Este trabalho é uma contribuição ao estudo da ancoragem de barras de aço da armadura longitudinal em ligações de elementos fletidos de concreto armado em edifícios usuais. São investigadas importantes pesquisas que mostram os avanços em relação ao entendimento do tema nas últimas décadas. É proposto um método de aferição dos modelos constitutivos dos materiais, concreto e aço, no programa de elementos finitos ADINA para verificações de projeto seguindo recomendações da NBR 6118:2003 e MC CEB-FIP 1990. São realizadas análises numéricas de modelos bidimensionais em ligações viga-pilar de extremidade os quais são comparados a modelos experimentais e retirados de projetos já existentes. Os parâmetros de análise são o momento de fissuração e a força de tração a ancorar na seção mais solicitada da viga, conferidos com valores calculados por métodos analíticos e/ou expressões normativas, as tensões e deformações máximas em pontos ao longo do trecho ancorado das armaduras de longitudinais da viga e a influência da força normal. Os resultados revelam que as simplificações e hipóteses assumidas para a concepção dos modelos numéricos são consistentes / This work contributes to the study of anchorage of longitudinal reinforcement steel bars in connections of flexural elements in reinforced concrete buildings. Some important researches are investigated showing the advances of the subject in the last decades. An evaluation method of material’s constitutive models, steel and concrete, using the Finite Element Analysis in the software ADINA is proposed, to project verifications according to NBR 6118:2003 and MC CEB-FIP 1990 recommendations. Comparisons between numerical analysis by using a two-dimensional model of exterior beam-column connections and experimental analysis and using existing projects are made. The analysis parameters are the cracking moment and the anchored steel bar tension force in the most requested beam section, compared to the values calculated by analytical methods and/or design expressions, the maximum stresses and strains in points along to anchored steel bar of the beam longitudinal reinforcement and the influence of the normal force. The results show that the assumed simplifications and hypothesis for the numerical model conception are consistent

Uma ligação em estruturas de aço é denominada mista quando considera-se a contribuição da laje no seu comportamento. Assim, além do detalhe da ligação em aço, outros parâmetros interferem no comportamento da ligação mista, como a taxa de armadura e o nível de interação entre a laje e a viga de aço. Os métodos de cálculo de ligações mistas derivam do Método dos Componentes proposto pelo Eurocode 3 para cálculo de ligações em aço. Apresenta-se uma adaptação de um destes métodos para cálculo de ligações mistas que representam a realidade brasileira em termos de perfis e detalhes de ligação. Foi elaborado um programa experimental de caráter exploratório envolvendo ligações mistas com chapa de topo estendida. Foram ensaiados modelos simulando pilares internos e pilares de canto. Um modelo numérico foi desenvolvido utilizando o programa Ansys, que permite a análise destas ligações de maneira simples e satisfatória. Os resultados experimentais foram confrontados com os resultados da análise numérica e com os valores obtidos a partir do modelo analítico. / A composite joint is a joint between a composite beam and a steel or composite column in which reinforced concrete slab is take into account. The moment-rotation relationship of composite joints depends on a significant number of parameters besides the type and configuration of the steel connection, as for example: the amount of steel reinforcement of the slab and the degree of interaction between the slab and the steel beam section. Based on the Eurocode 3 method for bare steel connection (Components Method), some methods have been developed for prediction the moment capacities of composite connections. I this work, an adaptation of one of these methods has been developed in which steel sections and connections details common in Brazil are considered. A short experimental program was planed in order to understand the composite behaviour of extended end-plate composite beam-column connection. The test specimens were configured as cruciform type and cantilever type. Finally, a Finite Element model was built in Ansys software. The numerical modeling was found to have good approach with experimental results. Some analyses are done involving experimental, numerical and analytical results.