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Análise teórica e experimental de ligações em aço entre pilar tubular de seção circular e viga de seção I / Theoretical and experimental analysis of steel connections between circular hollow section column and I section beamCalil Zumerle Masioli 15 April 2011 (has links)
O atrativo estético proporcionado pela forma arredondada é o fator que na maioria das vezes determina a utilização de estruturas tubulares circulares. É crescente a concepção de pórticos formados por colunas tubulares e as tradicionais vigas de seção I. Esse tipo de ligação ainda é pouco estudado no Brasil, e esse trabalho busca avançar no entendimento do comportamento estrutural dessas ligações. Foram realizados estudos analíticos, numéricos e experimentais em quatro configurações de ligação, com diafragmas externos transversais, chapa de alma, soldas, parafusos e enrijecedor. Avaliou-se a relação M-\'fi\' (momento-rotação) das ligações estudadas e os parâmetros envolvidos como resistência, rigidez e ductilidade, evidenciando-se o modo de colapso das ligações. O estudo analítico foi desenvolvido baseado nas recomendações do Eurocode 3 (2005), com a utilização do Método das Componentes. A análise numérica, através do Método dos Elementos Finitos, foi realizada por meio dos programas computacionais TRUEGRID® e ANSYS®. Os modelos numéricos consideram as características mecânicas do aço, como plastificação, encruamento e não-linearidades geométricas e de contato. As formulações do Eurocode 3 (2005), adaptadas para a determinação da resistência das ligações viga-coluna, apresentaram resultados coerentes e a análise numérica foi representativa frente aos resultados experimentais. A utilização de diafragmas externos conectados à viga apresentou boa funcionalidade, ajudando na distribuição das tensões na região da ligação, melhorando o comportamento da coluna. / The aesthetic appeal provided by the round shape is the factor that mostly determines the use of circular tubular structures. There is an increasing conception of structures formed by hollow columns and traditional beams of section I. This type of connection hasn\' t been sufficiently studied in Brazil, and this paper tries to advance the comprehension of the structural behavior of these connections. Analytical, numerical, and experimental study were performed in four connections configurations, with transverse external diaphragms, web plate, welds, bolts and stiffener. The relation M-\'fi\' (moment-rotation) of the studied connections and the parameters involved such as strength, stiffness and ductility were evaluated, evidencing the failure mode of connections. The analytical study was developed based on recommendations of Eurocode 3 (2005) using the Method of Components. The numerical analysis using the Finite Element Method was performed with the computer programs TRUEGRID® and ANSYS®. The numerical models consider the mechanical characteristics of steel, such as yielding and hardening, and also the geometric and contact nonlinearity. The formulations of Eurocode 3 (2005), adapted for determining the strength of beam-column connections, showed coherent results and the numerical analysis was representative compared to experimental results. The use of external diaphragm connected to the beam showed good functionality, helping in the distribution of stress in the region of connection, improving the behavior of the column.
