Submitted by Guilhermino Britto (guilhermino.f@hotmail.com) on 2018-02-21T11:43:07Z No. of bitstreams: 1 ANÁLISE EXPERIMENTAL DO CISALHAMENO LONGITUDINAL DE LAJES MISTAS.pdf: 6404090 bytes, checksum: 9b1afa30d7e8f92a9ea84c7a8095d8ff (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2018-03-13T15:32:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ANÁLISE EXPERIMENTAL DO CISALHAMENO LONGITUDINAL DE LAJES MISTAS.pdf: 6404090 bytes, checksum: 9b1afa30d7e8f92a9ea84c7a8095d8ff (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-13T15:32:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ANÁLISE EXPERIMENTAL DO CISALHAMENO LONGITUDINAL DE LAJES MISTAS.pdf: 6404090 bytes, checksum: 9b1afa30d7e8f92a9ea84c7a8095d8ff (MD5) / FAPESB / O Sistema de lajes mistas de concreto com fôrma de aço incorporada, constituído por uma forma de chapa corrugada e concreto no estado endurecido, tem como fase fundamental de seu dimensionamento a utilização do método semi empírico m-k. Este método consiste na determinação da capacidade resistente ao cisalhamento longitudinal, por meio de uma equação semi-empírica que relaciona a resistência nominal ao esforço cortante com os parâmetros obtidos em ensaio. Neste trabalho buscou-se analisar o comportamento do sistema de lajes mistas de concreto com fôrma de aço incorporada por meio da determinação dos vãos máximos do “deck” antes da cura do concreto, e determinação dos valores dos parâmetros m e k das lajes, do modelo normativo e alternativo. O método de desenvolvimento deste trabalho seguiu as seguintes etapas: (i) definição dos vãos máximos admissíveis para o “deck” antes da cura do concreto, adotando os conceitos referentes ao comportamento dos elementos de placas esbeltas, instabilidade local e global de chapas finas. (ii) determinação dos parâmetros de dimensionamento m e k de modelos de lajes mistas compostas por apenas um módulo de “deck”. (iii) determinação dos parâmetros de dimensionamento m e k dos modelos em escala normativa. Adotando-se para tais determinações, o método semi-empírico m-k. Uma análise comparativa foi realizada com os resultados de m e k encontrados dos modelos alternativo e normativo. O “deck” estudado apresentou bom comportamento estrutural na fase antes da cura do concreto com baixa eficiência para maiores espessuras. Os parâmetros m e k encontrados nos modelos alternativos investigados não representam o comportamento físico dos modelos normativos quando adotados em seu procedimento de cálculo. Os resultados encontrados para o modelo normativo demonstraram baixa interação entre o “deck” e a capa de concreto, tornando-se necessário mais estudos para definir melhorias em seu desempenho. Os principais resultados encontrados demonstram que o modelo alternativo não apresenta valores que possam ser aplicados diretamente aos modelos normativos, já que o aumento do vão de cisalhamento, ou seja, vão sob tensões cisalhantes, reduz de forma significativa a resistência teórica das lajes. Espera-se com esse trabalho auxiliar projetistas e pesquisadores no desenvolvimento de projetos e pesquisas com o sistema “steel deck”. / The composite concrete slab with steel deck incorporated system, which consists of a form of a corrugated metal sheet and concrete in the hardened state, has as fundamental phase of its design the use of the semi empirical method m-k. This method consists in the determination of the capacity for resistance to the longitudinal shear, by means of a semi-empirical equation that relates the nominal resistance to shear stress with parameters obtained experimentally. In this paper, the behavior concrete slab with steel deck incorporated system was analyzed through the determination of the maximum deck gap values before the concrete cure, and the m and k parameters values for the normative and alternative model slabs were determined. The development of this work followed this steps: (i) definition of the maximum allowable spans for the deck before concrete curing, adopting the concepts related to the behavior of thin slab elements, local and global instability of thin sheets. (ii) Determination of the dimensioning parameters m and k of composite slab models composed of a single deck module. (iii) Determination of the scaling parameters m and k of the normative scale models. Adopting for such procedures, the semi-empirical method m-k. A comparative analysis was performed with the results of m and k found