Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-12-11Bitstream added on 2014-06-13T20:50:43Z : No. of bitstreams: 1 morais_vs_me_ilha.pdf: 9848157 bytes, checksum: 187eadcaad3e9775d2aa107935283406 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho dá continuidade e aperfeiçoa um modelo automatizado para estimativa de altura de ondas geradas em lagos de barragens, a partir dos dados característicos de vento. Infere sobre a climatologia dos ventos, a fim de determinar as maiores alturas de ondas e identificar pontos críticos, tanto para a segurança à navegação, quanto para as margens do reservatório. Lagos de barragens, foco desta dissertação são, em sua maioria, dotados de vegetação aquática. Dentro dessa temática, uma busca por modelos capazes de qualificar e quantificar o quão as ondas geradas pelo vento reagem ao atravessar esses obstáculos naturais em termos de oscilação das plantas, presentes nas margens, foi também discutida. Para os propósitos aqui expostos, um aplicativo computacional foi utilizado para a previsão de ondas e estruturado de maneira que pudesse fornecer resultados gráficos de forma automatizada com maior precisão e no menor tempo possível. O software, fruto do desenvolvimento dos estudos da equipe de pesquisa e mais recentemente aprimorado no presente trabalho, batizado de OndisaCAD, integra-se dentro de ambientes CADs, precisamente no AutoCAD da Autodesk, possibilitando, assim, a geração de ótimas interfaces e resultados gráficos. No que tange à dissipação de energia através da vegetação existente nos lagos e suas margens, o aspecto dinâmico associado à própria movimentação da vegetação foi comparado ao comportamento do movimento de vigas engastadas em sua parte inferior, o que permitiu prescrever a movimentação dos organismos vivos (plantas) frente a uma excitação provocada pela passagem de onda / This work continues and perfects an automated model for estimating the height of waves generated in lakes dams, entering the characteristic data of the wind. It follows on the climatology of the winds to determine the largest wave heights and identify critical points, for the safety of navigation and margin of the reservoir. Lakes dams, focus of this dissertation are mostly equipped with aquatic vegetation. Inside this subject, a search for models able to qualify and quantify how the waves generated by winds respond to cross these natural barriers in terms of oscillation of plants, present on the margin, was also discussed. For the purposes set out here, a software was used for predicting waves and structured so that could provide automated graphics results with more accurately and with a shortest possible time. The software, due to the development of studies of the research team and more recently extended in the present work, called OndisaCAD, works within CADs environments, specifically in AutoCAD of Autodesk's, allowing the generation of great interfaces and graphical results. With respect to the dissipating energy through the vegetation in the lakes and their margins, the dynamic aspect associated with their movement of the vegetation was compared to the behavior of the movement of beams embedded in its bottom, which allowed to prescribe the movement of living organisms (plants) front of an excitement caused by the passage of a wave

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2860694 bytes, checksum: e1024256a34a1b24785f0dcf0c6845db (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / With the start of production of hot-rolled structural I shapes in Brazil, since 2002 there has been a growing interest in Brazilian industry by castellated beams in the segment of steel structures. The castellated beams are made expanding the web of rolled I or H steel sections, so that the beam has greater stifiness keeping the same mass as the original profile. This work presents a study of the behavior of castellated steel beams, with emphasis on the web post instability, performed by means of numerical models using the Finite Element Method. For the numerical analysis, the beams were analyzed using the ABAQUS software, considering the elastoplastic behavior of the material and geometric nonlinearity of the structure. The numerical results show excellent agreement with experimental results available in literature. Using the numerical models developed,a parametric study was performed that allowed to evaluate the influence of several variables on the web post instability for castellated beams. Were modeled mainly beams with slender web and could be seen that for long spans - which is usual for steel beams - there is low probability of buckling of the web posts, and when it occurs, inelastic buckling occurs in most cases. / Com o início da produção de perfis I de aço laminados no Brasil, a partir de 2002, tem havido um interesse crescente da indústria brasileira pelas vigas casteladas, no segmento das estruturas de aço. As vigas casteladas são fabricadas expandindo-se a alma de perfis de aço I ou H laminados, de modo que a viga tenha maior rigidez na direção da maior inércia mantendo a mesma massa do perfil original. Neste trabalho, apresenta-se um estudo do comportamento de vigas casteladas de aço, com ênfase na instabilidade do montante de alma, realizado por meio de modelos numéricos utilizando o Método dos Elementos Finitos. Para a análise numérica, as vigas foram analisadas por meio do software ABAQUS, considerando-se o comportamento elastoplástico do material e a não-linearidade geométrica da estrutura. Os resultados numéricos obtidos apresentam excelente concordância com resultados experimentais disponíveis na literatura. Utilizando-se os modelos numéricos desenvolvidos, foi realizado um estudo paramétrico que permitiu avaliar a influência de diversas variáveis sobre a instabilidade do montante de alma em vigas casteladas. Foram modeladas, principalmente, vigas com alma esbelta e pôde-se constatar que, para vãos longos o que é usual em vigas metálicas existe pouca possibilidade de ocorrência de flambagem dos montantes de alma e, quando ocorre, na maior parte dos casos esta se dá em regime inelástico.