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Análise de vigas de concreto armado utilizando modelos de bielas e tirantes / Analysis of reinforced concrete beams using strut and tie modelsDaniel dos Santos 13 March 2006 (has links)
O modelo de bielas e tirantes apresenta como uma de suas vantagens a generalidade, ou seja, é capaz de representar, de modo aproximado, porém realista e sistemático, grande parte dos elementos de concreto estrutural da atualidade. Além disso, permite ao engenheiro fácil visualização físico-intuitiva do comportamento do concreto estrutural. Por outro lado, o modelo ainda tem um enorme potencial não aproveitado. Ainda não se tem um critério exato para determinação dos nós e das seções transversais das bielas de alguns elementos. Apesar de haver certas incertezas no caso de vigas-parede e principalmente de blocos de fundação, nas vigas esses elementos do modelo podem ser determinados sem grandes dificuldades. Possivelmente, a solução seria variar as dimensões das bielas e as posições dos nós, ambas hipotéticas, a fim de confrontar várias situações com resultados experimentais. Daí a grande importância da difusão do modelo de bielas e tirantes: um maior número de análises de modelagens e de resultados de ensaios levará a um maior domínio sobre o modelo. Este trabalho consiste na análise de vigas de concreto armado utilizando modelos de bielas e tirantes. São apresentados os conceitos que levaram à concepção do modelo, desde a Analogia Clássica da Treliça, chegando aos critérios para verificação dos elementos da treliça e às recomendações atuais de normas e pesquisadores. Com o auxílio do programa computacional CAST (2000), foram modeladas quatro vigas, sendo as três primeiras biapoiadas sem descontinuidades e a quarta com balanço e descontinuidade geométrica (abertura na alma). A primeira viga biapoiada teve algumas de suas características iniciais alteradas a fim de gerar o segundo e o terceiro modelos, procurando-se estabelecer limites de carregamentos e análises comparativas. Os resultados das modelagens permitiram comparações com os resultados das verificações realizadas segundo os critérios da NBR 6118:2003 e do MC CEB-FIP (1990) e, permitiram também, identificar os aspectos de maior dificuldade na concepção de um modelo de bielas e tirantes e os pontos críticos dos mesmos, nos quais há maior possibilidade de falha nas verificações / One of the main advantages presented by the strut-and-tie model is generality. This model is able to approximately represent, in a realistic and systematic way, the majority of todays reinforced concrete elements. Furthermore, it allows the physics-intuitive visualization of the behavior presented by structural concrete. On the other hand, its potentials are not fully explored yet. Up to date, there is no accurate criterion for the determination of nodes and transverse sections of some strut elements. Despite presenting some uncertainties related to the determination of wall-beams (and mainly of foundation blocks), the model can determine beams without major difficulties. Probably, the key is to vary the dimensions of the struts and the positions of the nodes, both hypothetical, in order to confront various situations with experimental data. Hence, it is very important to diffuse the strut-and-tie model: the bigger the number of modeling analysis and experimental data, the better the comprehension of the model. This work aims to analyze reinforced concrete beams employing the strut-and-tie model. Here are presented the concepts that led to the development of the model, ranging from the Truss Classic Analogy to the criteria employed to verify truss elements and the recommendations from researchers and established standards (rules or norms). Four examples of beams were modeled. Three of them were double-based and the fourth presented balance and no geometric discontinuity (with an opening). Some of the characteristics of the first double-based beam were altered in order to generate the second and the third model, thus establishing loading limits and comparative analysis. The modeling allowed comparisons between the verifications performed in accordance with the NBR 6118:2003 and MC CEB-FIP criteria. It also allowed the identification of major difficulties and critical aspects related to the development of struts and ties, the ones that are most prone to failure in the verification process
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Efeito da deformação por cortante no cálculo de edifícios de andares múltiplos com núcleos estruturais / Effect of shear deformation in the analysis of multistory buildings with structural coresIvan Francisco Ruiz Torres 07 May 1999 (has links)
O principal objetivo deste trabalho é realizar a análise estrutural de edifícios de andares múltiplos que apresentam núcleos resistentes, considerando a deformação pelo esforço cortante nos mesmos, bem como nos pilares. Para atingir esse objetivo, será preciso que o comportamento à flexão dos elementos verticais de contraventamento passe a ser regido pela teoria de barras de Timoshenko e não mais pela de Euler-Bernoulli. Foram então desenvolvidos algoritmos que, utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF), permitem calcular os fatores de forma de quaisquer seções transversais abertas de paredes delgadas pertencentes a núcleos estruturais, bem como a distribuição da tensão de cisalhamento na seção transversa em função do esforço cortante atuante. As alterações acima descritas foram feitas em um programa de análise de edifícios denominado CEASO 01, de autoria de MATIAS JR (1997). Embora esse programa realize análise não-linear geométrica, a consideração da deformação por cortante só foi implementada na análise linear. Apresentam-se, ao final, exemplos numéricos que permitem avaliar a influência da deformação pelo esforço cortante sobre os deslocamentos e esforços de núcleos resistentes e pilares. / The main aim of this work is to perform structural analysis of multistory buildings with resistant cores, taking into account shear deformation in those elements, as well as in columns. To achieve this objective, the flexural behaviour of vertical elements must be governed by Timoshenko beam theory, rather than the Euler-Bernoulli theory. Procedures using the finite element method (FEM) were developped, which enable to evaluate shear correction factors of generic thin-walled open sections and shear stress distribution as a function of the shear resultant. Changes described above were made in a structural analysis program named CEASO 01, whose author is MATIAS JR (1997). Even though this program is able to perform nonlinear analysis, only in linear analysis the effect of shear deformation is taken into account. Numerical examples are provided, which enable to evaluate the influence of taking into account shear deformation on displacements and stress resultants of resistant cores and columns.
