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[en] INTERACTIVE GRAPHIC TOOL FOR THE DESIGN OF REINFORCED CONCRETE BEAMS / [pt] FERRAMENTA GRÁFICO-INTERATIVA PARA O PROJETO DE VIGAS DE EDIFÍCIOS EM CONCRETO ARMADO

CHRISTIANA MAURICIO NISKIER 13 January 2005 (has links)
[pt] O presente trabalho visa ao desenvolvimento de uma ferramenta gráfica interativa para a modelagem e dimensionamento de vigas de edifícios de concreto armado seguindo as prescrições da nova norma brasileira NBR 6118, 2003. Como base, utilizou-se o programa FTOOL, que se destina ao ensino do comportamento estrutural de pórticos planos. O método de dimensionamento utilizado para as seções de concreto submetidas à flexão é o de Ferreira da Silva Jr., relativo às zonas de solicitação. Para que esta nova ferramenta fosse incorporada ao programa FTOOL, este teve que sofrer algumas modificações, tais como a definição do material concreto armado, com os diversos tipos e propriedades para o concreto e para o aço; e a definição de seções transversais típicas de vigas de concreto armado (retangular, T, L e I), incluindo posicionamento da armadura e cobrimento. O resultado que o programa desenvolvido oferece são dois diagramas: um deles contendo as armaduras longitudinais superior e inferior, calculadas para cada par de valores de momento fletor e esforço normal; e outro de armadura transversal, calculada para cada valor de força cortante. Além dos dois diagramas de armadura, ainda existem dois modos de resultado da análise de dimensionamento: armadura necessária e armadura adotada. / [en] The present work describes the development of an interactive graphics tool for modeling and design reinforced concrete building beams, following the new Brazilian code NBR 6118, 2003. The graphics tool is based on the FTOOL software, which is an educational tool for two- dimensional frame structural behavior. The design method used for reinforced concrete sections submitted to flexural loading is the one of Ferreira da Silva Jr., in relation to loading zones. In order to incorporate this new tool into FTOOL, some modifications were made, such as the definition of the reinforced concrete material, with several types and properties for concrete and steel; and the definition of typical cross sections properties of reinforced concrete beams (rectangle, T-shape, L-shape and Ishape), including positioning of structural reinforcement and cover. As a result, the developed program offers two diagrams: one containing top and bottom longitudinal steel area, calculated for each pair of values of bending moment and axial force; and another of transversal steel area, calculated for each value of shear force. In addition to these two steel area diagrams, there are two ways for visualizing the design results: necessary and adopted reinforcement.
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Diseño de las operaciones de fabricación y transporte de vigas de una planta de premoldeados bajo los conceptos Lean Construction, para asegurar la demanda de ejecución del túnel Av. Néstor Gambetta

Ñaupas Tenorio, Gloria, Ulloa Saavedra, Bryan 02 January 2017 (has links)
El presente trabajo de investigación consiste en el diseño de operaciones de fabricación y transporte de vigas en una planta de premoldeados bajo los conceptos Lean Construction, cuya finalidad es desarrollar el diseño de los procesos involucrados para su implementación y proceso de mejora dentro del proyecto, minimizar las restricciones en la ejecución para tener menor incidencia en el costo. El objetivo general es asegurar el correcto funcionamiento de las operaciones de la planta de premoldeados diseñadas bajo el enfoque Lean para atender la demanda de vigas al túnel. Los objetivo específicos son: conceptualizar el diseño de operaciones y la metodología Lean para conocer su enfoque en el desarrollo de la planta de premoldeados; conocer la situación actual del proyecto en mención y el papel que cumple la planta de premoldeados; diseñar los procesos involucrados dentro de la planta de premoldeados bajo el enfoque Lean Construction; diseñar el servicio de transporte de vigas interno de la planta así como el transporte externo bajo el enfoque Lean Construction; alinear las operaciones de la planta con el montaje de vigas del túnel; controlar los procesos diseñados de la planta y el transporte externo de las vigas y concluir la factibilidad del enfoque Lean en el diseño de las operaciones de la planta de premoldeados.