from the alternative and normative models. The "deck" studied showed good behavior in the phase before the curing of the concrete with low efficiency for greater thicknesses. The parameters m and k found in the alternative models investigated did not present significant influence when adopted in the procedure for the calculations for the normative models. The results found for the normative model demonstrated a low interaction between the deck and the concrete cover, making further studies necessary to develop improvements in its performance. The main results showed that the alternative model does not present values that can be applied directly to the normative models, since the increase of the shear span significantly reduces the theoretical resistance of the slabs. Hopefully, this work will assist designers and researchers in the development of projects and researches about the steel deck system.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo de um novo sistema de laje mista com o uso de perfis metálicos de chapa dobrada e isopor seqüencialmente dispostos lado a lado e preenchidos com concreto de armado. A principal motivação para este estudo foi o desenvolvimento de um eficiente sistema de laje fácil e rápida de ser construído, e que fosse econômica. O sistema de laje desenvolvido maximiza o espaço livre útil da construção, eliminando a necessidade de formas e escoras tendo assim como conseqüência direta a minimização das perdas construtivas. Os resultados obtidos indicaram que os custos do novo sistema de laje são equivalentes aos outros métodos de construção de lajes, mas que outras características como o tempo e as perdas economizadas na fase construtiva viabilizam a utilização do novo sistema.O trabalho foi consta de três fases principais: primeiramente uma otimização do estudo dos perfis de chapa dobrada foi conduzida analisando as suas características estáticas e dinâmicas para o sistema de laje. Variáveis como peso, altura, espessura,tensão de escoamento, vão máximo, carga suportada por vão e por espessura da chapa metálica, momento máximo, capacidade de carga, minimização dos custos de fabricação e possibilidades de uso de vãos múltiplos foram validados. Quando a seção do perfil metálico estava definida e otimizada, foi estabelecido um estudo com uma série de 5 (cinco) testes em escala real. O propósito principal dos testes foi obter os estados limites último da seção do perfil adotado associado ao sistema de laje para validação do sistema estrutural. Os testes avaliaram a real aderência entre concreto e perfil metálico e sua influência no estado limite último de flexão, cisalhamento e deslizamento. Outra solução além da aderência química natural do concreto com o perfil metálico envolveram o uso de parafusos auto atarrachantes como conectores de cisalhamento. A fase final compreendeu a comparação dos resultados experimentais com as normas de aço para averiguar a validade dos resultados do sistema de laje mista. / [en] This work presents an investigation of an innovative composite slab system made of a steel deck and a styrofoam plate, side by side, filled with reinforced concrete. The objective of the present study was the development of an efficient composite slab system that is easy to manufacture, erect and also economic.The investigation started with a parametric design study of the steel deck profile.When an optimum steel deck profile was established the investigation proceeded with a series of full-scale- experiments. The tests enable the establishment of the ultimate and serviceability limit states associated with the investigated system.Another aim of the experiments was to investigate the concrete versus steel deck connection. Solutions using only the natural concrete versus steel adherence and others utilising shear connectors made of self-drilling bolts in the steel deck were considered. Finally current steel design codes were used to compare the experimental results and access the accuracy of the composite slab system In this paper a composite slab system developed for low-cost building construction is presented. Results and conclusions from a theoretical and experimental study were summarized below the work. Finally these composite slab systems can be implemented in large scale construction, just by the development of portable rolling equipment that can produce very long and continuous profiles, as required by the construction teamwork.

