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Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Nas últimas duas décadas, tem-se observado em diversos países um ressurgimento do interesse pelos perfis de aço alveolares, devido às vantagens técnicas e arquitetônicas que eles oferecem em relação aos perfis I de alma cheia. Este fenômeno se dá numa época em que ocorre uma grande difusão dos sistemas de piso misto de aço e concreto, hoje largamente utilizados no contexto da construção civil, por suas vantagens estruturais e construtivas em relação a outras soluções estruturais. Nos últimos anos, tem crescido o interesse pelo uso de vigas celulares mistas, incluindo a alternativa com perfil monossimétrico. Como a fabricação de vigas celulares já envolve processos de corte e solda, torna-se prática a montagem de perfis monossimétricos, onde o tê mais robusto é disposto na parte inferior da seção e o mais esbelto na parte superior, já que esta última fica solicitada por esforços de menor magnitude do que a metade inferior. Dada a escassez de estudos sobre o assunto, o objetivo deste trabalho é a avaliação do comportamento estrutural de vigas mistas celulares com perfil monossimétrico e do comportamento estrutural de vigas celulares monossimétricas quanto à flambagem do montante de alma, por meio de simulação numérica usando o Método dos Elementos Finitos, considerando análise não-linear geométrica e de material. A modelagem numérica foi validada com resultados experimentais disponíveis na literatura. A partir dos resultados numéricos obtidos, propõe-se uma adaptação para uma formulação de cálculo existente, destinada a perfis celulares duplamente simétricos, que a generaliza para vigas mistas celulares com perfil monossimétrico ou duplamente simétrico. Por fim, é apresentada uma análise do rendimento estrutural de vigas celulares mistas com perfil monossimétrico em relação a vigas similares com perfil duplamente simétrico. Palavras-chave: Estruturas de aço. Vigas celulares. Vigas mistas. Perfil monossimétrico. Flambagem do montante de alma. For the past two decades, in many countries, there has been a renewed interest for castellated steel beams due to their technical and architectural advantages in comparison to solid-web beams. This phenomenon is happening due to a large diffusion of composite steel and concrete flooring systems, largely employed in civil construction today for their structural and constructive advantages. In recent years, the interest in composite cellular beams has increased, including the monosymmetric option. Since the manufacturing of cellular beams already involves cutting and welding processes, monosymmetric beams are practical to assemble, with the robust ‘T’ on the bottom of the section and the slender ‘T’ on top, since this latter part is subject to smaller forces than the bottom half. Given the scarce research available on this subject, the purpose of this work is to evaluate the structural behavior of composite castellated beams with a monosymmetric cross-section through a finite elements numerical simulation, employing geometric and material non-linear analysis. The numerical model was validated through experimental results available in previous works. An adaptation for an existing calculation formula is proposed based on the numerical results obtained, appropriate for doubly symmetric cellular beams, which makes the formula applicable to both monosymmetric and doubly symmetric composite cellular beams. Finally, an analysis of the structural performance of monosymmetric composite cellular beams in comparison to similar, doubly symmetric beams is presented. Keywords: Steel structures. Cellular beams. Composite beams. Monosymmetric beam. Web- post buckling.

Orientadores: Cilmar Donizeti Basaglia, João Alberto Venegas Requena Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: Devido aos elevados níveis de esbeltez frequentemente exibidos pelas barras de aço formadas a frio, a sua eficiência estrutural é fortemente condicionada pela ocorrência de fenômenos de instabilidade (flambagem) locais, distorcionais e/ou globais. Uma forma de aumentar a resistência dessas barras às instabilidades locais e distorcionais, consiste na inclusão de enrijecedores longitudinais intermediários nas placas/paredes que compõem a seção transversal do barra (quase sempre na alma, mas muitas vezes também nas mesas) ¿ a maioria destes enrijecedores intermediários exibem configurações dos tipos em V, Trapezoidal, e em Z. Estes enrijecedores intermediários reduzem a "esbeltez local" das paredes que compõem as seções transversais do perfil, na medida em que elas ficam subdivididas em segmentos de menor largura. Assim, a elaboração, validação e calibração de metodologias e fórmulas de dimensionamento para tais barras requer a aquisição de um conhecimento aprofundado sobre os seus comportamentos de estabilidade e pós-flambagem, o que envolve identificar os modos de instabilidade relevantes, calcular as tensões de bifurcação que lhes estão associadas e determinar as correspondentes trajetórias de pós-flambagem e capacidades resistentes. O objetivo deste trabalho é apresentar e discutir os resultados de uma investigação numérica que consiste em avaliar a estabilidade e a pós-flambagem de barras de aço formados a frio, submetidas à compressão axial uniforme, com seções do tipo C e exibindo enrijecedores longitudinais intermediários na alma e/ou nas mesas. Por meio de um estudo paramétrico utilizando a Teoria Generalizada de Vigas (Generalised Beam Theory em inglês - GBT), procura-se identificar o "enrijecimento ótimo", avaliando-se a influência da quantidade, dimensão e do tipo dos enrijecedores nos valores de carga crítica e nas configurações dos correspondentes modos de instabilidade. Em seguida, são realizadas análises de pós-flambagem, em regime elasto-plástico, através de elementos finitos de cascas, proporcionando uma maior compreensão dos aspectos mecânicos relativos ao comportamento não-linear destas barras enrijecidos Abstract: Due to the high slenderness of their walls, the structural efficiency of cold-formed steel members is strongly conditioned by the occurrence of local, distortional and/or global buckling phenomena. One possible way of improving the column resistance against the local and distortional failures consists in the inclusion of longitudinal intermediate stiffeners in the walls of the member cross-section (usually in the web, but often also at the flanges) ¿ most of these intermediate stiffeners exhibit shapes of the types in V, Trapezoidal and Z. These intermediate stiffeners reduce the wall local slenderness that compose the member cross-sections, once they are subdivided into segments of smaller width. Thus, the elaboration, validation and calibration of procedures and design formulae for such members require the acquisition of in-depth knowledge about their buckling and post-buckling behaviours, which involve (i) identifying the relevant buckling modes, (ii) evaluating the associated bifurcation stresses and (iii) determining the corresponding post-buckling equilibrium paths and ultimate strengths. The objective of this work is to present and discuss the numerical investigation results, which consist of assessing the buckling and post-buckling behaviours of cold-formed steel members, subjected to uniform axial compression, with lipped channel cross-section and exhibiting longitudinal intermediate stiffeners at the web and/or flanges. Through a parametric study, using the Generalised Beam Theory (GBT), was sought to finding the "optimal stiffening", which permitted evaluating the influence of the amount, size and type of the stiffeners on the critical buckling loads and the corresponding buckling mode shapes. Then, post-buckling analyses were performed in elastic-plastic regime, by means of shell finite element models, providing a better understanding of the mechanical aspects of the nonlinear behavior of these stiffened members Mestrado Estruturas e Geotécnica Mestre em Engenharia Civil

Submitted by Franciene Aguiar (franciene.aguiar@ucb.br) on 2019-09-30T19:50:33Z No. of bitstreams: 1 LucasDiogoCaixetaTCCGraduacao2019.pdf: 1380504 bytes, checksum: aded1429b876e188c7624bb5f2c28720 (MD5) Approved for entry into archive by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2019-10-24T17:13:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LucasDiogoCaixetaTCCGraduacao2019.pdf: 1380504 bytes, checksum: aded1429b876e188c7624bb5f2c28720 (MD5) Made available in DSpace on 2019-10-24T17:13:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LucasDiogoCaixetaTCCGraduacao2019.pdf: 1380504 bytes, checksum: aded1429b876e188c7624bb5f2c28720 (MD5) Previous issue date: 2019 Progressivamente, as ferramentas computacionais têm ganhado espaço na engenharia civil, pois possibilitam maior agilidade e segurança na execução de tarefas. Na análise e no dimensionamento de vigas metálicas, por exemplo, os softwares conseguem auxiliar o engenheiro a obter resultados de maneira mais rápida e confiável, quando comparados aos processos manuais, visto que o cálculo dessas estruturas exige a resolução de extensas equações. Portanto, o presente trabalho possui o objetivo de desenvolver um programa, através da linguagem de programação Java e com o auxílio do software NetBeans IDE, capaz de analisar vigas metálicas por meio da verificação dos critérios exigidos pela Norma Brasileira (NBR 8800:2008 – Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios). Dessa forma, foi possível criar um software intuitivo, prático e eficiente, que auxilia tanto profissionais quanto estudantes a calcular vigas metálicas.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Em virtude dos incêndios de grandes proporções ocorridos no Brasil, que resultaram em graves perdas nos últimos anos, diversos estudos vêm sendo desenvolvidos visando a elaboração de critérios para dimensionamento de estruturas em situação de incêndio. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento estrutural de vigas casteladas de aço em situação de incêndio com ênfase nos modos de falha por plastificação, por meio de simulação numérica. Foram desenvolvidos e validados modelos capazes de simular o comportamento das vigas alveolares de aço em temperatura ambiente. Com base nestes modelos numéricos, foram realizadas análises em condições isotérmicas de temperatura a 400 °C, 500 °C, 600 °C e 700 °C, simulando o aquecimento dos perfis por meio da degeneração das propriedades dos materiais. Os resultados obtidos possibilitaram analisar o comportamento das vigas em situação de incêndio e em temperatura ambiente, bem como propor modelos de predição da resistência para os modos de falha relacionados à plastificação, que podem ser utilizados para verificação tanto em temperatura ambiente quanto em situação de incêndio. O modelo proposto para predição da resistência à flambagem do montante de alma de vigas casteladas, que contempla a falha por escoamento do montante, apresentou resultados compatíveis com os obtidos numericamente, para todas as temperaturas analisadas, e melhores que outros modelos pré-existentes. O estudo representa um avanço para análise e projeto de vigas alveolares de aço em situação de incêndio. Due to the large fires that occurred in Brazil, which have resulted in serious losses in recent years, several studies have been developed aiming at the elaboration of criteria for designing structures in fire situations. In this context, the aim of this study was to evaluate the structural behavior of steel beams in fire with emphasis on failure modes by plastification, by numerical models. Models capable of simulating the behavior of alveolar steel beams at environment temperature were developed and validated. Based on numerical models, analyzes were performed under isothermal temperature conditions at 400 °C, 500 °C, 600 °C and 700 °C, simulating the heating of the profiles by means of the degeneration of the properties of the materials. The results allowed to analyze the behavior of beams in fire and in environment temperature, as well as to propose models for predicting the resistance of failure modes related to plastification, which can be used for checking both at room temperature and in a fire situation. The proposed model to predict the resistance to the web-post buckling of castellated beams presented results compatible with those obtained numerically, for all temperatures analyzed, and better than other pre-existing models. The study represents an advance for the analysis and design of alveolar steel beams in fire situation.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2018. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF). Com o passar dos anos a preocupação com a integridade estrutural das construções vem sendo crescente. Dentre os numerosos métodos para avaliação da integridade estrutural destacam-se aqueles baseados na observação das propriedades dinâmicas, uma vez que frequências e modos dependem, fundamentalmente, da rigidez estrutural. Os métodos que avaliam esta alteração na rigidez demandam de um monitoramento contínuo da estrutura, e a busca de metodologias adequadas para o tratamento do vasto conjunto de dados coletados se faz necessária. Nesse sentido, as Redes Neurais Artificiais (RNAs) constituem uma ferramenta interessante para o tratamento destes dados. Entretanto, os efeitos ambientais, como temperatura, umidade e vento, limitam a aplicação bem-sucedida destes métodos. Dentre os efeitos ambientais mencionados a temperatura se destaca, por ser capaz de camuflar a influência provocada por pequenos danos. Com base no exposto, este trabalho apresenta um estudo sobre a influência que a variação da temperatura gera nas propriedades dinâmicas e, consequentemente, no método de avaliação de dano buscando uma alternativa de avaliação que supere estes problemas. Os dados utilizados para a construção deste estudo foram obtidos através do software de elementos finitos ANSYS, com o qual foram criados modelos numéricos de viga na configuração intacta, em diversas temperaturas, e com diferentes cenários de danos. Estes dados foram utilizados em diferentes RNAs com o algoritmo de aprendizagem backpropagation para construir uma ferramenta capaz de localizar danos, visto que pouco se conhece sobre a utilização de RNAs para avaliação de dano levando em consideração os efeitos provocados por mudanças na temperatura. Por fim, com o objetivo de analisar o desempenho das RNAs criadas diante de problemas reais, estas foram testadas com dados experimentais. Over the years the concern with the structural integrity of the constructions has been increasing. Among the many methods for evaluating structural integrity, those based on the observation of dynamic properties stand out, since frequencies and modes depend fundamentally on structural rigidity. The methods that evaluate this change in rigidity, demand a continuous monitoring of the structure, and the search for suitable methodologies for the treatment of the vast set of collected data becomes necessary. In this sense, Artificial Neural Networks (ANNs) constitute an interesting tool for the treatment of these data. However, environmental effects, such as temperature, humidity and wind, limit the successful application of these methods. Among the mentioned environmental effects the temperature stands out, being able to camouflage the influence caused by small damages. Based on this discussion, this work presents a study on the influence that the temperature variation generates on the dynamic properties and, consequently, on the damage evaluation method looking for an alternative evaluation that overcomes these problems. The data used for the construction of this study were obtained through ANSYS finite element software, with which numerical models of beam were created in intact configuration, at different temperatures, and with different damage scenarios. These data were used in different ANNs with the backpropagation learning algorithm to construct a tool capable of locating damage, since little is known about the use of RNAs for damage assessment taking into account the effects caused by changes in temperature. Finally, with the purpose of analyzing the performance of ANNs created in the face of real problems, the ANNs were tested with experimental data.

OLIVEIRA, Tiago Ancelmo de Carvalho Pires de, também é conhecido(a) em citações bibliográficas por: PIRES, Tiago Ancelmo de Carvalho O surgimento de novas tecnologias construtivas em estruturas metálicas e avanços tecnológicos nos métodos existentes são de grande importância para a contínua conquista do mercado de estruturas. A utilização do aço como sistema construtivo, no Brasil, por exemplo, já não é mais uma novidade no mercado, porém as estruturas de concreto ainda são predominantes. A protensão é uma representação disso, pois em grande maioria é utilizada em estruturas de concreto, porém esta técnica vem sendo aplicada, com certa frequência, para reforços de estruturas metálicas, além de projetos de pontes e passarelas. A técnica de protensão é utilizada nos perfis metálicos visando o aumento da capacidade resistente do perfil, resultando em uma economia de material. Ela também é utilizada para a redução das deflexões totais sob as cargas de serviço, resultando em uma capacidade de atingir maiores vãos com alturas de perfis menores. Diante disso, o presente trabalho apresenta um estudo paramétrico de análise de vigas metálicas, em perfil I, com bitolas comerciais no mercado brasileiro, submetidas a esse esforço de protensão. Com isso, analisou-se o comportamento das vigas metálicas e a metodologia construtiva, observando os resultados de acordo com a NBR8800. Para tanto, o estudo foi realizado com auxílio de softwares de elementos finitos, sendo posteriormente analisada, experimentalmente, a aplicação de esforços de protensão nas vigas metálicas, realizando comparações entre os resultados numéricos e experimentais. Por fim, foi proposto um método construtivo que utiliza a protensão em vigas metálicas para reduzir os deslocamentos de vigas submetidas as cargas usuais em pavimentos, analisando o estado limite de utilização (ELU). Visa-se que este método seja direcionado para edifícios de múltiplos andares, visto que ainda é o grande mercado dominado pelas estruturas de concreto armado. The emergence of new constructive technologies in metallic structures and technological advances in the existing methods are of great importance for the continuous conquest of the structure market. The use of steel as a construction system in Brazil, for example, is no longer a novelty in the market, but concrete structures are still predominant. The prestress is a representation of this, since in the majority is used in concrete structures, but this technique has been applied, with some frequency, for reinforcements of metallic structures, besides projects of bridges and catwalks. The prestressing technique is used in metal profiles to increase the strength of the profile, resulting in material savings. It is also used to reduce total deflections under service loads, resulting in an ability to achieve higher spans with smaller profile heights. Therefore, the present work will present a parametric study of the analysis of metal beams, in profile I, with commercial gauges in the Brazilian market, submitted to this effort of pretension. With this, we intend to analyze the behavior of the metal beams and the constructive methodology, observing the results according to the NBR8800. In order to do so, the study will be carried out with the help of finite element software, after which the application of prestressing efforts in the metal beams will be analyzed experimentally, making comparisons between numerical and experimental results. Finally, a constructive method will be proposed that uses the prestress in metal beams to reduce the displacements of beams subjected to the usual loads in pavements, analyzing the state limit of service (SLS), where this method will be directed to multi-storey buildings, seen that this is still the great market dominated by reinforced concrete structures.

Orientador: Prof Dr Marco André Argenta Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Construção Civil. Defesa : Curitiba, 12/11/2018 Inclui referências: p.78-79 Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia para determinacao da rigidez rotacional de ligacoes metalicas parafusadas viga-pilar com chapa de topo nao estendida, atraves de analise numerica tridimensional com elementos finitos e do metodo proposto pelo Eurocode 3. A elaboracao de projetos estruturais ainda e feita considerando a simplificacao do comportamento das ligacoes, porem atualmente os projetos estruturais demandam solucoes mais eficientes e economicas, o que pode ser alcancado com a analise de ligacoes considerando a semirrigidez rotacional. Neste trabalho a simulacao do carregamento da estrutura foi feita por uma analise numerica tridimensional com auxilio do software ANSYSR, onde foram medidas as deformacoes locais e globais dos elementos da ligacao para o calculo da rigidez rotacional. O foco principal deste trabalho e a analise da rigidez rotacional das ligacoes metalicas viga-pilar ligados por quatro parafusos, e a descricao do comportamento e influencia de cada elemento que compoem a ligacao na rigidez rotacional, de forma a acrescentar informacoes sobre o comportamento local dos elementos que formam a ligacao e o comportamento global da estrutura. Para isso foram simulados modelos de ligacao variando os perfis da viga e do pilar, a espessura da chapa de topo e o diametro dos parafusos, e foi feita a analise do efeito da variacao destas dimensoes no deslocamento das abas da mesa do pilar e da chapa de topo, no alongamento do fuste dos parafusos, na deformacao da alma do pilar, na rotacao local da ligacao e na rotacao global do pilar. Tambem foram propostas equacoes para delinear e simplificar o deslocamento da alma do pilar, mesa do pilar e chapa de topo. Palavras-chaves: Ligacoes Metalicas Parafusadas; Chapa De Topo nao estendida; Semirrigidez De Ligacoes. Abstract: This work presents a numerical analysis of the rotational stiffness of steel bolted beam to column connections with end plate, using a 3D numerical analysis with finite elements, and the method proposed by Eurocode 3. The design of structural projects is still made considering the simplification of the behavior of the connections, but currently the structural projects demand more efficient and economic solutions, which can be achieved with the analysis of the structure considering the semi-rigidity of the connection. In this work the 3D numerical analysis was made on the software ANSYSR, where the structural loading was simulated, and the connection local and global deformations for the calculation of the rotational stiffness were measured. The main focus of this work was analyzing the rotational stiffness of four bolts steel beam to column connections, and describe the behaviour and influence of each connection element in the rotational stiffness of the connection, in order to add information about the local behavior of the elements that constitute the connection and the overall behavior of the structure. In order to do this,the connection models were simulated varying the beam and collumn profiles, the tickness of the end plate, and the diameter of bolts, and it was also made an analysis of the effect of the variation of these dimensions on the displacement of the column flanges and of the flushed end plate, the elongation of the bolts shaft, the deformation of the column web, the local rotation of the connection and the global rotation of the column. Expressions were also proposed to delineate and simplify the displacement of the column web, column flange, and end plate. Key-words: Steel Bolted Connections; Flushed End Plate; Semi Rigid Connections.

Orientador: Prof. Dr. Marcos Arndt Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. Defesa : Curitiba, 22/03/2018 Inclui referências: p.157-169 Área de concentração: Estruturas Resumo: As ligações viga-coluna e coluna-base são usualmente assumidas como perfeitamente rígidas (engastadas) ou idealmente rotuladas em relação aos esforços solicitantes; contudo, experimentos demonstraram que o comportamento real das ligações é intermediário entre os extremos de perfeitamente rígidas e idealmente rotuladas, caracterizado como semirrígidez. Quando falamos de análise estrutural, tradicionalmente realiza-se uma análise linear elástica de primeira ordem, porém, uma análise inelástica de segunda ordem condiz com uma análise mais realista e melhor caracteriza o comportamento estrutural. O presente trabalho tem como objetivo verificar a influência das ligações semirrígidas ao variar a análise estrutural empregada (linear de primeira ordem e inelástica de segunda ordem); a influência da ligação metálica da estrutura; a influência da semirrígidez ao variar os modelos que descrevem a curva momento rotação das ligações; e por fim, a influência da semirrígidez nas ligações coluna-base da estrutura. Os resultados das análises apresentam influência significativa nos parâmetros analisados, como os deslocamentos, distribuição dos esforços internos e frequências de vibração da estrutura devido a consideração da semirrígidez nas ligações viga-coluna e coluna base, indicando a importância dos estudos e considerações da semirrígidez nas análises estruturais. O software NIDA - Non-linear Integrated Design and Analysis - foi utilizado para obtenção dos resultados. Palavras-chave: Ligação semirrígida; Ligação coluna-base; Análise não linear; Modelo Multilinear. Abstract: The beam-column and base-column connections are usually assumed to be perfectly rigid or ideally pinned in relation to the requesting efforts; however, experiments have demonstrated that connections are classified between the extremes of fully rigid connections and frictionless pinned connections, characterized as semi-rigidity behavior. When we speak of structural analysis, a linear first-order elastic analysis is traditionally performed, but a second-order inelastic analysis is consistent with a more realistic and better characterized structural behavior. The present paper has as objective to analyze the influence of the semi-rigid connections by varying the structural analysis used (linear of first order and inelastic of second order); the influence of the steel connection of the structure; the influence of semi-rigidity by different moment-rotation formulations that describe the connections; and finally, the influence of semi-rigidity on the column-base connections of the structure. The results of the analyzes show a significant influence on the analyzed parameters, such as the displacements, internal stress distribution and vibration frequencies of the structure due to the consideration of semi-rigidity in the beam-column and columns-base connections, indicating the importance of the studies and semi-rigidity considerations in the analyzes structures. NIDA software - Non-linear Integrated Design and Analysis - was used to obtain the results. Keywords: Semi-rigid connection; Column-Base connection; Non-linear analysis; Multi-linear model.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais Este trabalho consistiu de um estudo amplo sobre o comportamento estrutural de vigas casteladas de aço com foco no Estado Limite de Flambagem do Montante de Alma (FMA). A pesquisa envolveu um programa experimental no qual 14 vigas de três padrões geométricos diferentes foram ensaiadas à flexão simples. O processo de análise experimental, que envolveu diversas etapas, desde a fabricação dos modelos e montagem dos experimentos até ao tratamento dos dados, evidenciou a importância do controle de qualidade na fabricação e do estabelecimento de valores para os limites de imperfeições geométricas iniciais para vigas casteladas. Os resultados experimentais permitiram a elucidação de diversas questões relacionadas ao comportamento estrutural de vigas casteladas sujeitas à FMA, bem como possibilitaram a calibração de modelos numéricos capazes de simular o comportamento da viga e o do montante de alma. Com os modelos numéricos realizados no ABAQUS foi realizado um estudo paramétrico cujos resultados viabilizaram a elaboração e ajustamento de modelos semiempíricos representativos das curvas de resistência à FMA para os principais padrões de vigas casteladas de aço. Os modelos propostos, para a determinação da capacidade resistente de vigas casteladas no estado limite último de FMA, permitem descrever de maneira realista o comportamento das vigas em regime elástico ou inelástico, possibilitando a obtenção de resultados mais econômicos e seguros que os dos modelos mais antigos existentes na literatura, contribuindo para o incremento da competitividade e da sustentabilidade da solução. Palavras-chave: vigas casteladas, flambagem do montante de alma, método dos elementos finitos, análise experimental, modelagem numérica, curvas de resistência. This work presents of an extensive study on the structural behavior of castellated steel beams (CSB) focused on the ultimate limit state of web-post buckling (WPB). The research involved an experimental program in which 14 beams from three different geometric patterns were tested in bending. The process of experimental analysis, which involved several steps, from manufacturing of models and assembly of experiments to the processing of data, highlighted the importance of quality control in manufacturing and the establishment of values for the limits of initial geometric imperfections for CSB. The experimental results elucidate various issues related to the structural behavior of CSB subjected to the WPB and allowed the calibration of numerical models to simulate the behavior of the beam and the web post. With the numerical models in ABAQUS was conducted a parametric study, which made possible the establishment and adjustment of representative semi-empirical models of the WPB resistance curves for the main patterns of castellated steel beams. The proposed models, to determine the bearing capacity of castellated beams in the ultimate limit state of WPB, allow realistically describe the behavior of these beams in elastic or inelastic regime, making possible to obtain more economical and safe results than older models in the literature, contributing to increase the competitiveness and sustainability of the solution. Keywords: castellated beams, web-post buckling, finite element method, experimental analysis, numerical modelling, buckling curves.

As vigas casteladas são fabricadas a partir do corte em zigue-zague da alma de perfis I, após são deslocados e soldados, fazendo com que a viga tenha uma expansão na altura, porém sem aumentar a massa do perfil. As mesmas voltaram a ser uma opção competitiva devido aos avanços tecnológicos, que possibilitam a automação do corte e solda da alma do perfil e com o inicio das produções de perfis I laminados no Brasil em 2002. Apresenta grandes vantagens proporcionando a passagem de dutos e tubulações, aumento na rigidez no plano de flexão e boa estética. O presente trabalho apresenta um estudo analítico-numérico realizado com objetivo de verificar o comportamento de vigas casteladas e vigas casteladas mistas, a fim de apresentar e/ou propor dimensionamentos conforme a norma brasileira para as mesmas. Os trabalhos apresentados por Cimadevila (2000) e Veríssimo (2012) foram utilizados para formulação da análise de vigas casteladas. O trabalho de Lawson (2011) que aborda vigas casteladas mistas com aberturas (circulares e retangulares), que é baseado no EUROCODE 3 (2005), foi utilizado para formulação da metodologia de análise de vigas casteladas mistas. Foram realizadas planilhas para análise de vigas casteladas e vigas mistas com aberturas utilizando as metodologias estudadas, e planilhas de análise de vigas casteladas mistas com a metodologia proposta. Utilizando-se o software ANSYS as planilhas e metodologias puderam ser testadas e validadas. Foram selecionados alguns projetos de dimensionamento para comparar vigas de alma cheia, vigas casteladas, vigas mistas, vigas mistas com aberturas e vigas mistas casteladas. Castellated beams are made of metal I-beams, in which the webs are first divided by a lengthwise zigzag cut, then these parts are welded together in order to join the peaks of both parts, thus increasing its depth and strength, without mass increasing. Castellated beams are again competitive due to technological advances, which enabled automatic cut and welding the web of the I-beams, and with the beginning of the production of rolled metal I-beams in Brazil in 2002. They exhibit great advantages, such as passing of ducts and pipes, increasing bending stiffness, and having good aesthetics. This work presents analytical and numerical studies looking for analysis the behavior of castellated beams and composite castellated beams in order to develop design methods satisfying the corresponding Brazilian code. The castellated beams analysis were based in the works of Cimadevila (2000) and Veríssimo (2012). The work of Lawson (2011), which concerns composite castellated beams and is based on EUROCODE 3 (2005), was used for the formulation of the methodology of the analysis of composite castellated and cellular beams. Spreadsheets were developed for analysis of castellated beams and composite beams with web openings, using both, the studied methodologies and the suggested methodologies for the composite beams. Using ANSYS software, it was possible to test and validate the developed spreadsheets. Design projects of full web beams, castellated beams, composite beams, composite castellated beams and composite beams with web openings were selected for comparison.

Neste trabalho, foi desenvolvido e caracterizado um compósito híbrido com memória de forma (SMAHC) por meio de uma análise teórico-experimental, no regime elástico, envolvendo a fabricação de vigas laminadas. A viga híbrida foi confeccionada em matriz de epóxi reforçada com fios de SMA e mantas de fibras picadas de vidro-E, com e sem bolsa de vácuo, de cura a frio e quente. A viga possui duas camadas de fios, com e sem roving, afastadas simetricamente o máximo possível do plano médio. Também foram produzidas vigas semelhantes, com e sem fios de aço galvanizado. Os módulos de elasticidade à flexão das vigas foram comparados aos módulos de simulações analíticas. O principal objetivo foi avaliar o aumento controlado da rigidez à flexão quando os fios de Ni-Ti (SMA) foram aquecidos, por efeito Joule, de 25°C a 69°C. As vigas de SMAHC, com fração volumétrica de Ni-Ti até 2%, tiveram um aumento no módulo de elasticidade de até 6,53%, apenas mudando a fase dos fios de martensita (25ºC) para austenita (69ºC). In this paper, a shape memory alloy hybrid composite (SMAHC) was developed and characterized by theoretical and experimental analysis, in the elastic regime, involving the fabrication of laminated beams. The hybrid beam was made of epoxy matrix reinforced with SMA wires and E-glass chopped mat, with and without vacuum bag, as well as cold and hot curing. The two plies incorporating wires reinforced with roving or not, were symmetrically distributed along the thickness direction, as far as possible from the beam´s middle surface. Similar specimens were also produced, substituting the Ni-Ti (SMA) wires by cheaper galvanized steel wires. The flexure elasticity modulus of the beams was compared with those obtained analytically. The main objective was to evaluate the bending stiffness of the beams, when the temperature of the Ni-Ti wires was increased by Joule effect, from 25 ºC and 69 ºC. The SMAHC beams, with volume fraction of Ni-Ti up to 2%, presented an increase in the modulus, up to 6.53 %, by changing the phase of the wires, from the martensite (25 ºC) to the austenite (69 ºC).

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2013. A maioria dos métodos tradicionais de identificação de danos em estruturas precisa da resposta estática ou dinâmica da estrutura intacta. Nos últimos anos, alguns procedimentos utilizam somente a resposta da estrutura danificada foram desenvolvidos, obtendo-se bons resultados. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma metodologia que permite a localização de danos em estruturas com a Transformada de Wavelet. O método foi desenvolvido de forma experimental e numérica. Na análise experimental foram testadas quatro vigas (perfis-I) de aço biapoiadas, submetidas a um carregamento concentrado no meio do vão e com danos induzidos no flange dos perfis. Na análise numérica, as mesmas vigas utilizadas na análise experimental foram modeladas no ANSYS, utilizando três elementos disponíveis da biblioteca do programa. As respostas estáticas (ou deslocamentos) e as respostas dinâmicas (ou modos de vibração) foram obtidas e processadas através do MATLAB para posteriormente aplicação do método de interpolação, do método de regularização de Tikhonov, e finalmente das Transformadas Discreta e Continua de Wavelet. Os resultados obtidos mostraram que as transformadas de wavelet são capazes de detectar danos, até mesmo, de pequenas dimensões através dos coeficientes de wavelet que alcançam grandes amplitudes na região danificada. Assim sendo, o uso das transformadas de wavelet mostra-se promissor no processo de detecção e monitoramento de danos em estruturas. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT The most traditional methods of damage identification in structures need the static or the dynamic response of the intact structure. In the last years, some procedures that only use the damaged response of the structure have been developed, which obtained good results. The aim of this study was the development of a methodology that allows the location of damage in structures using Wavelet Transform. The method was developed experimentally and numerically. In the experimental analysis four simply supported steel beams (profile-I) were tested. The beams were subjected to a concentrated load at mid-span and to an induced damage in the flange of the steel I-section. For the numerical analysis was used the same beams tested in the experimental analysis. In this way, these beams were modeled in the ANSYS software using three available elements in the program library. The static (or displacements) and dynamic (or mode shapes) responses obtained were processed in MATLAB and after that an interpolation method was applied so that more data along the beams in obtained. The data from MATLAB was used to apply the Tikhonov regularization method, and finally the Discrete and Continuous Wavelet Transform. The results showed that the wavelet transforms are able to detect damage, even for small damages using the wavelet coefficients that reach large amplitudes in the damaged region. Thus, the use of wavelet transforms is promising in the detection process and monitoring of damage in structures.

Este trabalho consiste do desenvolvimento de um conector de cisalhamento em chapa dentada para estruturas mistas de aço e concreto, incluindo o estudo do seu comportamento. O trabalho envolve uma ampla investigação para definição da geometria do conector, um programa experimental, o desenvolvimento de uma equação de resistência e o treinamento de redes neurais para a predição da resposta do conector. O programa experimental, envolvendo 41 ensaios tipo push-out, conforme a EN 1994-1-1:2004, foi dividido em 3 etapas, por meio dos quais foi estudado o comportamento da conexão. Avalia-se a capacidade de carga da conexão, sua ductilidade e os modos de colapso observados, considerando-se o efeito de diversas variáveis. Os resultados demonstram que o conector proposto apresenta um comportamento adequado, com alta rigidez para cargas de serviço e boa ductilidade em estado limite último, constituindo-se numa alternativa a conectores de cisalhamento como o stud bolt e o Perfobond. This work presents the design of a shear connector for steel and concrete composite structures and an investigation of its structural behavior based on push-out test results. This shear connector consists on a steel rib with indentation that provides resistance to longitudinal shear and prevents transversal separation between the concrete slab and the steel profile (uplift). The present study comprised a large investigation to define the new connector geometry, an experimental program, the derivation of an expression for predicting the connector capacity, as well as the training of artificial neural networks toforecast the connector response under diverse conditions. The experimental program, with 41 push-out tests according to EN 1994-1-1:2004, was divided into three phases to investigate the connection behaviour. The connection capacity and ductility, as well asthe failure mechanisms observed were evaluated, regarding the influence of several parameters. The results showed that the proposed connector presents an adequate structural performance, with high stiffness for service loads and good ductility in ultimate limit state, constituting an alternative to existing shear connectors like the stud bolts and the Perfobond.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2007. Um dos sistemas mais comumente utilizados para o controle de vibrações em estruturas civis é o Amortecedor de Massa Sintonizado (AMS). Os amortecedores de massa sintonizados consistem basicamente em uma massa, uma mola e um amortecedor, os quais são conectados na estrutura, sintonizando a freqüência do amortecedor a uma freqüência particular, com o objetivo de fazer que o amortecedor vibre fora de fase com o movimento causado pelo carregamento dinâmico, transferindo-se assim a energia para o mesmo. No presente trabalho analisa-se numericamente através do software ANSYS, o número e a posição mais eficiente de Amortecedores de Massa Sintonizados para vigas com diferentes configurações de apoio, os parâmetros do AMS são calculados mediante as expressões de Den Hartog (para o caso de um único AMS) e o critério desenvolvido por Jangid (para o caso de AMS múltiplo). Para cada uma destas vigas foi realizada uma análise modal e uma serie de análises transientes com o objetivo de determinar as freqüências naturais e os modos de vibração das vigas modeladas, assim como as respostas dinâmicas máximas obtidas das estruturas analisadas sob uma condição de carregamento específica. Os resultados obtidos demonstraram reduções na resposta dinâmica máxima das vigas de mais de 80% nos casos onde a excitação da estrutura era harmônica e de mais de 45% no caso em que o carregamento aplicado nas vigas foi o carregamento aleatório executado. __________________________________________________________________________________ ABSTRACT One of the most common strategies for vibration control in civil structures is the Tuned Mass Damper (TMP). The Tuned Mass Dampers consist basically of a mass, a spring and a damper, which are connected in the structure, tuning the frequency of the damper to a particular frequency, with the objective of marking the damper oscilate out of plhase with the movement caused by the dynamic load, transferring the energy. The present work analyzes numerically, with the help of the software ANSYS, the most efficient number and position of Tuned Mass Dampers, designed by Den Hartog’s expressions (for a single TMD) and the criteria developed by Jangid (for the case of multiple TMD), in four different configurations of beams. For each one of these beams, modal and transient analyses were developed to obtain the natural frequencies and the vibration modes of the beams, as well as the dynamics maximum responses of the analyzed structures subjected to a specific load condition. The obtained results demonstrated reductions in the beam’s dynamic maximum response of more than 80% in the cases where the excitement of the structure was harmonic and more than 45% in the case in that the applied load in the beams was the executed random load.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2007. Atualmente, a grande competitividade existente no mercado da construção civil motiva estudos na busca de novos materiais e novas tecnologias. Tendo em vista o potencial de consumo do aço e as vantagens do seu emprego, torna-se importante a investigação de tecnologias para o seu melhor aproveitamento e utilização. Assim sendo, este estudo sobre a protensão de vigas de aço pretende contribuir para o aumento do uso das estruturas metálicas no mercado atual. A técnica da protensão é largamente conhecida e utilizada em estruturas de concreto, onde serve para reduzir os esforços de tração, ou até mesmo fazer a peça trabalhar apenas à compressão, obtendo-se, assim, um aproveitamento maior da capacidade resistente da seção de concreto. