Limitações de altura são frequentemente impostas à edificações de múltiplos pavimentos por regulamentos de zoneamento urbano, aspectos econômicos e considerações estéticas. Um pé-direito alto é normalmente requerido para se permitir a passagem de tubulações e dutos de grande diâmetro sob vigas de aço, conduzindo muitas vezes à alturas inaceitáveis entre pavimentos de edificações. Várias são as soluções possíveis para se resolver tal inconveniência, dentre elas pode-se citar: Vigas com inércia variável, stub girders , treliças mistas e vigas misuladas. Outra solução frequentemente utilizada é a abertura de furos na alma das vigas d e aço para a passagem das tubulações de serviço. A presente dissertação tem por objetivo avaliar e descrever o comportamento estrutural de vigas de aço com aberturas de diferentes tamanhos e formas na alma. Outro propósito deste trabalho de pesquisa é a avaliação dos parâmetros que influenciam diretamente a capacidade de resistência das vigas com diferentes tipos de abertura na alma, tais como: Tipo de furo, localização do furo ao longo do vão, altura do furo em relação à altura do perfil, esbeltez da alma, localização da carga solicitante ao longo do vão, entre outros. Também é objetivo deste trabalho, a avaliação dos diferentes mecanismos de ruína para as vigas com aberturas na alma e as causas que conduziram o colapso das mesmas. Finalmente, apresenta-se um estudo da eficácia de enrijecedores longitudinais nos locais de abertura da alma das vigas de aço. A metodologia empregada para tal estudo baseou-se em uma análise paramétrica com o auxílio do método numérico dos elementos finitos. / Height limitations are frequent in multi-storey buildings due to zoning regulations, economic requirements and esthetical considerations . In order to provide the passage of large pipes and ducts beneath steel beams, huge spaces are normally required, leading many times to unacceptable heights between storeys. There are many possible solutions to solve these problems, such as: Tapered beams, stub girders, composite trusses and haunched beams. Another frequent solution is the opening of holes in the web beam steel to enable the passage of the services. This dissertation has the objective of evaluating and describing the structural behavior of steel beams with web openings of different shapes and sizes. Another aim of this research work is the evaluation of the parameters that directly influence the load carry capacity of the beams with different web openings, such as: Holesh ape, the location of the opening throughout the span, the height hole to height profile ratio, the web slenderness and the location of the load point throughout the span. The evaluation of the different failure mechanisms of steel beams with web openings and the reasons that conducted the collapse of them are also focused on the present work. Finally, a study of the efficiency of the use of longitudinal stiffeners at web openings locations is also presented. The methodology employed for such study was based on a parametric analysis based on the finite elements method.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3338.pdf: 4319897 bytes, checksum: 32b80c93c455c298962c6b33fd51002a (MD5) Previous issue date: 2010-02-18 / The big surge in use of systems for flat slabs gave up the search for freedom in the definition and organization of architectural interior spaces in buildings. The design and construction of buildings on flat slabs, which allow great mobility in defining the internal space of the building and reducing its height. The slabs with prefabricated trussed beams using forms lost in blocks of expanded polystyrene (EPS) or removable forms, brought new perspectives to the design of flat slabs, allowing greater spans with low deadweight. The precast elements are lightweight, easy handling, transport and assembly, and require the use of molds and special equipment and requires little bracing. Computer programs have emerged in recent years provide more refined calculations that predict the behavior of the structure in service with greater precision. This way the designers have increased security in systems design less common as flat slabs ribbed, without internal