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Análise numérica, via M.E.F., do comportamento de ligações parafusadas viga-coluna com chapa de topo / Numerical analysis, by F.E.M, of bolted beam-to-column end plate connection behaviorYuri Ivan Maggi 31 March 2000 (has links)
Este trabalho apresenta uma análise numérica sobre o comportamento estrutural das ligações parafusadas viga-coluna com chapa de topo. São estudados dois métodos tradicionais de dimensionamento e são apresentados cinco sistemas de classificação propostos para as ligações. Modelos numéricos das ligações estudadas são preparados com a utilização de elementos finitos e os resultados numéricos são comparados com resultados experimentais conhecidos. São abordados aspectos relativos às propostas de dimensionamento, em comparação com os resultados numéricos e experimentais. Em particular, é discutida a rigidez das ligações, verificando-se a influência da variação da espessura da chapa de topo e diâmetro dos parafusos. Com a comparação entre resultados numéricos e experimentais, é analisada a representatividade dos modelos numéricos com relação ao comportamento das ligações estudadas. Finalmente, são apresentadas as conclusões e recomendações para futuras pesquisas / This work presents a numerical analysis on the structural behavior of bolted beam-to-column end plate connection. Two traditional design methods are studied and five proposed classification systems for connections are presented. Numerical models representing the studied connections are prepared using finite elements and numerical results are compared with existing experimental results. The design proposals are compared with numerical and experimental results. In particular, the connection rigidity is discussed by verifying the influence of variations in end plate thickness and bolt diameter. Comparing numerical and experimental results the reliability of F.E.M models is appraised. Finally, conclusions are presented with some suggestions for future researches
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Recomendaciones de diseño para una conexión de momento viga-columna usando perfiles T soldadosMuñoz Roca, Leonardo Francisco January 2012 (has links)
Ingeniero Civil / El presente trabajo es de carácter analítico y tiene como objetivo entregar recomendaciones de diseño para una conexión de momento viga-columna que usa perfiles T soldados, como parte del proyecto Fondecyt de Iniciación en Investigación 11090196.
Para lograr este propósito se realiza un modelo 3D de elementos finitos sometido a desplazamientos controlados, realizado en Ansys 14, el cual entrega las deformaciones y tensiones en las zonas de interés del perfil T soldado.
Se modelan diez configuraciones geométricas diferentes, con la idea de reproducir los modos de falla predichos por FEMA 350. Se compara los valores del modelo 3D con las ecuaciones vistas en FEMA 350 y con ensayos cíclicos realizados en paralelo en el marco de una tesis de magíster en ingeniería sísmica de la Facultad.
En adición a los diez modelos, se replica la geometría de un ensayo monotónico realizado en la Facultad, entregando valores y modo de falla similares.
Los modelos realizados en Ansys 14, representan adecuadamente el valor último de los modos de falla asociados al alma, no así los que tienen que ver con los pernos a tracción. Los valores entregados por FEMA 350 subestiman la capacidad de los perfiles sometidos a cargas cíclicas que fallan por fractura de pernos a tracción.
En ningún modelo se observa fallas en las soldaduras, y los pernos a corte del alma se encuentran dentro de los rangos esperados de tensiones.
Como recomendaciones de diseño se tiene que la T debe tener relaciones de espesor entre ala y alma bajas, esto permite que el ala trabaje y disipe energía, permita grandes rotaciones y así hacer trabajar al perfil completo.
Finalmente, se recomienda refinar el modelo por el lado de las leyes constitutivas de los materiales y el protocolo de carga utilizado.
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Estudo experimental de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado parcialmente resistente a momento fletor / Experimental study of a partial moment resistant beam-to-column connection in precast concreteBaldissera, Alice 25 May 2006 (has links)
Neste trabalho estudou-se o comportamento de uma ligação viga-pilar de estrutura pré-moldada parcialmente resistente a momento fletor quando submetida a momentos negativos e positivos. A ligação estudada é composta por dois chumbadores inclinados presos à viga através de chapa metálica, porcas e arruelas e uma capa de concreto com armadura longitudinal passando por dentro do pilar. No programa experimental foram elaborados dois modelos submetidos a carregamentos alternados, em ciclos e de curta duração. Em seguida foi desenvolvido um modelo analítico para cálculo dos momentos resistentes e feita uma simulação numérica para avaliar a influência da semi-rigidez da ligação em estruturas típicas de concreto pré-moldado. Os resultados experimentais indicaram que a ligação apresenta uma boa capacidade de transmissão a momento fletor negativo e a momento fletor positivo com um comportamento bastante dúctil. Sem a necessidade de grandes alterações de custos e de execução, a ligação proposta promoveu uma redução significativa dos momentos na base dos pilares (aproximadamente 50%) quando comparada à ligação articulada. Quando comparada à ligação similar, porém com os chumbadores retilíneos, há um aumento superior a 2,5 vezes no momento de plastificação e de 3 vezes na rigidez no sentido do momento fletor positivo / In this research the behavior of a partial moment resistant beam-to-column connection in precast concrete subjected to negative and positive moments was studied. This connection has two inclined dowels fixed to the beam with steel plate, washer and nut and a concrete cap with longitudinal reinforced bars passing trough the column. In the experimental program two prototypes was made and subjected to an alternative cyclic e short duration load. Afterwards it was develop an analytical model and a numerical simulation to analyze the influence of the semi-rigid connection in a typical precast structure. The experimental results shown that the connection has a good capacity of transmitte the bending moments and has a ductile behave. Without any significative difference of cost and manufacture, the connection studied promoted a reduction on the column base bending moment (approximately 50%) when compared to pinned connection. When compared to similar structures but with a vertical dowel, the connection presents strength over 2.5 times and over 3 times the stiffens for positive bending moments
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Estudo experimental de uma ligação viga-pilar de concreto pré-moldado parcialmente resistente a momento fletor / Experimental study of a partial moment resistant beam-to-column connection in precast concreteAlice Baldissera 25 May 2006 (has links)
Neste trabalho estudou-se o comportamento de uma ligação viga-pilar de estrutura pré-moldada parcialmente resistente a momento fletor quando submetida a momentos negativos e positivos. A ligação estudada é composta por dois chumbadores inclinados presos à viga através de chapa metálica, porcas e arruelas e uma capa de concreto com armadura longitudinal passando por dentro do pilar. No programa experimental foram elaborados dois modelos submetidos a carregamentos alternados, em ciclos e de curta duração. Em seguida foi desenvolvido um modelo analítico para cálculo dos momentos resistentes e feita uma simulação numérica para avaliar a influência da semi-rigidez da ligação em estruturas típicas de concreto pré-moldado. Os resultados experimentais indicaram que a ligação apresenta uma boa capacidade de transmissão a momento fletor negativo e a momento fletor positivo com um comportamento bastante dúctil. Sem a necessidade de grandes alterações de custos e de execução, a ligação proposta promoveu uma redução significativa dos momentos na base dos pilares (aproximadamente 50%) quando comparada à ligação articulada. Quando comparada à ligação similar, porém com os chumbadores retilíneos, há um aumento superior a 2,5 vezes no momento de plastificação e de 3 vezes na rigidez no sentido do momento fletor positivo / In this research the behavior of a partial moment resistant beam-to-column connection in precast concrete subjected to negative and positive moments was studied. This connection has two inclined dowels fixed to the beam with steel plate, washer and nut and a concrete cap with longitudinal reinforced bars passing trough the column. In the experimental program two prototypes was made and subjected to an alternative cyclic e short duration load. Afterwards it was develop an analytical model and a numerical simulation to analyze the influence of the semi-rigid connection in a typical precast structure. The experimental results shown that the connection has a good capacity of transmitte the bending moments and has a ductile behave. Without any significative difference of cost and manufacture, the connection studied promoted a reduction on the column base bending moment (approximately 50%) when compared to pinned connection. When compared to similar structures but with a vertical dowel, the connection presents strength over 2.5 times and over 3 times the stiffens for positive bending moments
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[pt] DUCTILIDADE E REDISTRIBUIÇÃO DE MOMENTOS EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO COM BARRAS DE GFRP / [en] DUCTILITY AND MOMENT REDISTRIBUTION IN GFRP REINFORCED CONCRETE BEAMSVITOR DE MATTOS CARVALHO 16 December 2021 (has links)
[pt] A utilização de barras de polímero reforçado com fibra contínua (Fiber
reinforced polymer, ou FRP) como reforço no concreto armado vem
ganhando relevância no mercado devido às suas propriedades não
corrosivas, alta resistência, durabilidade e transparência eletromagnética.