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma técnica de incremento da resistência e da rigidez à flexão de ligações de elementos de concreto pré-moldado, com aplicação de laminados de polímero reforçado com fibra de carbono (PRFC). O procedimento adotado consiste na colagem dos laminados de PRFC em entalhes no concreto de cobrimento, de acordo com a técnica conhecida como \"near-surface mounted\" (NSM), de modo a incorporar à ligação novos elementos resistentes à tração. Para solidarizar a ligação e possibilitar a transferência de esforços de compressão entre os elementos de concreto existentes, preenchem-se os espaços vazios (grauteamento) com argamassa fluida à base de cimento Portland. Foram desenvolvidos modelos em escala reduzida, com o intuito de representar os mecanismos resistentes de uma ligação viga-pilar composta por encaixe de dente Gerber e consolo, com uso de chumbador, almofada de apoio e graute. Esse tipo de ligação é muito utilizado na construção de galpões e tem, na sua concepção original, comportamento essencialmente de articulação. Em uma etapa preliminar, realizaram-se ensaios para a caracterização da aderência segundo a configuração de reforço proposta. Os resultados dessa análise subsidiaram a fixação do comprimento de laminado a ancorar e a escolha do tipo de resina a empregar para colagem do reforço. Os modelos representativos da técnica de reforço proposta foram preparados, cada um deles, pela montagem de um elemento de pilar-consolo com elementos de viga nos respectivos chumbadores e almofadas. Foram também preparados modelos de referência para o estudo da influência da almofada de apoio e do grauteamento no comportamento resistente e da deformabilidade da ligação. Nesses modelos, as juntas eram perfeitamente conjugadas, isto é, os trechos de viga foram concretados com um elemento pré-moldado de pilar-consolo posicionado dentro da fôrma, sem disposição de almofadas. Todos os modelos de ligação foram reforçados e submetidos a ensaios estáticos. Esses ensaios consistiram na aplicação de carregamento cíclico alternado de curta duração, solicitando-se os modelos a momento fletor positivo ou negativo. Este trabalho também apresenta procedimento executivo de ensaios dinâmicos para avaliação da rigidez dos modelos de ligação em três condições: modelo íntegro reforçado, modelo reforçado fissurado (após aplicação de carregamento de aproximadamente 30% do carregamento de ruptura da ligação, em ensaio estático) e modelo reforçado rompido. Com o reforço, a ligação apresentou comportamento semi-rígido e adquiriu resistência à flexão compatível à de estrutura monolítica armada com barras de PRF. / This work presents the development of a technique for flexural strengthening and stiffness increasing of precast beam-to-column connections by the embedding of FRP strips into grooves made on the concrete cover. According to this technique, the tension in the connection is transferred by the Near-Surface Mounted (NSM) FRP strips. To allow the transference of compression efforts among the concrete elements, the empty spaces are filled out with grout. Small-scale specimens were developed to represent the resistant mechanisms of pined beam-to-column connection composed by elastomeric cushion and dowels. Preliminary experimental tests on bond behavior of NSM strips were carried out. The results analysis conducted the decision about the adhesive type and bond length to be employed in the beam-to-column connection specimens. Each specimen was made of the assembly of a column section connected to beam sections through their respective dowels and cushions. The connection specimens were reinforced by embedding CFRP strips in the lateral concrete cover and filling out the spaces between beams and column. In addition, control specimens were prepared to study the influence of the cushion and grout in the connection performance. In those models, the joints were conjugated perfectly, which means that the beam sections were laid inside the wooden forms and cast together with a precast column section with no cushions between them. Experimental static and dynamic tests were done. The tests results show that strengthened connection exhibits semi-rigid behavior and acquires flexural strength compatible to monolithic structure reinforced with FRP bars.