beams, capitals and even edge beams. In Brazil the predominant culture in the design and implementation of flat slabs is given by the system option molded on site. The objectives of this study are: to seek answers to the prevailing cultural behavior, and to compare their advantages and disadvantages when compared with cast on site, presenting the normative regulations and simplified calculation method according to ABNT NBR 6118:2003, provide subsidies for the project and implementation of flat slabs with ribbed prefabricated trussed beams, provide a calculation method for the infinitely rigid diaphragm; present a real case study as a comparison of costs. / O grande impulso na utilização dos sistemas de lajes lisas deu-se pela busca de liberdade na definição e organização arquitetônica de espaços internos em edifícios. O projeto e execução de edificações em lajes lisas, permitem grande mobilidade na definição do espaço interno do edifício e na redução da sua altura final. As lajes pré-fabricadas com vigotas treliçadas que utilizam fôrmas perdidas em blocos de Poliestireno Expandido (EPS) ou fôrmas removíveis trouxeram novas perspectivas ao projeto de lajes lisas, permitindo vãos maiores com baixo peso próprio. Os elementos pré-moldados são leves, de fácil manuseio, transporte e montagem, dispensam o uso de fôrmas e equipamentos especiais e requerem pouco escoramento. Programas computacionais surgidos nos últimos anos propiciam cálculos mais refinados que permitem prever o comportamento em serviço da estrutura com maior precisão. Dessa maneira, os projetistas têm maior segurança no projeto de sistemas menos usuais, como lajes lisas nervuradas, sem vigas internas, capitéis e até mesmo vigas de borda. No Brasil, a cultura predominante no projeto e execução de lajes lisas se dá pela opção do sistema moldado no local. Nestes termos, os objetivos do presente trabalho são: buscar respostas para o comportamento cultural predominante; comparar suas vantagens e desvantagens em relação aos sistemas moldados no local; apresentar as regulamentações normativas e o método de cálculo simplificado segundo a ABNT NBR 6118:2003; fornecer subsídios para o projeto e execução das lajes lisas nervuradas pré-fabricadas com vigotas treliçadas; apresentar um método de cálculo para o diafragma infinitamente rígido e apresentar um estudo de caso real como comparativo de custos.

Este trabalho tem como objeto o estudo do efeito da rigidez de pilar parede no comportamento estrutural de edifícios de concreto armado submetidos a sismos. Foram consideradas as premissas da norma brasileira ABNT NBR15421:2006, que apresenta os critérios para projeto de estruturas resistentes a sismo. A análise linear com emprego dos métodos da norma - método das forças horizontais equivalentes, método espectral e histórico de aceleração no tempo - foi aplicada em edifícios com dois tipos de sistemas estruturais, sendo eles pórtico de concreto e sistema dual pórtico de concreto e pilar parede. Os resultados foram analisados nos pórticos de extremidade das estruturas nos sentidos longitudinal (x) e transversal (y), comparando-se os deslocamentos de cada pavimento e esforços cortantes, momento fletor e normal nas bases dos pilares. A comparação foi realizada entre os três métodos aplicados e os sistemas estruturais analisados. / The aim of this work is to study the stiffness effect of wall columns on structural behavior of reinforced concrete buildings subjected to seismic action. The premises of the Brazilian standard ABNT NBR14521:2006 were considered, which presents criteria for earthquake resistant design of structures. The linear analysis employed the methods of the Brazilian standard - equivalent static load method, response spectrum analysis and time history method - were applied to buildings with two types of structural systems, namely concrete frame and dual system concrete frame and wall columns. The results were analyzed in edge frames structures in the longitudinal and transverse directions, comparing the displacement of each floor and shear, bending moment and axial forces on the bases of the columns. A comparison was made between the three methods applied and the structural systems analyzed.