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Optimización de edificaciones empleando vigas de concreto de sección hueca

Briones Samame, Cesar Danny Harold January 2020 (has links)
Según la hipótesis de Charles S. Whitney, los esfuerzos a flexión soportados por el concreto, solo serán efectivos en el extremo superior de la viga, ya que el extremo inferior se considera agrietado. Se diseñaron tres edificaciones con vigas de sección convencional, vigas de sección hueca rectangular y vigas huecas circulares; para lograr las vigas de sección hueca se ha empleado materiales que servirán como encofrado perdido, estos materiales son: Poliestireno Expandido (EPS) y tubos de PVC, respectivamente. La presente tesis tuvo como objetivo general determinar la influencia del empleo de vigas de concreto de sección hueca en edificios que se desarrollan en la provincia de Chiclayo. De acuerdo a los resultados obtenidos, el empleo de vigas huecas rectangulares (V.HR) mejora el comportamiento sísmico de las estructuras de manera más eficaz que las vigas de sección hueca circular (V.HC), y estas a su vez tienen mejor comportamiento comparadas con las vigas de sección llena (V.LL). Las vigas huecas disminuyen tanto en peso sísmico, desplazamientos laterales, fuerzas sísmicas y contaminación ambiental; sin embargo, económicamente implicarán un aumento en la especialidad de estructuras de 1.08% para vigas huecas rectangulares (V.HR) y 1.91% para vigas huecas circulares (V.HC). En donde la variación de precios corresponde principalmente al empleo de encofrados perdidos. Además, se observó que el núcleo interior de vigas de concreto no contribuye substancialmente a la resistencia a la torsión de la pieza después de producido el agrietamiento.
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[pt] MECANISMOS DE RESISTÊNCIA AO CORTANTE EM VIGAS DE CONCRETO ARMADO COM BARRAS DE PRFV E FIBRAS DE BASALTO / [en] SHEAR STRENGTH MECHANISMS IN REINFORCED CONCRETE BEAMS WITH GFRP BARS AND BASALT FIBERS

THIAGO ANDRADE GOMES 08 June 2022 (has links)
[pt] O comportamento de vigas de concreto armado com barras de polímero reforçado com fibras de vidro (PRFV) submetidas ao esforço cortante tem diferenças quando comparada ao tradicional uso de armaduras de aço. O relativo baixo módulo de elasticidade e menor resistência ao carregamento transversal de barras de PRFV alteram a ação dos mecanismos de resistência e cinemática da fissura crítica ao cortante. Nesse contexto, a aplicação de fibras dispersas na matriz de concreto se coloca como uma possibilidade para buscar a redução da flexibilidade desse tipo de elemento. Sendo assim, este trabalho investiga o comportamento experimental de quatro vigas de concreto armado com barras de PRFV sem e com estribos e fibras de basalto. Utilizando-se da técnica de Correlação de Imagem Digital (CID), os campos de deslocamentos do vão de ruptura foram mapeados e, por meio de modelos constitutivos dos mecanismos resistentes à força cortante disponíveis na literatura, analisou-se o comportamento resistente das vigas. A quantificação de resistência através dos modelos constitutivos apresentou uma satisfatória correlação com os resultados experimentais. Além disso, a análise possibilitou uma melhor compreensão da contribuição dos mecanismos resistentes em diferentes estágios de carregamento. / [en] The shear behavior of reinforced concrete beams with Glass Fiber Reinforced Polymer Bars (GFRP) has differences when compared to traditional steel reinforcement. The relative low modulus of elasticity and the lower resistance to transverse loading of GFRP bars change the resistance mechanisms and kinematics of the critical shear crack. In this context, the application of dispersed fibers in the concrete matrix may be used to try to reduce the flexibility of this type of element. Therefore, this work investigates the experimental behavior of four reinforced concrete beams with GFRP bars with and without stirrups and basalt fibers. By using Digital Image Correlation (DIC) technique, the displacement fields of the failure span were mapped and, by means of constitutive models of the shear resistant mechanisms available in the literature, the resistant behavior of the beams was analyzed. The evaluation of resistance mechanisms through the constitutive models showed a satisfactory correlation with the experimental results. In addition, the analysis provided a better understanding of the contribution of each resistant mechanisms at different stages of loading.