Submitted by Nayra Yumi Tsutsumoto null (nayrayumi@hotmail.com) on 2016-09-29T18:00:17Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO FINAL_v8_NAYRA YUMI TSUTSUMOTO.pdf: 8569526 bytes, checksum: 3ea70e3054ae638bf10e3a3b63a9c642 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-10-03T20:17:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tsutsumoto_ny_me_ilha.pdf: 8569526 bytes, checksum: 3ea70e3054ae638bf10e3a3b63a9c642 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-03T20:17:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tsutsumoto_ny_me_ilha.pdf: 8569526 bytes, checksum: 3ea70e3054ae638bf10e3a3b63a9c642 (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / O bambu é uma planta renovável, perene, tropical e que apresenta uma série de vantagens, tais como: crescimento rápido, elevada resistência mecânica, grande versatilidade, beleza, e não necessita do replantio de colmos. Certamente, fica evidente que o bambu é um material de grande potencial, para diversos setores, sobretudo da construção civil, em que o mesmo vem sendo utilizado desde os tempos mais remotos. Nas estruturas de concreto, o bambu tem sido estudado como um elemento passível de resistir aos esforços de tração. Entretanto, como desvantagens, o bambu é um material orgânico e higroscópico. Após a concretagem, durante a cura do concreto, o bambu absorve água e, consequentemente, tem suas dimensões aumentadas. Com o concreto endurecido, o bambu começa a perder a água absorvida e se retrai, sofrendo uma redução de seu volume, o que diminui a eficiência da aderência entre os materiais. Outra desvantagem do bambu é a região do nó, cuja resistência à tração é muito inferior à da região internodal. O presente trabalho tem como principal objetivo avaliar o comportamento estrutural de vigas de concreto armado, sem e com reforço adicional de taliscas de bambu, por meio de ensaios de flexão. As taliscas de bambu utilizadas como reforço adicional à armadura são de dois tipos: com e sem reforços nas regiões nodais. Com o intuito de analisar a condição de aderência entre a talisca de bambu e o concreto, foram realizados ensaios de arrancamento. As taliscas foram elaboradas a partir de colmos da espécie Bambusa vulgaris, disponível na cidade de Ilha Solteira, algumas com e outras sem reforços nas regiões nodais. Todas as taliscas foram impermeabilizadas com látex de seringueira. Para a colagem dos reforços nos nós das taliscas, foi utilizada uma resina poliuretana bicomponente à base de óleo de mamona. As taliscas com reforços colados apresentaram um aumento da resistência à tração. Com relação ao ensaio de arrancamento, a existência do reforço nos nós permitiu acréscimos em relação à tensão normal, provocando a ruptura da talisca e não o seu escorregamento. Quanto ao ensaio de flexão das vigas, concluiu-se que a presença das taliscas de bambu aumentou a capacidade resistente das vigas e, portanto, poderia se pensar na redução da quantidade de aço a ser utilizado. O reforço nos nós das taliscas de bambu proporcionou um melhor comportamento com relação às flechas e um discreto aumento na capacidade resistente das vigas. No que diz respeito ao padrão de fissuração, observou-se que a ruptura das vigas ocorreu na região central, região submetida aos maiores momentos fletores, e, embora as vigas com reforço adicional de taliscas de bambu reforçadas nos nós tenham apresentado maior número de fissuras, aparentemente, o padrão de fissuração foi basicamente o mesmo para todas as vigas ensaiadas. / Bamboo is a renewable, perennial and tropical plant, and that presents a number of advantages, such as: growth quickly, high mechanical resistance, versatility, beauty, and does not require the replanting of culms. Certainly it is clear that bamboo is a great potential material for various industries, especially construction, in which it has been used since ancient times. In concrete structures, bamboo has been studied as an element capable of resisting the traction efforts. However, as disadvantages, bamboo is an organic and hygroscopic material. After the concrete, during curing of the concrete, bamboo absorbs water and, therefore, has increased their dimensions. With the hardened concrete, bamboo begins to lose water absorbed and retracts suffering a reduction of its volume, which decreases the efficiency of adhesion between the materials. Another disadvantage of bamboo is the node region, whose tensile strength is much lower than the internode region. This study has as main objective to evaluate the structural behavior of reinforced concrete beams, with and without additional reinforcement bamboo splints through bending tests. The bamboo splints used as additional reinforcement to armor are of two types: with and without reinforcements in the node regions. In order to examine the condition of adhesion between the concrete and bamboo splint pull out tests were done. The splints were prepared from culms of Bambusa vulgaris species, available in the city of Ilha Solteira, some with and some without reinforcements in the node regions. All splints were coated with rubber trees latex. For bonding reinforcements in nodes of splints, we used a two-component polyurethane resin oil-based of castor plant. Samples with glued reinforcements showed an increase in the tensile strength. Regarding the pull out test, the existence of reinforcement in the nodes allowed increases in relation to normal tension, causing the rupture of splint and not its slipping. As for the bending test of the beams, it is concluded that the presence of bamboo splints increased bearing capacity of the beams and, therefore, could think of reducing the amount of steel to be used. Strengthening the nodes of bamboo splints provide better performance with respect to deflections and a slight increase in resitente capacity of beams. With regard to the crack pattern, it was observed that the breakage of the beams occurred in the central region, region subjected to higher bending moments, and, although the beams with additional reinforcement bamboo splints reinforced in the nodes had a higher number of cracks, apparently, the crack pattern was essentially the same for all tested beams.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / As vigas casteladas já são utilizadas em diversos tipos de estruturas para se vencer grandes vãos. Há uma nova realidade para o uso de perfis castelados, agora em aço inoxidável. Este trabalho apresenta uma análise comparativa entre vigas casteladas e vigas de alma cheia em perfis IPE, baseadas na norma europeia, no método da resistência contínua; e, também, através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Este trabalho tem como objetivo verificar o comportamento e a resistência à flexão das vigas casteladas em aço inoxidável. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta estrutura. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises e da lei constitutiva tensão versus deformação multi-linear, de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi considerada a partir de uma formulação de Lagrange atualizado. Os resultados numéricos das vigas em estudo foram avaliados quanto aos modos de falha e da distribuição de tensões. Os momentos resistentes analíticos foram comparados com os resultados do modelo numérico apresentando valores satisfatórios e a favor da segurança. / Castellated beams are ordinary used in various types of structures for covering wants to win large spans. In addition, A novel situation has been considered using stainless steel beans. The present dissertation presents a comparative analysis between castellated beams and a solid-section beams, based on the Eurocode and the Continuous Strenght Method; and through a finite element model developed in Ansys program. The main aim of this work was to investigate flexural capacity of castellated stainless steel. Physical and geometrical nonlinearities were incorporated into the models, in order to fully mobilize the load-carrying capacity of the structure. The material nonlinearity was considered adopting the Von Mises yield criteria with a material constitutive law with a multilinear stress versus strain curve associated to a elastic-plastic behavior with hardening. The geometric nonlinearity has been introduced by the update Lagrangian Method. The numerical results of the study beams were evaluated in terms of failure modes and stress distribution analytical. The results were compared to the numerical model results and shows a satisfactory safety values.