Nesta pesquisa estudou-se o comportamento de uma ligação viga-pilar em concreto pré-moldado utilizando perfis metálicos embutidos nos elementos estruturais. O modelo da ligação estudada permite a transmissão de momentos fletores positivo e negativo. Para a continuidade de momento fletor negativo, utilizam-se um consolo metálico com seção \"U\" embutido no pilar e dentes metálicos com seção tubular retangular embutidos nas vigas, soldados. Para a continuidade de momento positivo, utilizam-se cantoneiras metálicas embutidas no pilar que são soldadas à armadura positiva da viga. O estudo consistiu em análise experimental de um modelo cruciforme em duas etapas. Na primeira etapa o modelo foi solicitado a carregamentos cíclicos reversíveis por meio de um atuador servo hidráulico acoplado sobre o topo do pilar. Na segunda etapa, o modelo foi solicitado a carregamento estático monotônico por meio de macacos hidráulicos dispostos sob o pilar para causar a ruptura com momento negativo. O modelo apresentou uma considerável facilidade de montagem, já que na fase transitória a ligação é articulada e o consolo do pilar em perfil \"U\" permite a estabilidade lateral da viga. O consolo metálico embutido no pilar escoou muito antes de atingir a capacidade resistente dos outros componentes da ligação, pois na seção da ligação junto à face do pilar, apenas o consolo resiste à flexão. / In this research the behavior of a beam-column connection in precast concrete system using welded steel shapes built-in structural elements was studied. The model of the studied connection allows transmission of positive and negative moments. For the continuity of negative moment, is used a steel \"U\" shaped corbel inserted in the column welded with tubular section steel hangers inserted in each beam. For the continuity of positive moment, use is made of metal embedded in abutment ledges that are welded to the positive reinforcement of the beam. The study consisted on experimental analysis of a cross-shaped specimen in two steps. In the first step was applied to the specimen a cyclic load using hydraulic actuator coupled to the column head. In the second step was applied in the specimen a static load using hydraulic jack positioned under the column to cause rupture with negative moment. The connection model showed a considerably easy assembly, as in the transitional phase the connection is articulated and the steel \"U\" shaped corbel of the column allows the lateral stability of the beam. The rupture occurred by yielding of the steel U shaped corbel in the section near the column. The steel corbel inserted in the column yielded before reaches the resistant capacity of other components of the connection, because of the section in the connection close of the column, only steel corbel resists the negative moment.

Uma ligação em estruturas de aço é denominada mista quando considera-se a contribuição da laje no seu comportamento. Assim, além do detalhe da ligação em aço, outros parâmetros interferem no comportamento da ligação mista, como a taxa de armadura e o nível de interação entre a laje e a viga de aço. Os métodos de cálculo de ligações mistas derivam do Método dos Componentes proposto pelo Eurocode 3 para cálculo de ligações em aço. Apresenta-se uma adaptação de um destes métodos para cálculo de ligações mistas que representam a realidade brasileira em termos de perfis e detalhes de ligação. Foi elaborado um programa experimental de caráter exploratório envolvendo ligações mistas com chapa de topo estendida. Foram ensaiados modelos simulando pilares internos e pilares de canto. Um modelo numérico foi desenvolvido utilizando o programa Ansys, que permite a análise destas ligações de maneira simples e satisfatória. Os resultados experimentais foram confrontados com os resultados da análise numérica e com os valores obtidos a partir do modelo analítico. / A composite joint is a joint between a composite beam and a steel or composite column in which reinforced concrete slab is take into account. The moment-rotation relationship of composite joints depends on a significant number of parameters besides the type and configuration of the steel connection, as for example: the amount of steel reinforcement of the slab and the degree of interaction between the slab and the steel beam section. Based on the Eurocode 3 method for bare steel connection (Components Method), some methods have been developed for prediction the moment capacities of composite connections. I this work, an adaptation of one of these methods has been developed in which steel sections and connections details common in Brazil are considered. A short experimental program was planed in order to understand the composite behaviour of extended end-plate composite beam-column connection. The test specimens were configured as cruciform type and cantilever type. Finally, a Finite Element model was built in Ansys software. The numerical modeling was found to have good approach with experimental results. Some analyses are done involving experimental, numerical and analytical results.