Este trabalho apresenta uma abordagem abrangente das estruturas mistas aço-concreto, com ênfase em edifícios, e dos principais elementos que compõem esse sistema: as vigas mistas, simplesmente apoiadas e contínuas, as lajes mistas e os pilares mistos. São abordados os aspectos construtivos, o comportamento estrutural e os procedimentos para dimensionamento recomendados pelas principais normas aplicáveis, enfatizando a norma norte-americana do AISC e o EUROCODE 4. O projeto em situação de incêndio também é analisado, considerando o comportamento e o dimensionamento de elementos mistos frente à ação do fogo. No final, são desenvolvidos exemplos de dimensionamento, onde procura-se comparar e discutir os resultados obtidos pelas principais normas / This study consists of a broad analysis of composite structures, with particular emphasis on buildings, and the principal elements that make up this system, i.e., continuous and simply supported composite beams, composite slabs and composite columns. Several aspects of construction are broached, as well as structural behavior and the procedures for design recommended by the main codes, mainly the American AISC and the EUROCODE 4 codes. Fire design is also analyzed, considering the behavior and design of composite elements under fire conditions. The study concludes with some examples of design, comparing and discussing the results achieved by the principal codes

As lajes mistas de aço e concreto consistem de um sistema estrutural formado por fôrmas de aço (chapas perfiladas) permanentes sobre a qual é lançado o concreto armado. Após a cura do concreto, esses elementos trabalham conjuntamente, garantindo o comportamento misto. Esse tipo de sistema é amplamente utilizado na construção civil brasileira, por propiciar diversas vantagens, como a não utilização de fôrmas de madeiras e escoras. Com a finalidade de avaliar o comportamento térmico, estrutural e termoestrutural acoplado desse tipo de sistema, foram desenvolvidos modelos numéricos em elementos finitos no pacote computacional TNO DIANA em duas etapas distintas. Na primeira etapa é feita uma análise térmica bidimensional, cujos campos térmicos na seção transversal da laje são calibrados por meio de resultados experimentais disponíveis na literatura, avaliando os principais parâmetros que influenciam na distribuição de temperatura na laje, como a emissividade resultante e a resistência térmica na interface aço/concreto. Nessa etapa também se desenvolve um pós-processador em Visual Basic 11.0 capaz de ler os campos térmicos gerados pelo DIANA e calcular o momento fletor plástico resistente em função do tempo de exposição ao fogo. Esses resultados são comparados com aqueles calculados de acordo o modelo de cálculo da ABNT NBR 14323:2013. A segunda etapa consiste no desenvolvimento de modelos numéricos tridimensionais para se avaliar o comportamento termoestrutural acoplado de lajes mistas simplesmente apoiadas. Nessa etapa, primeiramente se faz a validação e calibração dos modelos numéricos à temperatura ambiente, avaliando fatores como a simetria dos modelos e a resistência ao cisalhamento longitudinal na interface entre a fôrma de aço e o concreto. Posteriormente, se realiza a validação do modelo numérico em temperatura elevada por meio de resultados experimentais disponíveis na literatura, considerando os efeitos dos gradientes térmicos na degradação das propriedades mecânicas e na expansão térmica do aço e concreto. Após a calibração do modelo numérico tridimensional em temperatura ambiente e elevada, se realizam análises paramétricas considerando a influência da armadura positiva, da espessura fôrma de aço, da resistência à compressão do concreto, da altura da laje e do vão entre apoios, por meio da curva de incêndio padrão. Os resultados obtidos dos modelos numéricos tridimensionais são comparados com aqueles obtidos pelo método do momento fletor plástico, calculados por meio dos resultados dos modelos térmicos, e de acordo o modelo de cálculo da ABNT NBR 14323:2013. / Steel-concrete composite slabs consist on a structural system comprising of permanent steel sheeting on which reinforced concrete is cast. After the cure of concrete, these elements work in conjunction, ensuring the composite behavior. This structural system is widely used in Brazilian civil construction, especially for providing several advantages, such as no use of formwork and post shores. In order to assess thermal, structural and staggered flow-stress behavior of this structural system, finite elements numerical models were developed in software TNO DIANA in two distinct steps. In the first step a two-dimensional thermal analysis is carried out, whose thermal fields in the slab cross section are calibrated by experimental results available in the literature, evaluating the main parameters that affect the temperature distribution in the slab, as the resulting emissivity and thermal resistance in the steel/concrete interaction. In this stage is also developed a post-processor in Visual Basic 11.0, which is able to read the thermal fields generated by DIANA and calculate the plastic bending moment capacity versus fire exposure time. These results are compared with those calculated according to the ABNT NBR 14323:2013 calculation model. The second step consists in the development of three-dimensional numerical models to evaluate the staggered heat-flow behavior of simply supported composite slabs. In this step, first is done the calibration and validation of the numerical models at ambient temperature, assessing factors such as the symmetry of the models and the longitudinal shear resistance between steel sheeting and the concrete. Later, numerical models are validated in fire through experimental results available in the literature, considering the effects of thermal gradients in the degradation of the mechanical properties and thermal expansion of steel and concrete. After validation of the three-dimensional numerical models at ambient and elevated temperature, parametric analysis are performed considering the influence of sagging reinforcement, the thickness of steel sheeting, compressive strength of the concrete, the slab height and the span between supports, through standard fire curve. The bending resistance of tri-dimensional numerical models is compared with that obtained by the plastic theory, calculated through the results of two-dimensional thermal models, and according to ABNT NBR 14323:2013 calculation model.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Especialização em Construções Civis. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

As lajes mistas de aço e concreto consistem de um sistema estrutural formado por fôrmas de aço (chapas perfiladas) permanentes sobre a qual é lançado o concreto armado. Após a cura do concreto, esses elementos trabalham conjuntamente, garantindo o comportamento misto. Esse tipo de sistema é amplamente utilizado na construção civil brasileira, por propiciar diversas vantagens, como a não utilização de fôrmas de madeiras e escoras. Com a finalidade de avaliar o comportamento térmico, estrutural e termoestrutural acoplado desse tipo de sistema, foram desenvolvidos modelos numéricos em elementos finitos no pacote computacional TNO DIANA em duas etapas distintas. Na primeira etapa é feita uma análise térmica bidimensional, cujos campos térmicos na seção transversal da laje são calibrados por meio de resultados experimentais disponíveis na literatura, avaliando os principais parâmetros que influenciam na distribuição de temperatura na laje, como a emissividade resultante e a resistência térmica na interface aço/concreto. Nessa etapa também se desenvolve um pós-processador em Visual Basic 11.0 capaz de ler os campos térmicos gerados pelo DIANA e calcular o momento fletor plástico resistente em função do tempo de exposição ao fogo. Esses resultados são comparados com aqueles calculados de acordo o modelo de cálculo da ABNT NBR 14323:2013. A segunda etapa consiste no desenvolvimento de modelos numéricos tridimensionais para se avaliar o comportamento termoestrutural acoplado de lajes mistas simplesmente apoiadas. Nessa etapa, primeiramente se faz a validação e calibração dos modelos numéricos à temperatura ambiente, avaliando fatores como a simetria dos modelos e a resistência ao cisalhamento longitudinal na interface entre a fôrma de aço e o concreto. Posteriormente, se realiza a validação do modelo numérico em temperatura elevada por meio de resultados experimentais disponíveis na literatura, considerando os efeitos dos gradientes térmicos na degradação das propriedades mecânicas e na expansão térmica do aço e concreto. Após a calibração do modelo numérico tridimensional em temperatura ambiente e elevada, se realizam análises paramétricas considerando a influência da armadura positiva, da espessura fôrma de aço, da resistência à compressão do concreto, da altura da laje e do vão entre apoios, por meio da curva de incêndio padrão. Os resultados obtidos dos modelos numéricos tridimensionais são comparados com aqueles obtidos pelo método do momento fletor plástico, calculados por meio dos resultados dos modelos térmicos, e de acordo o modelo de cálculo da ABNT NBR 14323:2013. / Steel-concrete composite slabs consist on a structural system comprising of permanent steel sheeting on which reinforced concrete is cast. After the cure of concrete, these elements work in conjunction, ensuring the composite behavior. This structural system is widely used in Brazilian civil construction, especially for providing several advantages, such as no use of formwork and post shores. In order to assess thermal, structural and staggered flow-stress behavior of this structural system, finite elements numerical models were developed in software TNO DIANA in two distinct steps. In the first step a two-dimensional thermal analysis is carried out, whose thermal fields in the slab cross section are calibrated by experimental results available in the literature, evaluating the main parameters that affect the temperature distribution in the slab, as the resulting emissivity and thermal resistance in the steel/concrete interaction. In this stage is also developed a post-processor in Visual Basic 11.0, which is able to read the thermal fields generated by DIANA and calculate the plastic bending moment capacity versus fire exposure time. These results are compared with those calculated according to the ABNT NBR 14323:2013 calculation model. The second step consists in the development of three-dimensional numerical models to evaluate the staggered heat-flow behavior of simply supported composite slabs. In this step, first is done the calibration and validation of the numerical models at ambient temperature, assessing factors such as the symmetry of the models and the longitudinal shear resistance between steel sheeting and the concrete. Later, numerical models are validated in fire through experimental results available in the literature, considering the effects of thermal gradients in the degradation of the mechanical properties and thermal expansion of steel and concrete. After validation of the three-dimensional numerical models at ambient and elevated temperature, parametric analysis are performed considering the influence of sagging reinforcement, the thickness of steel sheeting, compressive strength of the concrete, the slab height and the span between supports, through standard fire curve. The bending resistance of tri-dimensional numerical models is compared with that obtained by the plastic theory, calculated through the results of two-dimensional thermal models, and according to ABNT NBR 14323:2013 calculation model.

Este trabalho apresenta uma abordagem abrangente das estruturas mistas aço-concreto, com ênfase em edifícios, e dos principais elementos que compõem esse sistema: as vigas mistas, simplesmente apoiadas e contínuas, as lajes mistas e os pilares mistos. São abordados os aspectos construtivos, o comportamento estrutural e os procedimentos para dimensionamento recomendados pelas principais normas aplicáveis, enfatizando a norma norte-americana do AISC e o EUROCODE 4. O projeto em situação de incêndio também é analisado, considerando o comportamento e o dimensionamento de elementos mistos frente à ação do fogo. No final, são desenvolvidos exemplos de dimensionamento, onde procura-se comparar e discutir os resultados obtidos pelas principais normas / This study consists of a broad analysis of composite structures, with particular emphasis on buildings, and the principal elements that make up this system, i.e., continuous and simply supported composite beams, composite slabs and composite columns. Several aspects of construction are broached, as well as structural behavior and the procedures for design recommended by the main codes, mainly the American AISC and the EUROCODE 4 codes. Fire design is also analyzed, considering the behavior and design of composite elements under fire conditions. The study concludes with some examples of design, comparing and discussing the results achieved by the principal codes

Este trabalho trata do estudo de um novo perfil metálico a ser empregado como fôrma em lajes mistas (laje com fôrma de aço incorporada). A fôrma é obtida pelo dobramento a frio de chapa zincada e serve para suportar o concreto fresco e sobrecargas durante a fase de construção e para atuar como armadura positiva da laje após a cura do concreto. A pesquisa foi realizada em duas etapas: (i) a análise teórica do perfil de aço isolado de modo a identificar modos de instabilidade e respectivos esforços críticos, referentes à fase de construção, isto é, concreto não colaborante, e (ii) a análise teórica e experimental da laje mista, através do ensaio de protótipos, tendo como propósito determinar a formulação para o dimensionamento baseada no método semiempírico denominado \"método m-k\". Tal método permite determinar equações lineares, sendo \"m\" e \"k\" os coeficientes angular e linear da reta. A análise teórica do perfil de aço foi realizada com o auxílio do programa CUFSM. Na análise experimental foram utilizados 14 protótipos agrupados conforme a espessura da fôrma de aço (0,08 mm 6 protótipos e 1,25 mm 8 protótipos) e variando a altura da laje em 110 mm e 170 mm. Outros dois protótipos também foram ensaiados, ambos com armadura adicional e fôrma de espessura 0,08 mm, onde um continha mossas em sua fôrma e outro não. A determinação das constantes m - k resultou na equação de dimensionamento que fundamenta-se no cisalhamento longitudinal, que é o estado-limite último dominante no projeto de lajes mistas. / This work studies a new steel profile to use as deck in composite slabs (slab with embedded steel deck profile). The deck is obtained by cold-formed and serves to support the fresh concrete and overloads during the construction stage and to act as positive reinforcement of the slab after the wet concrete. Research comprises two steps: (i) theoretical analysis of isolated steel deck profile to identify buckling modes and their critical stress, associated to the construction stage, i.e., not cooperating concrete, and (ii) theoretical and experimental analysis of the composite slab, through of test prototypes, with the purpose to determine the formulation to design based in semiempirical method called \'\"m-k method\". The method allows determining linear equations, where \"m\" and \"k\" are angular and linear coefficients of the function. The theoretical analysis of the steel profile was performed with the aid of CUFSM program. In the experimental prototypes analysis used 14 grouped according to the thickness of the sheeting (0.08 mm - 1.25 mm prototypes and 6 - 8 prototypes) and varying slab height at 110 mm and 170 mm. Two other prototypes were also tested, both with additional armor and thick mold 0.08 mm, where one had dents in your pan and the other not. The determination of the constants m - k resulted in the scaling equation is based on longitudinal shear, which is the state limit last dominant in the design of composite slabs.

Este trabalho trata do estudo de um novo perfil metálico a ser empregado como fôrma em lajes mistas (laje com fôrma de aço incorporada). A fôrma é obtida pelo dobramento a frio de chapa zincada e serve para suportar o concreto fresco e sobrecargas durante a fase de construção e para atuar como armadura positiva da laje após a cura do concreto. A pesquisa foi realizada em duas etapas: (i) a análise teórica do perfil de aço isolado de modo a identificar modos de instabilidade e respectivos esforços críticos, referentes à fase de construção, isto é, concreto não colaborante, e (ii) a análise teórica e experimental da laje mista, através do ensaio de protótipos, tendo como propósito determinar a formulação para o dimensionamento baseada no método semiempírico denominado \"método m-k\". Tal método permite determinar equações lineares, sendo \"m\" e \"k\" os coeficientes angular e linear da reta. A análise teórica do perfil de aço foi realizada com o auxílio do programa CUFSM. Na análise experimental foram utilizados 14 protótipos agrupados conforme a espessura da fôrma de aço (0,08 mm 6 protótipos e 1,25 mm 8 protótipos) e variando a altura da laje em 110 mm e 170 mm. Outros dois protótipos também foram ensaiados, ambos com armadura adicional e fôrma de espessura 0,08 mm, onde um continha mossas em sua fôrma e outro não. A determinação das constantes m - k resultou na equação de dimensionamento que fundamenta-se no cisalhamento longitudinal, que é o estado-limite último dominante no projeto de lajes mistas. / This work studies a new steel profile to use as deck in composite slabs (slab with embedded steel deck profile). The deck is obtained by cold-formed and serves to support the fresh concrete and overloads during the construction stage and to act as positive reinforcement of the slab after the wet concrete. Research comprises two steps: (i) theoretical analysis of isolated steel deck profile to identify buckling modes and their critical stress, associated to the construction stage, i.e., not cooperating concrete, and (ii) theoretical and experimental analysis of the composite slab, through of test prototypes, with the purpose to determine the formulation to design based in semiempirical method called \'\"m-k method\". The method allows determining linear equations, where \"m\" and \"k\" are angular and linear coefficients of the function. The theoretical analysis of the steel profile was performed with the aid of CUFSM program. In the experimental prototypes analysis used 14 grouped according to the thickness of the sheeting (0.08 mm - 1.25 mm prototypes and 6 - 8 prototypes) and varying slab height at 110 mm and 170 mm. Two other prototypes were also tested, both with additional armor and thick mold 0.08 mm, where one had dents in your pan and the other not. The determination of the constants m - k resulted in the scaling equation is based on longitudinal shear, which is the state limit last dominant in the design of composite slabs.

Este trabalho objetivou o estudo dos edifícios de múltiplos andares constituídos por elementos mistos aço-concreto, com enfoque acadêmico, porém abordando aspectos e recomendações normativas diretamente aplicadas na prática corrente da engenharia estrutural. A revisão bibliográfica foi realizada com base em estudos acadêmicos e normativos além do estudo de um edifício exemplo constituído por elementos mistos. Os elementos mistos lajes, vigas e pilares foram abordados inicialmente de forma isolada, com base nas recomendações normativas, sendo que ao final os elementos foram interligados, apresentando ao leitor os principais aspectos teóricos e normativos para o dimensionamento de um edifício completo constituído de elementos estruturais mistos. / This study aims the multiple storey buildings formed by composite elements steel-concrete, with academic emphasis, however approaching standard recommendations and aspects directly applied to the structural engineering. A bibliographic review based on academic and standard studies was made, besides the design of an example building formed by composite elements. The composite elements: slabs, beams and columns were firstly approached based on standard aspects, and in the end, the elements were interconnected and presented to the reader the main theoretical and standard aspects to the design of a complete building formed by composite structural elements.