O aumento dos problemas de vibrações excessivas em estruturas civis oriundos de atividades humanas rítmicas tem conduzido à necessidade de desenvolvimento de critérios específicos para projetos sujeitos a ações dinâmicas rítmicas. Esta foi à motivação principal para o desenvolvimento de uma metodologia de análise centrada na resposta de um sistema estrutural submetido a cargas provenientes de atividades humanas rítmicas. Esta dissertação investiga o comportamento dinâmico de pisos compostos (aço- concreto) sujeito às atividades rítmicas provocadas pelas pessoas. O carregamento dinâmico foi obtido através de testes experimentais com indivíduos praticando atividades rítmicas e não rítmicas. A metodologia de análise proposta adota técnicas usuais de discretização presentes no MEF (Método dos Elementos Finitos), com base no emprego do programa Ansys. O sistema estrutural investigado consistiu em um ambiente de restaurante com uma área de dança adjacente. O modelo estrutural consiste de um piso suportado por treliças metálicas (joists) para longos vãos (14m) apoiados diretamente sobre paredes compostas por de blocos de concreto. O peso efetivo do sistema foi estimado como sendo de 3,6 kPa, incluindo 0,6 kPa para pessoas dançando e jantando. O momento de inércia efetivo dos joists foi da ordem de 1,6x106 mm4, baseando-se nas tensões suportadas. O estudo paramétrico considera uma correlação entre os resultados numéricos e analíticos. Os valores das acelerações de pico foram comparados com os limites recomendados por normas de projeto, baseando-se em critérios de conforto humano. Os resultados indicaram que os limites sugeridos pelas normas de projetos não foram satisfeitos. Tal fato indica que estas atividades rítmicas podem gerar picos de aceleração que ultrapassam os limites estabelecidos em recomendações de projeto. / The increasing incidence of building vibration problems due to rhythmic activities led to need of a specific design criterion for rhythmic excitations. This was the main motivation for the development of a design methodology centred on the structural system dynamical response submitted to dynamic loads due to human rhythmic activities. This dissertation investigated the dynamic behaviour of composite floor (steel- concrete) subjected to the human rhythmic activities. The used dynamic loads were obtained through experimental tests with individual carrying out rhythmic and non-rhythmic activities. The proposed analysis methodology adopted the usual mesh refinement techniques present in the finite element method (FEM) simulation implemented in the ANSYS program. The investigated structural system was used in a restaurant facility with an adjacent dancing area. The floor system consists of long span joist supported by concrete block walls. The floor effective weight was estimated including people dancing and dining. The floor effective weight was estimated to be equal to 3.6 kPa, including 0.6 kPa for people dancing and dining. The effective composite moment of inertia of the joists, was selected based on its required strength, ie: 1.1x106 mm4. The parametric study considered correlation between analytical and numerical results found in literature. The peak acceleration values were compared to limits proposed by design codes, based on human comfort and those values were not satisfied. Such fact indicated that these rhythmic activities could generate peak accelerations that surpass design criteria limits developed for ensuring human comfort.