Este trabalho é uma contribuição ao estudo da ancoragem de barras de aço da armadura longitudinal em ligações de elementos fletidos de concreto armado em edifícios usuais. São investigadas importantes pesquisas que mostram os avanços em relação ao entendimento do tema nas últimas décadas. É proposto um método de aferição dos modelos constitutivos dos materiais, concreto e aço, no programa de elementos finitos ADINA para verificações de projeto seguindo recomendações da NBR 6118:2003 e MC CEB-FIP 1990. São realizadas análises numéricas de modelos bidimensionais em ligações viga-pilar de extremidade os quais são comparados a modelos experimentais e retirados de projetos já existentes. Os parâmetros de análise são o momento de fissuração e a força de tração a ancorar na seção mais solicitada da viga, conferidos com valores calculados por métodos analíticos e/ou expressões normativas, as tensões e deformações máximas em pontos ao longo do trecho ancorado das armaduras de longitudinais da viga e a influência da força normal. Os resultados revelam que as simplificações e hipóteses assumidas para a concepção dos modelos numéricos são consistentes / This work contributes to the study of anchorage of longitudinal reinforcement steel bars in connections of flexural elements in reinforced concrete buildings. Some important researches are investigated showing the advances of the subject in the last decades. An evaluation method of material’s constitutive models, steel and concrete, using the Finite Element Analysis in the software ADINA is proposed, to project verifications according to NBR 6118:2003 and MC CEB-FIP 1990 recommendations. Comparisons between numerical analysis by using a two-dimensional model of exterior beam-column connections and experimental analysis and using existing projects are made. The analysis parameters are the cracking moment and the anchored steel bar tension force in the most requested beam section, compared to the values calculated by analytical methods and/or design expressions, the maximum stresses and strains in points along to anchored steel bar of the beam longitudinal reinforcement and the influence of the normal force. The results show that the assumed simplifications and hypothesis for the numerical model conception are consistent

Neste trabalho, ligações entre vigas pré-moldadas de concreto e pilares mistos preenchidos foram propostas com a finalidade de transferir momento de flexão e força cortante das vigas para os pilares mobilizando os núcleos de concreto. Foi realizado um estudo numérico-experimental das ligações onde foi avaliada a viabilidade e a eficiência destas na transferência dos esforços. Em uma primeira fase, modelos compostos por pilar misto e consolo metálico (modelos 1 e 2) foram confeccionados, testados experimentalmente e modelados numericamente (método dos elementos finitos) para avaliar a eficiência do consolo na transferência da força cortante. Observou-se que a transferência da força cortante do consolo para o tubo metálico foi eficaz. O consolo se comportou de maneira previsível e suportou cargas elevadas. O uso de conectores de cisalhamento internos aos pilares aumentou a capacidade de carga e o desempenho dos mesmos. Na etapa seguinte da pesquisa foram confeccionados dois modelos, compostos por: pilar, viga pré-moldada, laje e consolo formando pórticos. Em um destes modelos (modelo 4) uma caixa metálica foi incorporada à viga pré-moldada e parafusado ao consolo metálico com a finalidade de transferir os momentos positivos, enquanto que outro modelo foi confeccionado e estudado sem este elemento (modelo 3). Nestes modelos foi avaliada a capacidade de transferência do momento de flexão (positivo e negativo) e forças cortantes com a ligação submetida a ciclos de carga. No modelo 3, a ligação transferiu de forma eficiente o momento negativo, porém o desempenho para o momento positivo não foi satisfatório, com baixa resistência e rigidez ao longo dos ciclos de carga. No modelo 4 foi observado considerável aumento da resistência e rigidez se comparado com o modelo anterior. Entretanto, a caixa metálica incorporada à viga pré-moldada não foi capaz de fazer com que a ligação resistisse aos momentos positivos como a mesma eficiência que resistiu aos negativos e houve degradação de suas características estruturais ao longo dos ciclos de carga. / In this work, connections of precast concrete beam to concrete-filled steel tube column were proposed to transfer the bending moment and shear forces from the beam to the composite column, mobilizing the concrete core. Was performed a numerical and experimental study of the proposed connections to evaluate the feasibility and effectiveness of them in the transfer of bending and shear forces from the beam to the column. In a first stage, models composed by column and steel corbel (models 1 e 2) were numerically and experimentally tested aiming the efficiency of the connection in shear transfer. It was observed that the transfer of shear to the steel tube was guaranteed. The corbel behaved in a predictable way and supported high loads. The use of shear connectors in the column increased the load capacity and improved the connection performance. In next stage of the research work, two models were prepared, composed by: column, precast concrete beam, steel corbel and slabs constituting frames. In one of these models (model 4) a steel box was incorporated into the precast beam and bolted to the steel corbel in order to transfer the positive moments, whereas another model was built and studied without this device (model 3). In this models were evaluated the efficiency in the transfer of bending moments (positive and negative) and shear forces with the models subjected to a cyclic loads. In the model 3, the connection transferred efficiently the negative bending, but the performance for the positive bending was not satisfactory, with reduced strength and stiffness over the load cycles. In model 4 was observed considerable increase in strength and stiffness compared with the previous model. However, the device incorporated in the precast beam was unable to make the connection resist to the positive moments with the same efficiency observed when subjected to the negative moments and a degradation of their structural characteristics was observed during the loading cycles.