CAPES / A falta de manutenção, a mudança de carregamentos, as deficiências de projeto, de execução e até mesmo dos materiais constituintes de uma peça estrutural podem levar à necessidade de aplicação de um reforço estrutural. Dentre estes métodos se destaca o reforço estrutural com Compósitos Reforçados com Fibra de Carbono (CRFC). Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento estrutural por meio de métodos experimentais e modelagem numérica de vigas biapoiadas de concreto armado reforçadas à flexão com CRFC, além de analisar a influência da adição de incrementos de ancoragem no comportamento da peça. O modelo computacional foi desenvolvido no software comercial ANSYS, por meio da utilização do Método dos Elementos Finitos. Foi avaliado o ganho de resistência com a implantação de uma e duas camadas de CRFC em comparação à viga sem reforço. A interface concreto – reforço foi considerada na simulação computacional, uma vez que os esforços atuantes nesta região geralmente são a causa da ruptura neste tipo de peça. Para isso, foi utilizado o Modelo da Zona de Coesão como método de representação da interface. Em relação ao programa experimental, além da variação do número de camadas de reforço, também foi avaliada a influência da adição de incrementos de ancoragem lateral no comportamento das vigas estudadas. Como resultados, foi alcançada uma boa acurácia entre os modelos computacionais e a análise experimental em relação ao valor da carga última de cada situação analisada, bem como em relação ao valor de deslocamento encontrado para as vigas reforçadas. Entretanto, percebeu-se que os valores das deformações obtidos no modelo computacional foram superiores à média dos valores encontrados na análise experimental. Além disso, observou-se também que as vigas tiveram sua rigidez aumentada com o acréscimo de camadas de reforço. Ademais, foi verificado que a adição de incrementos de ancoragem levou a um acréscimo na resistência das peças, mais efetivo que o aumento do número de camadas, para o caso deste trabalho. / The lack of maintenance, the change in loadings, project and execution failures, and even failures of constituent materials of a structural part lead to the necessity of applying a structural reinforcement. Among these methods highlights the structural reinforcement with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). This research has the objective to examine whether there is a good relationship between laboratory tests and a simulation model of reinforced concrete beams strengthened in bending with CFRP, in addition to analyze the influence of anchorage increments application in the structural behavior. The computacional model was developed in the comercial software ANSYS, by the utilization of the Finite Element Modeling for the structural analysis. The resistance gain with the implementation of one and two layers of CFRP was evaluated compared with the reference beam. The concrete – reinforce interface was considered in the computacional simulation, since the active efforts in this area are the reason of this type of structure failure. Thus, the Cohesive Zone Model was used for the interface representation. In relation to the experimental tests, beyond the number of layers variation, it was also evaluated the influence of anchorage increments application in the structural behavior. As results, it was obtained a good accuracy of the computacional models and the experimental tests in relation to the rupture load, in addition to the displacements values for the reinforced beams. However, the strain values achieved by the computacional model were higher than the experimental analysis rate values. Besides, it was also noticed that the beams had an increase of the stiffness with the addition of the reinforced layers. Furthermore, it was verified that the anchorage increments application caused an increase of the resistance, even more efficient than the addition of layers, for this case of study.

A presente dissertação propõe a resolução do problema de flexão estocástica em uma viga Euler-Bernoulli, sobre uma fundação do tipo Pasternak, através de um método computacional baseado na simulação de Monte Carlo. A incerteza está presente nos coeficientes elásticos da viga e da fundação. Primeiramente, é estabelecida a formulação matemática do problema que é oriunda, de um modelo físico de deslocamento da viga, que leva em consideração a influência da fundação sobre a resposta do problema. Portanto foi realizado um estudo a cerca dos modelos mais usuais de fundação, que são: o modelo do tipo Winkler, e modelo de Pasternak. Logo a seguir foi provado que o problema variacional abstrato, derivado da formulação forte do problema, apresenta solução e esta é única. Para a obtenção da solução do problema, foi realizada uma fundamentação matemática, dos seguintes assuntos: representação da incerteza, método de Galerkin, série de Neumann, e por fim das cotas inferiores e superiores. Finalmente, o desempenho das cotas inferiores e superiores, em relação à simulação de Monte Carlo direto, foram avaliadas através de vários casos, nos quais a incerteza repousa sobre os diversos coeficientes que compõe a equação de flexão na forma de um problema variacional. A metodologia mostrou-se eficiente, tanto no aspecto da convergência da resposta quanto no que se refere ao custo computacional. / This work proposes the resolution of stochastic bending problem in a Euler- Bernoulli beam, on a foundation type Pasternak, through a computational method based on Monte Carlo simulation. Uncertainty is present in the elastic coefficients of the beam and foundation. First, it is established the mathematical formulation of the problem which is derived from a physical model displacement of the beam, that takes into account the influence of the foundation on the problem of response. This requires an approach that is made up on the most common models of foundation, which are: the model Winkler type and model of Pasternak.In sequence we study the existence and uniqueness of the variational problem. To obtain the solution of the problem, a mathematical reasoning is carried out, to the following matters: representation of uncertainty, Galerkin method, serial Neumann, and finally the lower and upper bounds. Finally, the performance of lower and upper bounds, derived from direct simulation of Monte Carlo were evaluated through various cases where the uncertainty lies in the different coefficients composing the equation bending as a variational problem. The method proved to be efficient, both in the response of the convergence point as regards the computational cost.

O presente trabalho apresenta uma análise numérica do desempenho térmico de painéis construídos utilizando o sistema light steel framing (LSF) submetido a ação térmica decorrente de um incêndio. O objeto de estudo foram painéis utilizados na construção de duas casas modelo localizadas na Universidade Tecnológica Federal do Paraná campus Curitiba, construídas com materiais disponíveis comercialmente no Brasil e as análises utilizaram propriedades disponibilizadas pelos fabricantes e pela norma brasileira. A análise numérica foi realizada no software ANSYS, com base no método dos elementos finitos em análise térmica transiente. O modelo foi validado com base em comparação com análises experimentais pesquisadas na literatura. Quatro painéis obtidos das casas modelo foram analisados. Os painéis que utilizaram lã de PET para preenchimento da cavidade foram também analisados com preenchimento de lã de vidro. Um painel simples, com a cavidade preenchida por ar foi analisado para ser usado como referência. Por fim, com a utilização de coeficientes de redução da resistência ao escoamento propostos pela ABNT NBR 14323:2001, determinou-se a redução da resistência do aço do perfil de acordo com o tempo de exposição ao incendio e o tempo de resistência ao fogo dos perfis. Com base nos resultados obtidos é possível afirmar que mesmo para os paneis com pior desempenho, a proteção obtida pode ser suficiente, a depender do carregamento aplicado ao montante e do Tempo requerido de resistência ao fogo necessário. O presente trabalho apresenta informação relevante sobre o desempenho térmico em situação de incêndio do sistema LSF constituído com materiais brasileiros. / The thermal performance of light steel framing (LSF) panels was the objective of this study. The study subject was panels used in the construction of two model houses located at Federal Technology University – Parana, built with materials commercially available in Brazil. The analysis was set with material properties from the manufacturer and in compliance with the Brazilian regulation, using the finite element method for a transient thermal analysis. The model validation was based on experimental tests available in the literature. Based on the validated model, the four panels have been analyzed. Two of the panels used PET wool in the cavity for insulation and the analysis was repeated with them replacing it for glass wool. A panel with no insulation was also analyzed to be used as reference. Based on the analysis results and the resistance reduction coefficients proposed by ABNT NBR 14323:2001, the resistance decrease of the studs due to the fire exposure and the panels resistance to fire were determined. Based on the obtained results, it can be affirmed that, depending on the applied load and the required Equivalent time of fire exposure, even the less protective configuration of the panels presented can be viable. The current study presented relevant information about the performance of LSF manufactured in Brazil when exposed to fire.

