube columns filled with normal and ultra-high strength concrete subjected to monotonic concentric or eccentric axial load of uniform bending moment. / [ES] Las columnas tubulares de acero rellenas de hormigón compuestas de una sección de doble tubo son de reciente creación. Son el resultado de aplicar la técnica utilizada en la construcción de túneles sumergidos, de construir una sección compuesta tipo sándwich, a base de acero-hormigón-acero. Además de las ventajas propias de las columnas tubulares de acero rellenas de hormigón (CFST), las columnas de doble tubo poseen otras ventajas adicionales que las hace muy interesantes para proyectistas e ingenieros como son, por ejemplo: menor peso, mayor ductilidad, mayor absorción de energía, y sobretodo, mejor resistencia a fuego. Por otra parte, la mejora de la técnica de fabricación de hormigones de altas resistencias hace que su utilización en columnas de doble tubo produzca una sinergia idónea para diseñar elementos estructurales esbeltos. Sin embargo, la rápida evolución y desarrollo de la construcción mixta hace que las normas actuales no tengan las expresiones analíticas ni las recomendaciones de diseño actualizadas. Debido a ello y por la relativa solución innovadora de esta configuración, así como la complejidad de realizar ensayos experimentales, existen pocos trabajos experimentales y estudios analíticos acerca de esta tipología de columnas. Es por esto que el estudio numérico de columnas de doble tubo rellenas de hormigón sea, desde el punto de vista científico, interesante. El comportamiento mecánico de columnas de doble tubo rellenas de hormigón se estudia en esta tesis a través de un modelo realista tridimensional de elementos finitos. Los valores adoptados de las variables del modelo son el resultado de un amplio análisis de sensibilidad. La precisión del modelo numérico se verifica con ensayos experimentales y, una vez se dispone de un modelo validado, se desarrolla un extenso estudio paramétrico con el fin de evaluar la influencia de los principales factores que afectan la respuesta mecánica de las mismas y poder establecer recomendaciones de diseño. Con esa información, se realiza una comparativa con los resultados de aplicar el método de cálculo de columnas mixtas del Eurocódigo 4 - Parte 1.1, con el propósito de evaluar la validez del método en columnas de doble tubo comprimidas y flexo-comprimidas rellenas de hormigón de ultra alta resistencia. El alcance de esta tesis queda limitado a columnas circulares esbeltas de doble tubo rellenas de hormigón de resistencia normal y ultra alta resistencia sometidas a carga monotónica centrada y excéntrica de momento uniforme. / [CAT] Les columnes tubulars d'acer emplenades de formigó compostes d'una secció de doble tub són de recent creació. Són el resultat d'aplicar la tècnica utilitzada en la construcció de túnels submergits, de construir una secció composta tipus sandvitx, a base d'acer-formigó-acer. A més dels avantatges propis de les columnes tubulars d'acer emplenades de formigó (CFST), les columnes de doble tub posseeixen altres avantatges addicionals que les fa molt interessants per a enginyers com són, per exemple: menor pes, major ductilitat, major absorció d'energia, i sobretot, millor resistència a foc. D'altra banda, la millora de la tècnica de fabricació de formigons d'altes resistències fa que la seva utilització en columnes de doble tub produïsca una sinergia idònia per dissenyar elements estructurals verticals esvelts. No obstant això, la ràpida evolució i desenvolupament de la construcció mixta fa que les normes actuals no tinguin les expressions analítiques ni les recomanacions de disseny actualitzades. Per aquest motiu i per la relativa solució innovadora d'aquesta configuració, així com la complexitat de realitzar assajos experimentals, existeixen pocs treballs experimentals i estudis analítics sobre aquesta tipologia de columnes. És per això que l'estudi numèric de columnes de doble tub farcides de formigó siga, des del punt de vista científic, interessant. El comportament mecànic de columnes de doble tub emplenades de formigó s'estudia en aquesta tesi mitjançant un model realista tridimensional d'elements finits. Els valors adoptats per a les variables del model són el resultat d'una extensa anàlisi de sensibilitat. La precisió del model numèric es verifica amb assajos experimentals i, una vegada es disposa d'un model validat, es desenvolupa un extens estudi paramètric amb la finalitat d'avaluar la influència dels principals factors que afecten la resposta mecànica de les columnes i poder establir recomanacions de disseny. Amb aquesta informació, es realitza una comparativa amb els resultats d'aplicar el mètode de càlcul de columnes mixtes del Eurocódigo 4-Part 1.1, amb el propòsit d'avaluar la validesa del mètode en columnes de doble tub comprimides i flexo-comprimides emplenades de formigó d'ultra alta resistència. L'abast d'aquesta tesi queda limitat a columnes circulars esveltes de doble tub emplenades de formigó normal i d'ultra alta resistència sotmeses a càrrega monotònica centrada i excèntrica amb moment uniforme. / Pons Aliaga, D. (2016). ESTUDIO NUMÉRICO DE LA CAPACIDAD PORTANTE DE COLUMNAS MIXTAS CON DOBLE TUBO RELLENAS DE HORMIGON [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62209 / TESIS