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Restrições de espaço e altura são frequentemente impostas às edificações residenciais, comerciais, industriais, depósitos e galpões com um ou diversos pavimentos em função de aspectos de regulamentos regionais, técnicos, econômicos ou ainda de natureza estética. A fim de proporcionar a passagem de tubulações e dutos de grande diâmetro sob vigas de aço, grandes alturas são normalmente requeridas, demandando por vezes, magnitudes de altura inviáveis entre pavimentos de edificações. Diversas soluções estruturais podem ser utilizadas para equacionar tais obstáculos, onde dentre outras, pode-se citar as vigas com inércia variável, stub-girders, treliças mistas, vigas misuladas e vigas com uma ou múltiplas aberturas na alma com geometrias variadas. No que tange às vigas casteladas, solução estrutural pautada neste estudo, a estabilidade é sempre um motivo de preocupação tipicamente durante a construção quando os contraventamentos laterais ainda não estão instalados. De qualquer forma, o comprimento destravado em geral alcançado pelos vãos destas vigas, são longos o suficiente para que a instabilidade ocorra. Todavia, o acréscimo substancial da resistência à flexão de tais membros devido ao aumento da altura oriundo de seu processo fabril em relação ao perfil matriz, aliada a economia de material e utilidade fim de serviço, garante a atratividade no aproveitamento destas, para grandes vãos junto aos projetistas. Não obstante, este aumento proporcional no comprimento dos vãos faz com que a instabilidade lateral ganhe importância especial. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo numérico que permita a realização de uma avaliação paramétrica a partir da calibração do modelo com resultados experimentais, efetuar a análise do comportamento de vigas casteladas e verificar seus mecanismos de falha, considerando comportamento elasto-plástico, além das não-linearidades geométricas. Também é objetivo deste trabalho, avaliar, quantificar e determinar a influência das diferenças geométricas características das vigas casteladas em relação às vigas maciças com as mesmas dimensões, analisando e descrevendo o comportamento estrutural destas vigas de aço para diversos comprimentos de vãos. A metodologia empregada para tal estudo baseou-se em uma análise paramétrica com o auxílio do método numérico dos elementos finitos. / Restrictions of space and height are often imposed to residential, commercial, industrial, warehouses and sheds with one, or several floors, due to aspects like regional regulations, technical, economic or aesthetic nature. In order to provide the passage of pipes and ducts with large diameter under steel girders, that normally requires great heights, sometimes leads to floors building highs with an unviable magnitudes. Several structural solutions can be used to overcome these obstacles, where the most popular are the beams with variable inertia (tapered and haunched beams), stub-girders, trusses, and beams with one or more web openings with various geometries. When castellated beams, structural solution studied and discussed in this dissertation, are considered stability issues at the construction stage becomes to attract the structural engineer attention since the lateral bracing are not yet installed. The unbraced span lengths generally reached by these beams are often long enough to cause instability effects. However, the substantial enhancement in the flexural strength of such members, due to the extra height coming from the manufacturing process in relation with the original profile, combined with the economy of material and utility services, ensures to the designers the attractiveness of this solution, especially when applied to large spans. On the other hand, this proportional increase in span lengths enhances the significance of improving the beam lateral instability resistance. The present investigation aims to develop a numerical model, that calibrated with experimental results, enables the development of a parametric analysis. This analysis aimed to determine the structural behavior of the castellated beams and their associated failure mechanisms, considering an elastic-plastic behavior as well the geometric non-linearities. The investigation was also able to evaluate, quantify and determine the influence of geometry variables like span lengths and cross sections dimensions. The methodology used for this study was developed based on a parametric analysis centred on the finite element method.