CAPES / A falta de manutenção, a mudança de carregamentos, as deficiências de projeto, de execução e até mesmo dos materiais constituintes de uma peça estrutural podem levar à necessidade de aplicação de um reforço estrutural. Dentre estes métodos se destaca o reforço estrutural com Compósitos Reforçados com Fibra de Carbono (CRFC). Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento estrutural por meio de métodos experimentais e modelagem numérica de vigas biapoiadas de concreto armado reforçadas à flexão com CRFC, além de analisar a influência da adição de incrementos de ancoragem no comportamento da peça. O modelo computacional foi desenvolvido no software comercial ANSYS, por meio da utilização do Método dos Elementos Finitos. Foi avaliado o ganho de resistência com a implantação de uma e duas camadas de CRFC em comparação à viga sem reforço. A interface concreto – reforço foi considerada na simulação computacional, uma vez que os esforços atuantes nesta região geralmente são a causa da ruptura neste tipo de peça. Para isso, foi utilizado o Modelo da Zona de Coesão como método de representação da interface. Em relação ao programa experimental, além da variação do número de camadas de reforço, também foi avaliada a influência da adição de incrementos de ancoragem lateral no comportamento das vigas estudadas. Como resultados, foi alcançada uma boa acurácia entre os modelos computacionais e a análise experimental em relação ao valor da carga última de cada situação analisada, bem como em relação ao valor de deslocamento encontrado para as vigas reforçadas. Entretanto, percebeu-se que os valores das deformações obtidos no modelo computacional foram superiores à média dos valores encontrados na análise experimental. Além disso, observou-se também que as vigas tiveram sua rigidez aumentada com o acréscimo de camadas de reforço. Ademais, foi verificado que a adição de incrementos de ancoragem levou a um acréscimo na resistência das peças, mais efetivo que o aumento do número de camadas, para o caso deste trabalho. / The lack of maintenance, the change in loadings, project and execution failures, and even failures of constituent materials of a structural part lead to the necessity of applying a structural reinforcement. Among these methods highlights the structural reinforcement with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP). This research has the objective to examine whether there is a good relationship between laboratory tests and a simulation model of reinforced concrete beams strengthened in bending with CFRP, in addition to analyze the influence of anchorage increments application in the structural behavior. The computacional model was developed in the comercial software ANSYS, by the utilization of the Finite Element Modeling for the structural analysis. The resistance gain with the implementation of one and two layers of CFRP was evaluated compared with the reference beam. The concrete – reinforce interface was considered in the computacional simulation, since the active efforts in this area are the reason of this type of structure failure. Thus, the Cohesive Zone Model was used for the interface representation. In relation to the experimental tests, beyond the number of layers variation, it was also evaluated the influence of anchorage increments application in the structural behavior. As results, it was obtained a good accuracy of the computacional models and the experimental tests in relation to the rupture load, in addition to the displacements values for the reinforced beams. However, the strain values achieved by the computacional model were higher than the experimental analysis rate values. Besides, it was also noticed that the beams had an increase of the stiffness with the addition of the reinforced layers. Furthermore, it was verified that the anchorage increments application caused an increase of the resistance, even more efficient than the addition of layers, for this case of study.

A presente dissertação propõe a resolução do problema de flexão estocástica em uma viga Euler-Bernoulli, sobre uma fundação do tipo Pasternak, através de um método computacional baseado na simulação de Monte Carlo. A incerteza está presente nos coeficientes elásticos da viga e da fundação. Primeiramente, é estabelecida a formulação matemática do problema que é oriunda, de um modelo físico de deslocamento da viga, que leva em consideração a influência da fundação sobre a resposta do problema. Portanto foi realizado um estudo a cerca dos modelos mais usuais de fundação, que são: o modelo do tipo Winkler, e modelo de Pasternak. Logo a seguir foi provado que o problema variacional abstrato, derivado da formulação forte do problema, apresenta solução e esta é única. Para a obtenção da solução do problema, foi realizada uma fundamentação matemática, dos seguintes assuntos: representação da incerteza, método de Galerkin, série de Neumann, e por fim das cotas inferiores e superiores. Finalmente, o desempenho das cotas inferiores e superiores, em relação à simulação de Monte Carlo direto, foram avaliadas através de vários casos, nos quais a incerteza repousa sobre os diversos coeficientes que compõe a equação de flexão na forma de um problema variacional. A metodologia mostrou-se eficiente, tanto no aspecto da convergência da resposta quanto no que se refere ao custo computacional. / This work proposes the resolution of stochastic bending problem in a Euler- Bernoulli beam, on a foundation type Pasternak, through a computational method based on Monte Carlo simulation. Uncertainty is present in the elastic coefficients of the beam and foundation. First, it is established the mathematical formulation of the problem which is derived from a physical model displacement of the beam, that takes into account the influence of the foundation on the problem of response. This requires an approach that is made up on the most common models of foundation, which are: the model Winkler type and model of Pasternak.In sequence we study the existence and uniqueness of the variational problem. To obtain the solution of the problem, a mathematical reasoning is carried out, to the following matters: representation of uncertainty, Galerkin method, serial Neumann, and finally the lower and upper bounds. Finally, the performance of lower and upper bounds, derived from direct simulation of Monte Carlo were evaluated through various cases where the uncertainty lies in the different coefficients composing the equation bending as a variational problem. The method proved to be efficient, both in the response of the convergence point as regards the computational cost.

Limitações de altura são frequentemente impostas à edificações de múltiplos pavimentos por regulamentos de zoneamento urbano, aspectos econômicos e considerações estéticas. Um pé-direito alto é normalmente requerido para se permitir a passagem de tubulações e dutos de grande diâmetro sob vigas de aço, conduzindo muitas vezes à alturas inaceitáveis entre pavimentos de edificações. Várias são as soluções possíveis para se resolver tal inconveniência, dentre elas pode-se citar: Vigas com inércia variável, stub girders , treliças mistas e vigas misuladas. Outra solução frequentemente utilizada é a abertura de furos na alma das vigas d e aço para a passagem das tubulações de serviço. A presente dissertação tem por objetivo avaliar e descrever o comportamento estrutural de vigas de aço com aberturas de diferentes tamanhos e formas na alma. Outro propósito deste trabalho de pesquisa é a avaliação dos parâmetros que influenciam diretamente a capacidade de resistência das vigas com diferentes tipos de abertura na alma, tais como: Tipo de furo, localização do furo ao longo do vão, altura do furo em relação à altura do perfil, esbeltez da alma, localização da carga solicitante ao longo do vão, entre outros. Também é objetivo deste trabalho, a avaliação dos diferentes mecanismos de ruína para as vigas com aberturas na alma e as causas que conduziram o colapso das mesmas. Finalmente, apresenta-se um estudo da eficácia de enrijecedores longitudinais nos locais de abertura da alma das vigas de aço. A metodologia empregada para tal estudo baseou-se em uma análise paramétrica com o auxílio do método numérico dos elementos finitos. / Height limitations are frequent in multi-storey buildings due to zoning regulations, economic requirements and esthetical considerations . In order to provide the passage of large pipes and ducts beneath steel beams, huge spaces are normally required, leading many times to unacceptable heights between storeys. There are many possible solutions to solve these problems, such as: Tapered beams, stub girders, composite trusses and haunched beams. Another frequent solution is the opening of holes in the web beam steel to enable the passage of the services. This dissertation has the objective of evaluating and describing the structural behavior of steel beams with web openings of different shapes and sizes. Another aim of this research work is the evaluation of the parameters that directly influence the load carry capacity of the beams with different web openings, such as: Holesh ape, the location of the opening throughout the span, the height hole to height profile ratio, the web slenderness and the location of the load point throughout the span. The evaluation of the different failure mechanisms of steel beams with web openings and the reasons that conducted the collapse of them are also focused on the present work. Finally, a study of the efficiency of the use of longitudinal stiffeners at web openings locations is also presented. The methodology employed for such study was based on a parametric analysis based on the finite elements method.

O objetivo deste trabalho é apresentar e descrever algumas técnicas de controle que podem ser aplicadas no estudo e simulação das vibrações de estruturas flexíveis como pontes submetidas a. excitações de cargas dinâmicas c de excitações Sísmicas. É prosposto um critério de otimização para as localizações de sensores e atuadores baseados nos conceitos gramanianos de controlabilidade e observabilidade. São investigados os desenhos de sistemas de controle para minimizar a resposta de vibração da ponte sujeita a uma carga dinâmica baseados nos conceitos de controle ótimo. É considerado o controle da resposta dinâmica da estrutura da ponte devido a uma excitação sísmica com o uso de técnicas de controle ótimo instantâneo. / The objetive of this work is to describe some control techniques that can be employed for the estudy and simulation of vibrations with flexible structures such as brigdes subject to excitations dueto dinamicalloads and seismic excitations. An optimal criterion for the location of the sensors and actuators, based on the concepts of controllability and obscrvability gramiaus is proposed. The design of control systems for minimizing the response of the vibration of a brigde subject to a dinamicalload is based on optimal control concepts. We consider the control the dynamical response of the brigde structure due to a seismic excitation by using instantaneous optimal control techniques.