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[pt] COMPORTAMENTO MECÂNICO DE VIGAS DE CONCRETO DE ULTRA-ALTO DESEMPENHO / [en] MECHANICAL BEHAVIOR OF ULTRA-HIGH PERFORMANCE CONCRETE BEAMS

PATRICIA BARRETO DE LIMA 03 January 2022 (has links)
[pt] O presente trabalho avalia o efeito da utilização de concreto de ultra-alto desempenho (CUAD) em elementos estruturais, analisando seu comportamento à flexão e o impacto da utilização desse material no seu dimensionamento. Através de ensaios de caracterização do material, foram estudadas as suas propriedades mecânicas. Os resultados dos testes já apresentavam resistência à compressão de 104 MPa com 7 dias de idade e 142 MPa aos 28 dias de idade, além de um aumento na capacidade de carga e na ductilidade dos corpos de prova com o aumento da quantidade de fibras utilizadas no CUAD. Na escala estrutural, foram analisadas quatro vigas de concreto armado, onde duas foram produzidas com concreto de ultra-alto desempenho e duas com concreto convencional (CC), com taxa de armaduras de 0,44 por cento e 1,78 por cento. Primeiramente foi realizada uma análise comparativa dos resultados dos momentos obtidos experimentalmente e teoricamente (baseado nas normas NBR 6118:2014, ACI 544.4R-18 e Model Code 2010) não apresentando diferença significativa. Posteriormente, através dos resultados dos ensaios foi possível verificar que, a utilização do CUAD melhora, no geral, as propriedades mecânicas dos elementos analisados. A utilização do CUAD em vigas subarmadas apresenta resultados similares às vigas normalmente armadas com CC. Além disso, quando combinadas a utilização do CUAD com o aumento da taxa de armaduras, os resultados melhoram significativamente, apresentando, por exemplo um ganho na capacidade de carga de aproximadamente 40 por cento no aumento da taxa geométrica de armaduras e de 75 por cento com o aumento da taxa de armaduras combinada com a utilização do CUAD. / [en] The present work evaluates the effect of the use of ultra-high performance concrete (UHPC) in structural elements, analyzing its behavior to bending and the impact of the use of this material on its dimensioning. Through tests of characterization of the material, its mechanical properties were studied. The results of the tests already presented compressive strength of 104 Mpa at 7 days of age and 142 Mpa at 28 days of age, in addition to an increase in load capacity and ductility of the specimens with the increase in the amount of fibers used in the UHPC. In the structural scale, four reinforced concrete beams were analyzed, two of which were produced with ultra-high performance concrete and two with conventional concrete (CC), with an armor rate of 0.44 percent and 1.78 percent. First, a comparative analysis of the results of the moments obtained experimentally and theoretically (based on the norms NBR 6118:2014, ACI 544.4R-18 and Model Code 2010) was performed, with no significant difference. Subsequently, through the results of the tests it was possible to verify that the use of UHPC improves, in general, the mechanical properties of the analyzed elements. The use of UHPC in underarmed beams presents similar results to beams normally armed with CC. In addition, when combined with the use of UHPC with increased reinforcement rate, the results improve significantly, presenting, for example, a gain in load capacity of approximately 40 percent in the increase in the geometric rate of reinforcements and 75 percent with the increase in the reinforcement rate combined with the use of UHPC.