Trabalho de investigação desenvolvido na Universidade de Tecnologia e Economia de Budapeste / Tese de mestrado. Mestrado Integrado em Engenharia Civil - Especialização em Estruturas. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

[pt] As lâminas de bambu foram criadas para padronização da matéria prima de modo a aumentar sua resistência, controlar sua forma e desenvolver elementos estruturais sustentáveis e inovadores. O bambu é um material gradualmente funcional (FGM) devido a sua progressiva distribuição de fibras por toda a espessura de sua parede. Esta pesquisa apresenta os resultados de uma série de investigaçóes experimentais em que o colmo de bambu (Dendrocalamus giganteus) foi dividido em 6 segmentos de análise. Três divisões ao longo do seu comprimento, em sua porção baixa, média e alta, e, em seguida, duas divisões de sua espessura, interior e exterior. Na primeira série, os espécimes de cada segmento foram testados separadamente para estabelecer o seu módulo de elasticidade à tração Et. Seis tipos de vigas de bambu uniaxial-laminados, de 2,5 cm de largura, altura 5 centímetros e 50 cm de comprimento, foram montadas com camadas de cada segmento específico do colmo do bambu, utilizando resina adesiva de mamona. Quatro ensaios de flexão pontual foram realizados em amostras de viga para estabelecer o módulo de elasticidade em flexão, Eb. Os valores experimentais de ambos os grupos de amostra foram comparados com os valores teóricos, aplicando a teoria da mecânica dos sólidos. Os resultados forneceram informações para melhorar o arranjo dos segmentos das vigas de lâminas de bambu sujeitas a cargas de flexão. Baseado nos resultados, também é possível introduzir valores equivalentes para análises das propriedades mecânicas das vigas usando a teoria da mecânica de sólidos. / [en] Laminated bamboo was created to standardize the raw material in order to increase its strength, control its shape and develop sustainable and innovative structural elements. Bamboo is a Functionally Graded Material (FGM) due to the progressive distribution of the fibers across its wall thickness. This research presents the results of an experimental investigation series in which bamboo culm, of Dendrocalamus giganteus, was divided into 6 segments of analysis. Three divisions along its length, bottom, middle and top, and then two divisions across its wall thickness, inner and outer. In the first series, the specimens of each segment were tested separately to establish their tensile modulus of elasticity Et. Six types of bamboo uniaxial-laminated beam specimens of 2.5 cm width, 5cm height and 50 cm length were assembled with layers from each particular segment of bamboo culm, using resin of mamona adhesive. Four point bending tests were conducted on beam specimens to establish the bending modulus of elasticity Eb. Experimental values of both specimen groups were compared to those of theoretical values, applying solid mechanics theory. The results provide information to improve the segment arrangement of bamboo-laminated beams upon subjection to bending loads. Based on the results, it is also possible to introduce equivalent values for the analysis of the mechanical properties of the beams, using solid mechanics theory.

Orientador: Prof. Dr. André Fenili / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2015. / No presente trabalho, é investigado o modelo matemático de uma viga não linear com seção retangular em rotação. Foi considerado, no modelo, curvatura linear e condições de contorno de viga livre-engastada. Para simulação, considera-se ainda ângulo de ataque constante e as não linearidades resultantes do acoplamento entre a velocidade angular do eixo de rotação e vibração transversal da viga. As forças externas de arrasto e sustentação ao longo do comprimento da viga foram modeladas utilizando teoria de faixas. Estas forças são funções não lineares da velocidade transversal da viga e da velocidade angular do eixo de rotação. As equações de governo para a viga foram discretizadas no espaço utilizando-se o método das diferenças finitas. Isso resulta em uma sistema de equações diferenciais para os valores nodais da discretização espacial da viga. Esse conjunto de equações diferenciais é integrado numericamente no domínio do tempo utilizando-se um método de Runge-Kutta de quarta ordem. / In this work, we investigate the mathematical model of a nonlinear beam with rectangular cross section in rotation. It was considered, in the model, linear curvature and boundary conditions of clamped-free. To simulation, still considered constant attack angle and the nonlinearities resulting from the coupling between the angular velocity of the rotation axis and transverse vibration of the beam. The external drag and lift forces along the length of the beam were modeled as turbulent drag and potential generated by the lift force. These forces are dependent on the speed of nonlinear excitations acting on the beam. The solution in space wasobtained from the finite difference method using 5 points, and the solution in the time from the Runge- Kutta method of 4th order.