Por outro lado, o comportamento frágil e o baixo módulo de elasticidade
das barras de FRP limita sua aplicação e difusão no mercado da construção
civil. Sob esta perspectiva, este trabalho avalia, em uma primeira etapa, o
incremento de ductilidade em vigas de concreto armado com barras de
GFRP (Glass fiber reinforced polymer) por meio da adição de fibras
dispersas de vidro AR (álcali resistente) à matriz cimentícia e/ou pelo
confinamento do concreto nas regiões críticas com o uso de estribos de
GFRP. Para tal, são reportados e discutidos os resultados de ensaios
realizados em oito vigas isostáticas sob flexão de quatro pontos, sendo
quatro superarmadas e quatro são subarmadas. Em geral, as estratégias
adotadas se mostraram bem-sucedidas apenas para as vigas
superarmadas, que passaram a apresentar falhas caracterizadas por
formação de cunha de compressão e grandes deslocamentos até a ruptura.
Para avaliação da ductilidade, foram adotados dois métodos distintos: um
baseado em energia (índice de ductilidade, (micro)E) e outro baseado em
deformação (fator de performance, (micro)M). Para as vigas subarmadas, o fator
de performance por meio da curvatura e o fator de performance por meio
da deflexão representaram maiores incrementos de ductilidade para a viga
com adição de fibras dispersas devido ao efeito do enrijecimento à tração,
enquanto o índice de ductilidade não se mostrou uma boa alternativa para
estas vigas. Para as vigas superarmadas, o fator de performance por meio
da curvatura e o índice de ductilidade representaram maiores incrementos
de ductilidade para as vigas com confinamento, enquanto no fator de
performance por meio da deflexão, o incremento de ductilidade foi mais
significativo para as vigas com adição de fibras. Em uma segunda etapa, é
avaliada a capacidade de redistribuição de momentos fletores em três vigas
hiperestáticas de dois vãos reforçadas com barras de GFRP contendo
maior taxa de armadura inferior, bem como configurações distintas de
armadura transversal e uso de fibras. Foi possível observar um aumento
do momento nos centros dos vãos de 30 por cento e uma redução no momento no
apoio central superior a 60 por cento, quando comparados aos momentos elásticos,
que confirmam a influência da configuração da armadura na distribuição de
esforços. / [en] The use of continuous fiber reinforced polymer (FRP) bars as an internal
reinforcement for concrete has gained attention due to its non-corrosive
properties, high resistance, requiring electromagnetic transparency. On the
other hand, the brittle behavior and low modulus of elasticity of FRP bars
limit their application and diffusion in the civil construction market. From this
perspective, this work evaluates, firstly, the increase of ductility in GFRP
(glass-fiber reinforced polymer) reinforced concrete beams by adding
dispersed alkali-resistant (AR) glass fibers to the cementitious matrix and/or
by confinement of the concrete in critical regions with the use of GFRP
stirrups. To accomplish this task, the results of tests performed on eight
statically determinate beams under four-point bending are reported and
discussed, four of which are under-reinforced and four are over-reinforced.
In general, the strategies adopted were successful only for the overreinforced
beams, whose failures were characterized by the formation of a
compression wedge and large displacements before rupture. For ductility
evaluation, two distinct methods were adopted: one based on energy
(ductility index, (micro)E) and another based on deformation (performance factor, (micro)M). For under-reinforced beams, the performance factor through curvature
and the performance factor through deflection led to greater ductility
increments for the beam with the addition of dispersed fibers due to the
tensile stiffening effect, while the ductility index did not lead to good results.
For the over-reinforced beams, the performance factor through curvature
and the ductility index were able to describe the greater ductility increments
for the confined beams, while the performance factor through deflection
resulted in a greater ductility increment for the beams with discrete fiber
addition. In a second step, the capacity of redistribution of moments in three
statically indeterminate GFRP reinforced concrete beams with two spans
and with a higher lower reinforcement ratio was evaluated for two different
configurations of transverse reinforcement and for the use of fibers. It was
possible to observe an increase in the positive moment of 30 percent (center of
span) and a reduction in the negative moment (central support) greater than
60 percent, when compared to the elastic moments, confirming the influence of
the reinforcement configuration on the distribution of internal forces.
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[en] INFLUENCE OF THE CONCRETE STRENGTH ON THE BEHAVIOR OF PRESTRESSED BEAMS WITH EXTERNAL ARAMID TENDONS / [es] INFLUENCIA DE LA RESISTENCIA DEL CONCRETO SOBRE LA RESISTENCIA DE VIGAS PROTENDIDAS CON CABLES SINTÉTICOS EXTERNOS / [pt] INFLUÊNCIA DA RESISTÊNCIA DO CONCRETO SOBRE A RESISTÊNCIA DE VIGAS PROTENDIDAS COM CABOS SINTÉTICOS EXTERNOSSIDICLEI FORMAGINI 20 February 2001 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta uma análise experimental de cinco
vigas de concreto, simplesmente apoiadas, protendidas com
cabos sintéticos externos, com o objetivo de estudar a
influência da resistência do concreto na variação da força
nos cabos de protensão e na resistência à flexão das vigas.
A protensão das vigas foi feita com cabos sintéticos
conhecidos como Parafil, com resistência a tração de
1950MPa e módulo de elasticidade de 126000MPa. A única
variável considerada foi a resistência do concreto, cujo
valores foram 36, 57, 73, 74 e 104MPa. O concreto das vigas
com resistência de 57, 73, 74 e 104MPa foram feitos com o
uso da microssílica e aditivo superplastificante, com
exceção da viga com resistência de 36MPa que foi feita com
concreto comum.
Os resultados mostraram que a influência da resistência do
concreto sobre a resistência à flexão das vigas não é tão
grande. Para o aumento de 189% na resistência do concreto,
houve um aumento na variação da força no cabo de apenas
13.6% e um aumento de 33% no momento de ruptura.
Na comparação dos resultados experimentais com os
resultados das principais normas e modelos propostos
verificou-se que todos fornecem bons resultados e
subestimam os valores experimentais. Na comparação dos
resultados experimentais com o modelo de Campos (1993)
observou-se que os valores da variação na força no cabo
superestimam os valores experimentais. / [en] An experimental investigation on five concrete beams
prestressed with external
aramid tendons was carried out for the purpose of studying
the influence of concrete on
the flexural behaviour at service and ultimate loads. The
beams were prestressed with
Type G Parafil tendons, which are made of Kevlar 49 fibres.
The strength and elastic
modulus of the cables are 1950 MPa and 12600 MPa
respectively.