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Vibraciones de vigas constituidas por materiales funcionalmente graduados

Gilardi, Gonzalo José 18 March 2019 (has links)
La presente tesis trata sobre la novedosa aplicación de materiales funcionalmente graduados (-FGM- Functionally Graded Materials) en el diseño de estructuras tipo viga. Como es sabido, los estudios de rigidización dinámica, se llevan a cabo para evitar resonancias y/o reducir tensiones dinámicas. La forma tradicional que se emplea para optimizar la rigidez de la viga, es variando su sección transversal; ya sea reduciéndola de forma discontinua (multi-steps beams tal como se las conoce en inglés), ahusada (tapered beams tal como se las denomina en inglés) o bien empleando combinaciones de ambas. Surge la originalidad, desde el punto vista de la optimización dinámica, de adicionar una nueva solución al problema de la rigidización. La misma consiste en hacer variar las propiedades de estos modernos materiales en la dirección axial de las vigas (-AFGM-Axially Funtionally Graded Materials). El problema de vibraciones libres para las vigas AFG, se estudia implementando las teorías clásicas de Bernoulli-Euler y de Timoshenko, mediante tres enfoques aproximados; el método energético de Rayleigh-Ritz, el método de cuadratura diferencial generalizada (GDQM, por sus siglas en inglés) y el método de elementos finitos (FEM, por sus siglas en inglés). Los resultados obtenidos se comparan con valores disponibles en la literatura. La muy buena correlación de los mismos, permite dar certezas de que el método de Rayleigh-Ritz, GDQM y FEM, son herramientas de gran precisión y eficiencia para la resolución de esta clase de problemas. Los casos de vigas propuestos se modelan con condiciones de bordes clásicas y con extremos elásticamente restringidos. Para la modelación numérica de los problemas, se implementa el software Wolfram Mathematica 9.0. En el estudio se tratan leyes de distribución del tipo axial asimétrica y axial simétrica; para varias composiciones y distintos materiales AFG. En particular, se da especial énfasis al material compuesto por alúmina (Alum) y acero (Ac), ya que desde el punto de vista ingenieril presenta propiedades atractivas para la rigidización dinámica de vigas. Se analiza el efecto dinámico que tiene adosar una o varias masas a la viga. Evidenciando que su presencia disminuye, en todos los casos, a los coeficientes de frecuencias naturales de la viga sin masa adosada. Y además, constituye un factor importante, desde el punto de vista del diseño, en la elección de la composición del material AFG a implementar. Para las vigas AFG cantiléver con características asimétricas del material, la composición a) Ac-Alum rigidiza más que la composición b) Alum-Ac, cuando el exponente n (de las leyes de variación) es menor a 1, exista o no masa adosada en el extremo libre. En cambio, para 1n> la composición b) es quien optimiza la solución. El caso 1n= es particular, ya que la composición a) rigidiza levemente más que b) cuando la viga no tiene masa adosada. Pero, cuando se adosa la masa, se aprecia que el coeficiente de frecuencia fundamental aumenta más para la composición b). Para vigas AFG con características simétricas, se evidencia que la composición c) Ac-Alum- Ac optimiza la rigidización haya o no masa adosada, frente a la composición d) Alum-Ac- Alum. / This thesis deals with the novel application of functionally graduated materials (FGM) in the design of beams. It is known that dynamic stiffening studies are carried out to avoid resonances and/or reduce dynamic stresses. The traditional method to optimize the rigidity of the beam consists in variations of its cross section; either by reducing it in a discontinuous way (multi-steps beams), in a tapered way (tapered beams) or by using a combination of both. In this Thesis, from the point of view of dynamic optimization, an original solution of the problem of stiffening is proposed. This novel solution consists in varying the properties of these modern materials in the axial direction of the beams (AFGM). With this aim, the problem of free vibrations for the AFG beams is studied through the classical theories of Bernoulli-Euler and Timoshenko, using three approximation approaches: the Rayleigh-Ritz energy method, the generalized differential quadrature method (GDQM) and the finite element method (FEM). The obtained results are compared with those available in the related literature. The very good correlation of these, allows to give certainty that the Rayleigh-Ritz method, GDQM and FEM, are tools of great precision and efficiency for the resolution of this class of problems. The cases of proposed beams are modeled with classic edge conditions and with elastically restrained edge supports. For the numerical modeling of the problems, Wolfram Mathematica 9.0 software is implemented. The used distribution laws are the axial asymmetric and axial symmetric and were applied for various compositions and different AFG materials; with a particular emphasis on the material composed of alumina (Alum) and steel (St), since it has attractive properties for the dynamic stiffening of beams from the engineering point of view. The dynamic effect of attaching one or several masses to the beam is analyzed. It is shown that their presence decreases, in all cases, the natural frequency coefficients of the beam that do not have attached mass. In addition, it constitutes an important factor, from the point of view of the design, in the choice of the composition of the AFG material to be implemented. In cantilever AFG beams with asymmetric characteristics of the material, the composition a) St-Alum stiffens more than the composition b) Alum-St, when the exponent n (of the laws of variation) is less than 1, whether or not there is an attached mass at the free end. On the other hand, for the composition b) it is the one that optimizes the solution. The case 1n= is particular, since the composition a) stiffens slightly more than b) when the beam has not attached mass. But, when the mass is attached, the fundamental frequency coefficient increases more for the composition b). In AFG beams with symmetrical characteristics, it is evident that the composition c) St- Alum-St optimizes the stiffening whether or not there is an attached mass, compared to the composition d) Alum-St-Alum.
