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.

Os pilares mistos são elementos estruturais compostos por um perfil metálico e concreto trabalhando em conjunto. Entre estes destaca-se o pilar parcialmente revestido que apresenta vantagens como a possibilidade de pré-fabricação, redução no uso de formas e eficiência estrutural, porém seu processo executivo envolve uma trabalhosa tarefa que é a ancoragem das armaduras ao perfil metálico. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo estudar o comportamento estrutural de pilares mistos parcialmente revestidos submetidos a compressão simples e flexo-compressão e avaliar a possibilidade de substituição da armadura convencional por alternativas que possibilitem uma execução mais simples. Para isto foi desenvolvido um programa experimental envolvendo 23 exemplares de pilares mistos fabricados com o perfil W 150 x 22,5 e três configurações de armadura: armadura convencional, telas de aço soldadas entre as mesas do perfil e concreto com adição de fibras. Além disso, foram realizadas simulações numéricas e um estudo paramétrico utilizando o pacote computacional FX + DIANA a fim de extrapolar os resultados experimentais. Observou-se que o comportamento estrutural de pilares submetidos a forças excêntricas depende do eixo de flexão, de modo que a ruptura ocorre de modo mais gradual quando o pilar é submetido a flexão em torno do eixo de maior inércia. Além disso, respostas similares foram obtidas para as três configurações de armadura avaliadas, sendo o valor de força máxima obtido para os exemplares com concreto com fibras ligeiramente inferior aos demais. A substituição da armadura convencional por telas de aço ou concreto com fibras de aço não altera significativamente os valores de força máxima nem o comportamento pós-pico, mostrando a viabilidade da solução proposta. / Composite columns are structural elements made with steel profiles and concrete working together. Among these, there is the partially encased composite columns that presents advantages, such as, the possibility of pre-fabrication, reduction in the use of formwork and structural efficiency, but its fabrication process involves a laborious task that is the anchoring of the reinforcements to the steel profiles. In this context, the present work has the objective of studying the structural behavior of partially encased composite columns subjected to axial compression and eccentric compression and to evaluate the possibility of replacing conventional reinforcement with alternatives that allow a simpler execution. For this, an experimental program was developed involving 23 specimens of composite columns made with W 150 x 22.5 shape and three reinforcement configurations: welded steel mesh and fiber-added concrete. In addition, numerical simulations and a parametric study were performed using the FX + DIANA computational package in order to extrapolate the experimental results. The results show the structural behavior of columns subjected to eccentric forces depends on the axis of flexure, so that the rupture occurs more gradually when subjected to bending about the major inertia axis. In addition, similar responses were obtained for the three reinforcement configurations evaluated, and the peak load obtained for the specimens with fiber concrete was slightly lower than the others. Therefore, it can be observed that the replacement of conventional reinforcement by steel meshes or fiber concrete does not significantly alter the peak load or post-peak behavior, showing potential to be considered as a new alternative.

O pilar misto parcialmente revestido é fruto da associação de um perfil metálico e concreto trabalhando em conjunto. Nestes pilares o perfil metálico, normalmente perfil I ou H, não é totalmente envolvido por concreto, sendo apenas a região entre as mesas preenchida. No Brasil, a utilização de pilares mistos parcialmente revestidos é ainda incipiente. Contudo a introdução do dimensionamento de elementos mistos na ABNT NBR 8800:2008 e as vantagens construtivas inerentes aos elementos mistos tem viabilizado a utilização destes elementos em obras pelo país afora, especialmente naquelas de grande porte. Neste contexto, o objetivo principal do trabalho é analisar o comportamento estrutural destes pilares e avaliar a possibilidade de substituição das armaduras tradicionais compostas por vergalhões por alternativas como telas de aço soldadas ou adição de fibras de aço ao concreto (taxa de 1,5% de fibras de 25 mm de comprimento). Para isto, foram feitos ensaios experimentais de cinco modelos físicos de pilares mistos parcialmente revestidos solicitados por compressão centrada e de um modelo solicitado por compressão excêntrica. Os resultados demonstraram-se promissores no que tange à substituição da armadura, mesmo para a situação com excentricidade na força aplicada. Em complemento, foi desenvolvida uma simulação numérica dos modelos físicos ensaiados utilizando o pacote computacional DIANA®, fundamentado no método dos elementos finitos, com o pré e pós-processador FX+. Apesar da hipótese simplificadora de aderência perfeita entre o aço e o concreto, o modelo numérico representou adequadamente o comportamento dos pilares mistos. / Partially encased composite columns are the result of the association of a steel profile and concrete filling working together. The most commonly used steel profiles have I or H cross sections not completely covered by concrete, with filling only in the region between flanges. In Brazil, the use of partially encased composite columns is still incipient. However, the introduction of design procedures for these columns in Brazilian Code ABNT - NBR 8800:2008 and also their inherent constructive advantages have enabled the use of these elements in buildings across the country, especially for large constructions. In this context, the main objective of this work is to analyze the structural behavior of these columns and evaluate the possibility of replacing the traditional reinforcement using steel rebar for alternatives such as welded steel meshes or steel fibers added to the concrete (rate of 1.5% and 25 mm long). To achieve these goals, experimental tests on five models of partially encased composite columns submitted to axial loading and one model subjected to eccentric loading were performed. The results proved to be promising in terms of replacing the traditional reinforcement, even for the situation with eccentricity of the applied force. In addition, a numerical modeling of the studied columns was developed, using finite element based software DIANA® with FX +. Despite simplifying assumptions of perfect bond between steel and concrete, the numerical model adequately represented the behavior of the columns.

As vigas mistas aço-concreto têm sido bastante utilizadas na engenharia civil, tanto no Brasil como no contexto mundial. O comportamento adequado deste elemento estrutural faz-se pela interação entre ambos os materiais, a qual é garantida por conectores de cisalhamento. O presente trabalho apresenta uma visão geral do comportamento das vigas mistas aço-concreto, e, principalmente o estudo do comportamento estrutural de conectores de cisalhamento. Para tanto, faz-se uma simulação numérica dos conectores tipo pino com cabeça (stud) e perfil “U" formado a frio, por meio de uma modelagem do ensaio experimental tipo “Push-out", cujos resultados são confrontados com valores experimentais obtidos de ensaios realizados em laboratório. Para a simulação numérica utiliza-se um código de cálculo com base nos Método dos Elementos Finitos (MEF), cujas ferramentas disponibilizadas permitem análises dos modelos em regime de não-linearidade física e geométrica. Os modelos numéricos apresentam como variáveis de interesse o número de conectores na laje de concreto, a quantidade de armadura inserida no concreto, o diâmetro do conector tipo pino com cabeça (stud), a resistência do concreto, a espessura e posição de soldagem do conector tipo perfil “U" formado a frio. A variação desses parâmetros tem como finalidade a determinação da resistência última e da relação força-deslocamento dos conectores, bem como avaliar a concentração de tensão e deformação nas partes constituintes dos modelos / Composite steel-concrete beams have been used in civil engineering in Brazil as well other countries. A realistic determination of the behaviour of this structural element is estimated by considering the interaction between the two materials, which is safeguarded by providing shear connectors. The present research presents a general view of the behaviour of steel-concrete composite beams, and primarily the study of the behaviour of shear connectors. To meet this ends, a numerical analysis of stud bolt and cold formed U-channel under push-out test geometry was carried out and the results compared to experimental test results. The numerical analysis utilises a Finite Element Method (FEM) code that permits the analysis under non-linear material and geometric regimes. The main numerical variables in the study were the number of connectors used in the concrete plate, the quantity steel reinforcement, the diameter of stub bolt connector, concrete strength, the thickness and position of welding of the cold-formed U-channel. The main objective of varying these parameters was to determine the ultimate strength and the load-slip behaviour of the connectors as well as evaluate the stress and strain concentrations in certain parts that constitute the models

O presente estudo traz uma revisão bibliográfica dos sistemas estruturais, da estabilidade e análise estrutural de edifícios de múltiplos andares com estrutura de aço e, ainda, do emprego de elementos mistos aço e concreto nesses sistemas, com ênfase às vigas mistas. É aplicável a duas áreas, a saber: acadêmica e prática. Na área acadêmica, contribui com informações que permitem iniciar linhas de pesquisas para diversos assuntos. Na área prática, através de exemplos, contribui com a análise da viabilidade do processo construtivo e estrutural. E por meio de instruções mínimas, contribui para o desenvolvimento de projetos de estruturas metálicas. A referida pesquisa é embasada na ABNT NBR 8800:2008 e, quando indispensável, nas normas ANSI/AISC 360-10 e EN 1994-1-1:2004. / The concerned study brings a literature review of structural systems, stability and structural analysis of multistory buildings with steel structures and also the use of steel-concrete composite elements in those systems, with emphasis on composite beams. It applies to two subjects, namely: academic and practical. In academics, it contributes with informations that allows you to start several lines of research. In the practice, through examples, it contributes with the assessment of the viability of the construction and structural process. And using minimal instructions, it contributes to the development of steel structure projects. The related research is based on the ABNT NBR 8800:2008 and, when necessary, on ANSI/AISC 360-10 and EN 1994-1-1:2004.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Considerando-se um cenário econômico bastante favorável em conjunto com avanços tecnológicos da ciência dos materiais e processos construtivos, nos últimos trinta anos, as cidades brasileiras têm apresentado um crescimento substancial, no que diz respeito à construção de edifícios residenciais e comerciais de múltiplos andares. Nos dias de hoje, estes edifícios apresentam níveis de esbeltez elevados e têm sido construídos com estruturas cada vez mais arrojadas englobando a experiência e o conhecimento dos engenheiros civis. Deste modo, o principal objetivo dos projetistas está associado à concepção de estruturas mais leves, nas quais o projeto estrutural requer um conhecimento teórico substancial, objetivando tornar compatíveis os requisitos arquitetônicos com as condições necessárias para a estabilidade. Assim sendo, o objetivo deste trabalho de pesquisa é o de investigar o comportamento estrutural estático e dinâmico de um edifício misto (aço-concreto) de 20 pavimentos quando submetido às ações dinâmicas do vento não determinísticas. Deste modo, no desenvolvimento do modelo computacional são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa ANSYS. Para tal, o estudo apresenta os resultados de uma análise não linear geométrica para ações de serviço. A resposta dinâmica não determinística do modelo estrutural investigado, em termos dos valores máximos médios dos deslocamentos e das acelerações, foi obtida e comparada com os valores limites propostos por normas e recomendações de projeto. / Considering the favourable economic scenario and technological advances of material sciences and construction processes, in the last thirty years, the Brazilian cities have presented a substantial growth, with respect to construction of residential and commercial multi-storey buildings. Nowadays, these buildings present greater slenderness and have been constructed with more challenging structures that encompass the experience and knowledge of structural designers by using newly developed materials and technologies boosted by the ever-growing investigations on this field. As the structural designer main objective is related to produce increasingly lighter structures its conception requires a substantial amount of theoretical knowledge associated to structural design and construction processes, in order to make compatible the requirements of architecture with the necessary conditions for stability. This way, this research work aims to investigate the static and dynamic structural behaviour of a 20 story steel-concrete composite building, when submitted to the non-deterministic wind dynamic actions. The developed computational model adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations implemented in the ANSYS program. The present study has considered the results of a geometric nonlinear analysis for serviceability limit states. The investigated structural model non-deterministic dynamic response, in terms of displacements and peak accelerations, was obtained and compared to the limiting values proposed by several authors and design standards.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Avanços tecnológicos no ramo das ciências dos materiais e de processos construtivos, combinado a um cenário econômico favorável, têm levado a um crescimento substancial na construção de edifícios de múltiplos andares pelo mundo. Estes edifícios têm sido construídos com estruturas cada vez mais arrojadas e com elevados níveis de esbeltez, tornando-se verdadeiras obras de arte. Todavia, a compatibilidade dos requisitos arquitetônicos com as condições necessárias de estabilidade de tais estruturas é fundamental, e requer dos engenheiros civis um conhecimento teórico substancial desde a concepção do projeto estrutural até o processo construtivo propriamente dito. Assim sendo, o objetivo desta dissertação de mestrado é o de investigar o comportamento estrutural de um edifício de 20 pavimentos misto (aço-concreto) submetido às ações de cargas de vento não determinísticas. No núcleo interno da edificação três tipos de contraventamentos são empregados e analisados. De forma semelhante, no desenvolvimento do modelo computacional são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa Ansys. Assim, a resposta dinâmica não determinística do modelo estrutural, em termos dos valores máximos médios dos deslocamentos e das acelerações, é obtida e comparada com os valores limites propostos por normas e recomendações de projeto. / Technological advances of material sciences and construction processes, combined with a favorable economic scenario, have brought a substantial growth into the construction of multi-storey buildings around the world. These buildings have been constructed with increasingly daring structures and with greater slenderness, and have become true works of art. However, the compatibility between the requirements of architecture and the necessary conditions for stability is essential and it requires a substantial amount of theoretical knowledge from the civil engineers related to structural design and construction processes. Therefore, this research work aims to investigate the structural behaviour of a 20 story (steel-concrete) composite building, when submitted to the non-deterministic wind dynamic actions. In the buildings interior core three types of bracings are presented and analysed. Similary, in the development of the computational model, usual mesh refinement techniques are presented in finite element method simulations, and implemented in the Ansys program. The investigated structural model non-deterministic dynamic response, in terms of displacements and peak accelerations, is obtained and then compared to the limiting values proposed by several authors and design standards.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Considerando-se um cenário econômico bastante favorável em conjunto com avanços tecnológicos da ciência dos materiais e processos construtivos, nos últimos trinta anos, as cidades brasileiras têm apresentado um crescimento substancial, no que diz respeito à construção de edifícios residenciais e comerciais de múltiplos andares. Nos dias de hoje, estes edifícios apresentam níveis de esbeltez elevados e têm sido construídos com estruturas cada vez mais arrojadas englobando a experiência e o conhecimento dos engenheiros civis. Deste modo, o principal objetivo dos projetistas está associado à concepção de estruturas mais leves, nas quais o projeto estrutural requer um conhecimento teórico substancial, objetivando tornar compatíveis os requisitos arquitetônicos com as condições necessárias para a estabilidade. Assim sendo, o objetivo deste trabalho de pesquisa é o de investigar o comportamento estrutural estático e dinâmico de um edifício misto (aço-concreto) de 20 pavimentos quando submetido às ações dinâmicas do vento não determinísticas. Deste modo, no desenvolvimento do modelo computacional são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa ANSYS. Para tal, o estudo apresenta os resultados de uma análise não linear geométrica para ações de serviço. A resposta dinâmica não determinística do modelo estrutural investigado, em termos dos valores máximos médios dos deslocamentos e das acelerações, foi obtida e comparada com os valores limites propostos por normas e recomendações de projeto. / Considering the favourable economic scenario and technological advances of material sciences and construction processes, in the last thirty years, the Brazilian cities have presented a substantial growth, with respect to construction of residential and commercial multi-storey buildings. Nowadays, these buildings present greater slenderness and have been constructed with more challenging structures that encompass the experience and knowledge of structural designers by using newly developed materials and technologies boosted by the ever-growing investigations on this field. As the structural designer main objective is related to produce increasingly lighter structures its conception requires a substantial amount of theoretical knowledge associated to structural design and construction processes, in order to make compatible the requirements of architecture with the necessary conditions for stability. This way, this research work aims to investigate the static and dynamic structural behaviour of a 20 story steel-concrete composite building, when submitted to the non-deterministic wind dynamic actions. The developed computational model adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations implemented in the ANSYS program. The present study has considered the results of a geometric nonlinear analysis for serviceability limit states. The investigated structural model non-deterministic dynamic response, in terms of displacements and peak accelerations, was obtained and compared to the limiting values proposed by several authors and design standards.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Avanços tecnológicos no ramo das ciências dos materiais e de processos construtivos, combinado a um cenário econômico favorável, têm levado a um crescimento substancial na construção de edifícios de múltiplos andares pelo mundo. Estes edifícios têm sido construídos com estruturas cada vez mais arrojadas e com elevados níveis de esbeltez, tornando-se verdadeiras obras de arte. Todavia, a compatibilidade dos requisitos arquitetônicos com as condições necessárias de estabilidade de tais estruturas é fundamental, e requer dos engenheiros civis um conhecimento teórico substancial desde a concepção do projeto estrutural até o processo construtivo propriamente dito. Assim sendo, o objetivo desta dissertação de mestrado é o de investigar o comportamento estrutural de um edifício de 20 pavimentos misto (aço-concreto) submetido às ações de cargas de vento não determinísticas. No núcleo interno da edificação três tipos de contraventamentos são empregados e analisados. De forma semelhante, no desenvolvimento do modelo computacional são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa Ansys. Assim, a resposta dinâmica não determinística do modelo estrutural, em termos dos valores máximos médios dos deslocamentos e das acelerações, é obtida e comparada com os valores limites propostos por normas e recomendações de projeto. / Technological advances of material sciences and construction processes, combined with a favorable economic scenario, have brought a substantial growth into the construction of multi-storey buildings around the world. These buildings have been constructed with increasingly daring structures and with greater slenderness, and have become true works of art. However, the compatibility between the requirements of architecture and the necessary conditions for stability is essential and it requires a substantial amount of theoretical knowledge from the civil engineers related to structural design and construction processes. Therefore, this research work aims to investigate the structural behaviour of a 20 story (steel-concrete) composite building, when submitted to the non-deterministic wind dynamic actions. In the buildings interior core three types of bracings are presented and analysed. Similary, in the development of the computational model, usual mesh refinement techniques are presented in finite element method simulations, and implemented in the Ansys program. The investigated structural model non-deterministic dynamic response, in terms of displacements and peak accelerations, is obtained and then compared to the limiting values proposed by several authors and design standards.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4344.pdf: 5594245 bytes, checksum: fab6be00771107162007269bd0d0a554 (MD5) Previous issue date: 2012-03-01 / Even the metal bridges known for overcoming large spans, designed and implemented by large offices, this paper wishes to present concepts that can be applied in practical design of Steel-Concrete composite bridges of short and medium span, because those are the most common in national highways, and there is also a lack of professionals to design them into steel in Brazil. In the few studies dedicated to this subject, there is no specific normalization in steel bridges, and there is a lack of bridges on local roads throughout the country. The steel bridge or the Steel- Concrete composite bridges provides a construction that is both quick and of easy recovery. At first it discusses the main structural systems, features and behaviors of composite steel bridges and concrete. It also describes the analysis procedures to actions on bridges according to the U.S. standards (AASHTO:2002 & 2005), European (EC-1:1991) and Brazilian (NBR 7188:1984). It is also an objective of this study to understand the design philosophy of AASHTO:2002, regarding the definition of actions, analysis models, ensuring the joint behavior of steel beam and concrete deck, ultimate limit states and of service and resistance of the mixed system deck, verifying the possibilities / needs of adaptation to the national reality, standard frequently used by Brazilian designers. This study aims to enrich the national literature regarding to Steel-Concrete composite bridges and according to comparisons made to the design and scaling guide, set rules for a calculated script for these mixed systems, bridges, viewing adjustments for the development of those directed to Brazilian realities. / Mesmo as pontes metálicas tendo fama de vencer grandes vãos, projetadas e executadas por grandes escritórios de projetos, este trabalho tem o objetivo de apresentar conceitos que possam ser aplicados na prática de projeto de pontes mistas de aço e concreto de pequenos e médios vãos, pois são as mais frequentes nas rodovias nacionais, e também há uma carência dos profissionais para projetá-las em aço, no Brasil. Além de poucos trabalhos voltados a este assunto, não existe normalização específica para pontes em aço, sendo que há carência de pontes em estradas vicinais em todo o país. A ponte em aço ou mista de aço e concreto possibilita uma construção rápida e de fácil recuperação. Inicialmente discute-se sobre os principais sistemas estruturais, características e comportamentos de pontes mistas de aço e concreto, descrevendo também os procedimentos de análise para ações móveis em pontes segundo as norma americana (AASHTO:2002 e 2005), européia (EC-1:1991) e brasileira (NBR 7188:1984). Também está entre os objetivos deste trabalho compreender a filosofia de projeto da AASHTO:2002 no que se refere à definição das ações, modelos de análise, garantia do comportamento conjunto viga de aço e tabuleiro de concreto, estados limites últimos e de serviço e resistência do sistema de tabuleiro misto, verificando as possibilidades/necessidades de adaptação para a realidade nacional, norma esta comumente utilizada pelos projetistas brasileiros. Espera-se com este trabalho, enriquecer a bibliografia nacional no que se refere às pontes mistas de aço e concreto e de acordo com as comparações realizadas ao projeto e dimensionamento traçar diretrizes para um roteiro de cálculo para estes sistemas de pontes mistas, visando às adaptações para o desenvolvimento destas voltadas às realidades brasileiras.