The main variable considered in the testes was the strength
of the concrete with
values of 36, 57, 73, 74 and 104 MPa. The results show that
for an increase of 189% in
the strength of the concrete, an increase of only 33% in
the ultimate moment is
observed. Experimental results were compared with results
predicted by some Codes of
Practice. This comparison shows that the theoretical models
give good results. / [es] Este trabajo presenta un análisis experimental de cinco vigas de concreto, simplemente apoyadas, protendidas
con cables sintéticos externos, con el objetivo de estudiar la influencia de la resistencia del concreto en la
variación de la fuerza de los cables de protensión y en la resistencia a la flexión de las vigas. La protensión de las
vigas fue hecha con cables sintéticos conocidos como Parafil, con resistenciaa la tracción de 1950MPa y módulo
de elasticidad de 126000MPa. La única variable considerada fue la resistencia del concreto, cuyos valores fueron
36, 57, 73, 74 y 104MPa. El concreto de las vigas con resistencia de 57, 73, 74 y 104MPa fueron construidos con
el uso de la microsílica y aditivo superplastificante, con excepción de la viga con resistencia de 36MPa que fue
construida con concreto común. Los resultados mostraron que la influencia de la resistencia del concreto sobre la
resistencia a la flexión de las vigas no es grande. Para el aumento de 189% en la resistencia del concreto, se
produjo un aumento en la variación de la fuerza en el cable de apenas 13.6% y un aumento de 33% en el
momento de ruptura. Comparando los resultados experimentales con los resultados de las principales normas y
modelos propuestos se verificó que todos ofrecen buenos resultados y subestiman los valores experimentales.
Comparando los resultados experimentales con el modelo de Campos (1993) se observó que los valores de la
variación en la fuerza en el cable superestiman los valores experimentales.
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Geração de energia através da vibração estrutural de dispositivos piezelétricos não lineares / Piezoelectric energy harvesting from nonlinear structural vibration signalsMineto, Andreza Tangerino 01 August 2013 (has links)
A conversão de energia vibracional do ambiente em energia elétrica através de dispositivos piezelétricos tem recebido crescente atenção na última década. Com intuito de melhorar o desempenho destes tipos de dispositivo, são discutidos os benefícios da introdução de não linearidades nestes sistemas. O dispositivo utilizado é uma viga cantilever tipo bimorph, parcialmente recoberta por material piezelétrico, com massas magnéticas concentradas na extremidade livre da viga que geram forças magnéticas não lineares. Nesse dispositivo, além da não linearidade proveniente dos magnetos, considera-se também a não linearidade inerente ao material piezelétrico. A solução das equações eletromecânicas acopladas, que descreve o movimento do conversor piezelétrico de energia, é encontrada numericamente resolvendo-se um conjunto de equações diferenciais ordinárias com condições iniciais dadas. A resposta em frequência do sistema é aproximada pelo método perturbativo das múltiplas escalas. A potência elétrica gerada é analisada variando-se alguns parâmetros, como intensidade da força de excitação, distância entre os magnetos da extremidade livre da viga e resistor de carga. A estabilidade do sistema também é investigada através de uma análise dinâmica, de onde se conclui a influência da distância entre os magnetos juntamente com a intensidade da força de excitação nesta estabilidade. Estes parâmetros também influenciam na faixa de frequência de operação do dispositivo. É observado que os efeitos não lineares presentes no dispositivo fazem com que este opere em uma ampla faixa de frequência. É realizado o estudo de incertezas em alguns parâmetros do conversor de energia piezelétrico, através de simulações de Monte Carlo, concluindo a influência destes na frequência natural e na potência elétrica gerada pelo dispositivo. Através de ensaios experimentais confirmam-se os benefícios da introdução de não linearidades nos geradores de energia piezelétricos. / Piezoelectric energy harvesting has received great attention over the last years. The main goal of this work is to discuss the potential advantages of introducing nonlinearities in the dynamics of a beam type piezoelectric vibration energy harvester. The device is essentially a cantilever beam partially covered by piezoelectric material with a magnet tip mass. Also, we consider the nonlinear constitutive piezoelectric equations. The electromechanically coupled equations are solved numerically, through the initial value problems for ordinary differential equations. The frequency response of the system is approximated using the method of multiple scales. The electrical power output is calculated by varying the amplitude of the base acceleration, the distance between the magnets and the load resistor. The stability of the system is also investigated. Stochastic variations are introduced in some key parameters and the propagation of these uncertainties is investigated through Monte Carlos simulations. From the numerical results it is found that the influence of the parameters investigated in the frequency range of operation of the device and the nonlinear effects present on the device energy harvester extend the useful frequency range of these. Moreover uncertainty parameters affect the natural frequency and the power output harvester. Through experimental tests it has been confirmed the benefits of introducing nonlinearities in piezoelectric energy harvesters.
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