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Higher-order non-local finite element bending analysis of functionally graded

Garbin Turpaud, Fernando, Lévano Pachas, Ángel Alfredo 01 July 2019 (has links)
La teoría de vigas de Timoshenko TBT y una teoría de alto orden IFSDT son formuladas utilizando las ecuaciones constitutivas no locales de Eringen. Se utilizaron ecuaciones constitutivas en 3D en el modelo IFSDT. Se utilizó una variación del material con el uso de materiales funcionalmente graduados a lo largo del peralte de una viga de sección rectangular. El principio de trabajos virtuales utilizado y ejemplos numéricos fueron presentados para comparar ambas teorías de vigas. / Timoshenko Beam Theory (TBT) and an Improved First Shear Deformation Theory (IFSDT) are reformulated using Eringen’s non-local constitutive equations. The use of 3D constitutive equation is presented in IFSDT. A material variation is made by the introduction of FGM power law in the elasticity modulus through the height of a rectangular section beam. The virtual work statement and numerical results are presented in order to compare both beam theories. / Tesis
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Emprego de espécies de baixa densidade na reabilitação de vigas de madeira / Use of low density species in the rehabilitation of timber beams

Balanco, Giovana Gobatto 21 February 2018 (has links)
A madeira foi largamente utilizada em edificações no período colonial brasileiro por sua abundância em variadas espécies e a facilidade de obtenção e adaptação aos fins previstos. Muitos destes imóveis ainda existem e abrangem a maior parte do patrimônio histórico e cultural de nossas cidades. Devido à degradação causada pelo tempo e a falta de manutenção adequada destes elementos estruturais, as edificações estão expostas ao risco de colapso. O objetivo deste trabalho foi sugerir um método de reabilitação parcial de vigas estruturais de madeira, pois se notou um problema recorrente nestes elementos em construções antigas pelo fato de acumularem umidade, serem alvos de patologias principalmente na parte superior. Para reabilitação empregamos madeiras de baixa densidade pela facilidade de compra desse material, baixo custo e principalmente por aderir muito bem a tratamento preservativo com CCB, o que garante que a estrutura estará protegida de novos ataques. Além das madeiras de baixa densidade tratadas, parafusos auto atarraxantes foram escolhidos para fazer a união entre as madeiras. Para os ensaios de flexão estática de 3 pontos foram adotados 4 diferentes tipos de parafusos variando o diâmetro e comprimento além disso, o número de parafusos inseridos nos corpos de prova também variou. Este estudo contém a análise de relação entre a quantidade de parafusos auto atarraxantes (que fazem a união das peças) e o produto de rigidez de peças mistas compostas de madeira referência (que simula a viga em estado de degradação) e madeira tratada (substituindo a porção degradada). Para a madeira referencia adotou-se Eucalipto (classe C30 de resistência) e Roxinho (classe C60) e, para madeira tratada adotou-se Pinus e Caxeta (de baixa densidade, ambas da classe C20). Análises estatísticas foram utilizadas para interpretação dos resultados obtidos em laboratório. Estas análises apontaram o crescimento do produto de rigidez das vigas mistas conforme a inserção de parafusos e a partir dai foi possível expressar em formulas a correlação dos dados. Utilizou-se o teste de Tukey para apontar o melhor tratamento para cada tipo de viga mista (Pinus e Eucalipto, Roxinho e Caxeta) além do melhor parafuso a se utilizar. / Wood was widely used in buildings in the Brazilian colonial period because of it is abundant in varied species and the ease of obtaining and adapting to intended purposes. Many of these properties still exist and cover most of historical and cultural heritage of Brazilian cities. Due to the degradation caused by the weather and lack of adequate maintenance of these structural elements, buildings are exposed to risk of collapse. The objective of this work was to suggest a method of partial rehabilitation of structural timber beams, since a recurrent problem was observed in these elements in old constructions due to accumulation of humidity, being targets of pathologies mainly in their upper part. For rehabilitation we use low density wood because of ease to purchasing this material, low cost and mainly for adhering very well to condom treatment with CCB, which ensures that the structure will be protected from further attacks. In addition to the treated low density woods, self-tapping screws were chosen to make union between woods. For tests, 4 different types of screws were used, varying diameter and length, and number of screws inserted in the specimens also varied. This study contains an analysis of relationship between the number of self-tapping screws (which make the joining of pieces) and the rigidity product of composite pieces of reference wood (which simulates beam in degraded state) and treated wood (replacing degraded portion). Eucalyptus (class C30 of resistance) and Roxinho (class C60) were used for reference wood, and Pinus and Caxeta (low density, both of class C20) were used for treated wood. Statistical analyzes were used to interpret results obtained in laboratory. These analyzes indicated growth of product of flexural stiffness according to insertion of screws and from this it was possible to express in formulas a correlation of data. Tukey test was used to indicate the best treatment for each type of mixed beam (Pinus and Eucalyptus, Roxinho and Caxeta) as well as the best screw to be used.