The safety fundamental principle of reinforced concrete structures related of a possible collapse is that the security does not depend on the concrete resistance tensile strength to eliminate the risk of collapse without notice. The cracking caused by tensile stresses can affect the concrete structure and should be avoided to the natural structural collapse doesn t occur. The diagonal crack that appears on the act of breaking is called critical crack, characteristic of shear failure. In this work were experimentally studied the additional mechanisms from the shear resistant trusses in reinforced concrete frames without transverse reinforcement. The experimental experiments consists on testing eight frames that were subjected to a simple bending. Two concrete grades of characteristic the compressive strength were considered on the construction of the frames. To resist the bending stresses, the frame s beams are designed in the field 3 of the ultimate limit states. Different rates and diameters of longitudinal reinforcement were used. In all frames weren t considered the use of transverse reinforcement in the region of shear on the beams. From the results obtained were analyzed the proposed criteria to define the portion of the contribution for the shear resistance mechanisms of concrete without the use of transverse reinforcement and the influence of the concrete resistance and longitudinal reinforcement rates in the numerical results experimentally obtained. / O princípio fundamental de segurança das estruturas de concreto armado, em relação a um eventual colapso, é que a segurança não dependa da resistência à tração do concreto a fim de eliminar o risco de colapso sem aviso prévio. A fissuração, proveniente de esforços de tração, pode causar a ruptura do concreto e deve ser evitada para que não ocorra o colapso estrutural. A fissura diagonal que surge no ato da ruptura é chamada de fissura crítica, característica da ruptura por força cortante. Nesta pesquisa foram realizados experimentos para analisar os mecanismos complementares ao de treliça de resistência ao cisalhamento em vigas de pórticos de concreto armado sem armadura transversal. O programa experimental consistiu no ensaio de oito pórticos e os modelos foram submetidos à flexão simples. Foram consideradas duas classes de resistências à compressão do concreto para a concretagem dos modelos. Para resistir os esforços de flexão, as vigas foram dimensionadas no domínio 3 do estado limite último. Foram usadas diferentes taxas e diâmetros de armaduras longitudinais de tração. Em todos os protótipos ou pórticos não foi considerado o uso de armadura transversal na região de esforços cortantes das vigas. A partir dos resultados obtidos foram analisados os critérios já propostos por normas para definir a parcela da contribuição relativa aos mecanismos resistentes de cisalhamento do concreto sem o uso de armadura transversal e a influência das resistências do concreto e taxas de armadura longitudinal nos resultados numéricos obtidos experimentalmente. / Mestre em Engenharia Civil

Diversos pesquisadores têm estudado o comportamento e o emprego de aduelas de concreto, que constituem as vigas segmentadas em sistemas estruturais, de maneira especial pontes e viadutos. Por esta razão, inúmeros trabalhos têm sido publicados nos últimos anos respaldados por testes experimentais e análises numéricas. O comportamento destas vigas contrasta com as clássicas vigas monolíticas em diversos aspectos, pois, a estrutura é composta de partes de elementos de concreto pré-moldado que, após serem posicionados no local definitivo, são protendidos. A protensão pode ser aderente ou não aderente. A principal vantagem deste sistema de construção é a rapidez e o alto controle de qualidade, por isso é largamente utilizado, havendo uma demanda de estudo de previsão do seu real comportamento No presente trabalho apresenta-se uma modelagem numérica via elementos finitos, para simular o comportamento de vigas compostas por aduelas justapostas sem material ligante entre as juntas. A protensão aplicada é aderente e a análise considera a não linearidade da região da junta. Assim sendo, o objetivo desta investigação é dar uma contribuição ao estudo do comportamento estrutural estático de vigas segmentadas, atentando para o comportamento das juntas, utilizando um programa comercial. Para o modelo são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa de elementos finitos SAP2000[93]. O modelo proposto é constituído de elementos de placa próprios para concreto para representar a viga, a protensão é introduzida por meio de barras bidimensionais que transferem as tensões ao longo de seu comprimento e as juntas são implementadas utilizando elementos de contato. A analise é bidimensional e considera os efeitos das perdas de protensão. Este trabalho de pesquisa objetiva também o estudo de elementos de contato especialmente as características de deformação para esta ferramenta computacional. A definição dos parâmetros para o modelo foi feita com base em dados experimentais disponíveis na literatura. O modelo numérico foi calibrado e confrontado com resultados experimentais obtidos em ensaios de laboratório. / Several researchers have studied the behavior and the use of concrete staves, which are segmented beams in structural systems, especially bridges and overpasses, in civil engineering. For this reason, numerous studies have been published in recent years supported by experimental tests and numerical analyzes. The behavior of these beams in contrast to the conventional monolithic beams in different ways because the structure is composed of portions of pre-cast concrete elements which after being placed in situ are prestressed. The prestressing can be adhered or otherwise attached. The main advantage of this system of construction is speed and high quality control, so it is widely used; there is a demand forecast study their actual behavior. In this paper, we present a finite element model to simulate the behavior of composite beams prestressed by adherent with staves. Therefore, the objective of this research is to make a contribution to the study of static structural behavior of beams targeted observing the behavior of joints using a commercial program. For the model are employed standard techniques of discretization via the finite element method (FEM), using the finite element program SAP2000 [90]. The model is made of elements suitable for plaque to represent the actual beam, the prestressing is introduced by means of two-dimensional bar which transfer the stresses along its length and the joints are implemented using contact elements proposed by the program, called Link. The analysis is two dimensional and considers the effects of prestressing losses. This research also aims to study the contact elements especially the characteristics of deformation to this computational tool. The definition of parameters for the model was based on experimental data available in literature. The numerical model was calibrated and compared with experimental results obtained in laboratory trials.

Na Dissertação de Mestrado foi realizado um estudo sobre o comportamento de vigas mistas de aço e concreto biapoiadas sob iteração completa, compostas por perfis classificados como compactos em situação de incêndio. Apesar de ditas biapoiadas, a ideia principal da Dissertação é considerar, na análise em situação de incêndio, a reserva de capacidade existente nas extremidades dessas vigas, usualmente desprezada no dimensionamento à temperatura ambiente, provinda da continuidade da armadura longitudinal negativa presente na laje de concreto, sendo possível dispensar o revestimento contra fogo nesses elementos. Serão abordados, de início, os métodos de dimensionamento ao Estado-Limite Último de vigas mistas à temperatura ambiente, a fim de explicar o comportamento estrutural desse tipo de elemento, dando base para a posterior análise térmica. A análise térmica foi realizada, em uma primeira etapa, por métodos simplificados segundo normas vigentes e tomando hipóteses simplificadoras em que se desprezam esforços indiretos provocados pela dilatação térmica e gradiente térmico, sendo possível aplicar os conceitos no dia a dia de projeto. Numa segunda etapa foi realizada análise termestrutural com modelos numéricos para estudar o comportamento e colapso da viga, sendo os resultados suficientes para validar os valores de TRF encontrados por análise simplificada seguindo métodos normativos. Como conclusão, o ganho de capacidade estrutural da viga, proporcionado pela adoção da ligação mista no apoio, foi suficiente para situações de TRRFs entre 15 min e 21 min, no caso de perfis mais leves, com geometria própria para serem utilizados como vigas de piso de edifícios. Análises mostraram que não é possível justificar a ausência de revestimento contra incêndio para TRRFs de 30 min ou superiores. Tempos inferiores podem ser adotados de acordo com o denominado método do tempo equivalente, limitado a 15 min e são mais usuais para edificações de pequeno porte. / A study will be carried out on the behavior of simply supported, full interaction composite steel and concrete beams composed by compact profiles in fire situation. Despite being designed as simply supported, the main idea is to consider, in the fire situation analysis, the moment resistance capacity reserve on the beam supports, usually neglected during room temperature design, due to the upper longitudinal reinforcement present in the concrete slab, being possible to dispense fireproof coating in these elements. First, room temperature design procedures of composite beams will be approached in order to explain the structural behavior of this type of elements, providing a basis for subsequent thermal analysis. The thermal analysis will be carried out, in a first stage, by simplified methods according to design procedures and adopting simplifying hypotheses in which indirect stresses caused by thermal expansion and thermal gradient are neglected, being possible to apply those concepts in structural design offices. In a second step, thermal stress analyses were performed with aid of numerical models to study the structural behavior and collapse time of the beam. The results were sufficient to validate the fire resistance time values found by the simplified analysis following design methods. As a conclusion, the structural capacity increase of the beam, provided by the adoption of the composite connection at the support in case of lighter steel profiles usually chosen to be used as buildings floor beams, was sufficient for situations of standard fire resistance requirements between 15 min and 21 min. Analyzes have shown that it is not possible to justify the absence of fire resistant coating for standard fire resistance requirements of 30 min or higher. Lower times can be adopted according to the so-called equivalent time method, limited to 15 min, which are more common for small buildings.

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.