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Análise numérico-experimental de vigas de concreto armado com restrições axial e rotacional em situação de incêndio. / Experimental and numerical analysis of reinforced concrete beams with axial and rotational restraints in fire.

Albuquerque, Gabriela Bandeira de Melo Lins de 09 May 2018 (has links)
As vigas de concreto armado sofrem deformações térmicas em situação de incêndio. Os comprimentos dos vãos se alongam resultando no deslocamento horizontal de seus respectivos apoios e elas passam a fletir de forma acentuada, o que gera a rotação nos mesmos. Se essas deformações forem impedidas pelas próprias condições de apoio da peça ou devido a elementos estruturais circundantes, por exemplo, esforços adicionais passarão a atuar nas vigas, modificando seu desempenho frente ao fogo. Estudos apontam que os efeitos desses esforços podem ser benéficos à resistência ao fogo (RF) das vigas aquecidas, contudo, nas poucas pesquisas voltadas à análise experimental dessa questão, as restrições foram admitidas apenas de forma isolada, i.e., ou as vigas estavam submetidas a restrições axiais ou a rotacionais. O efeito conjunto, mais representativo ao que ocorre na realidade, e a consideração de diferentes níveis de rigidezes impostos às deformações, foram avaliados em investigações numéricas sem dados experimentais apropriados para a validação dos resultados. Na presente Tese de Doutorado, avaliou-se experimentalmente o desempenho de vigas de concreto mediante a realização de ensaios de flexão em elementos em escala real e sob diferentes condições de apoio: sem restrições às deformações, com restrições apenas axiais e com restrições tanto axiais quanto rotacionais. Relativamente aos elementos restringidos, foram analisados dois níveis de rigidezes axial, 0,02 e 0,04EA/l, e rotacional, 1 e 2EI/l. Também houve ensaios de referência em vigas simplesmente apoiadas à temperatura ambiente para a verificação dos carregamentos e modos de ruptura. Os dados experimentais obtidos para diferentes esquemas estáticos de vigas motivaram a concepção de modelos numéricos que fossem representativos do comportamento dos mesmos. Com o auxílio do programa de computador DIANA, que tem base no método dos elementos finitos, foram criados modelos para as vigas ensaiadas à temperatura ambiente e ao fogo. Eles foram idealizados com a consideração de diversas propriedades características do comportamento não linear dos materiais e conduziram a boas correlações quando os seus resultados foram comparados aos obtidos em laboratório. A principal conclusão deste estudo numérico-experimental foi que a RF das vigas de concreto armado sempre aumentam quando admitido qualquer tipo de restrição (somente axial ou axial mais rotacional). Além disso, ao se fixar um valor para a restrição rotacional, as vigas com nível de restrição axial mais elevado apresentaram RF maiores do que aquelas com nível mais brando. O mesmo se verificou ao fixar a restrição axial e variar a rotacional. Vigas nos quais o efeito conjunto das restrições foi admitido conduziram a maiores RF do que aquelas apenas com restrição axial. Para a maior parte dos casos estudados, os aumentos das RF se mostraram significativos quando confrontados às vigas sem restrições. Assim, confirmou-se que os métodos simplificados normatizados que não consideram os efeitos provenientes das mesmas no dimensionamento para a situação de incêndio das vigas de concreto armado estão a favor da segurança. Os resultados numérico-experimentais aqui apresentados podem auxiliar na concepção de ferramentas alternativas para a consideração dos efeitos das restrições em projeto. / Reinforced concrete beams are submitted to thermal deformations when exposed to fire. The lengths of the spans elongate, a fact that triggers the horizontal displacement of their supports, and they begin to bend sharply, resulting in their rotation. If these deformations are hindered by the support conditions of the element or by surrounding structural elements, for instance, additional efforts will act on the beams in order to modify their performance when facing the action of fire. Studies have pointed out that the effects of such efforts may be beneficial to the fire resistance of the beams; however, in the few researches focused on the experimental analysis of this issue, the restraints were admitted only in an isolated way, i.e., the beams were either submitted to axial or to rotational restraints. Their coupled effect, more representative of what occurs in reality, and the consideration of different stiffness levels imposed on the deformations, were evaluated in numerical investigations, without suitable experimental data for validating the results, though. In this PhD Thesis, the performance of concrete beams was evaluated experimentally by performing bending tests on full-scale elements under different support conditions: unrestrained, only with axial restraints and with both axial and rotational restraints. Regarding the restrained elements, two levels of axial and rotational stiffness were analyzed, 0.02 and 0.04EA/l; 1 and 2EJ/l. There were also reference tests on simply supported beams at ambient temperature to check the load-bearing capacities and failure modes. The experimental data obtained for different beam static schemes still motivated the conception of numerical models that would be representative of their behavior. With the aid of the DIANA software, which is based on the finite element and displacement methods, beam models to represent beams tested at ambient temperature and in fire conditions were created. These models were implemented considering several properties that characterize the nonlinear behavior of the materials and led to good correlations when their results were compared to those obtained in the laboratory. The main conclusion of this experimental and numerical study was that the fire resistance of RC beams always increases when any type of restraint (axial or axial plus rotational) is introduced. In addition, by fixing the rotational stiffness, the beams with higher axial stiffness level presented higher fire resistance than those with the lower level. The same was observed by fixing the axial stiffness and varying the rotational stiffness. Beams in which the combined effect of the restraints was admitted led to higher resistances than those with only axial restraint. For most of the studied situations, the increases of the resistances showed to be significant when confronted with the ones for unrestrained beams. Thus, it was confirmed that the standard simplified methods that allow the non-consideration of these effects during the fire design of the RC beams lead to conservative results. The numerical and experimental results presented herein may aid in the conception of alternative tools that allow applying restraint effects to design.
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Modelagem numérica de vigas mistas aço-concreto simplesmente apoiadas: ênfase ao estudo da interface laje-viga / Numerical analysis of simple supported steel-concrete composite beam: emphasis on the study of the slab-profile interface

Kotinda, Tatianne Iamin 05 May 2006 (has links)
Largamente utilizadas nas obras de engenharia civil, as vigas mistas aço-concreto surgem como conseqüência natural da utilização de vigas de aço sob lajes de concreto, proporcionando um melhor aproveitamento das características de cada material constituinte. Para que se comporte como um elemento misto, é necessário haver um trabalho conjunto entre laje e viga, razão pela qual são utilizados elementos metálicos denominados conectores de cisalhamento, que visam restringir o escorregamento longitudinal e o descolamento vertical na interface. Tendo em vista os aspectos mencionados, são apresentados neste trabalho modelos numéricos tridimensionais de vigas mistas com vistas a simular o seu comportamento estrutural, principalmente no referente à interface entre viga de aço e laje de concreto. Os modelos são constituídos por vigas mistas simplesmente apoiadas com laje de faces planas e conectores de cisalhamento do tipo pino com cabeça. As simulações foram realizadas por meio do código de cálculo ANSYS versão 8.0, que tem como base o método dos elementos finitos. Os resultados obtidos foram comparados com valores experimentais, extraídos de trabalhos apresentados por outros pesquisadores / Widely used in civil engineering frameworks, steel-concrete composite beams appear as consequence of the use of steel beams with concrete slab, providing better management of each constituent material properties. To act as a composite element, it is necessary that the slab and the beam work together, aspect obtained by using metallic elements called shear connectors, that restrict the longitudinal slipping and the uplifting between steel beam and concrete slab. In this sense, this work presents three-dimensional numerical models of steel-concrete composite beams in order to simulate its structural behavior with emphasis, in particular, at the interface between steel beam and concrete slab. The numerical models are constituted of simply supported composite beams with plain faces slab and stud bolt shear connectors. The simulations had been carried out by means of the code ANSYS version 8.0, based on finite elements method. The results had been compared with experimental values, extracted of works presented by others researchers

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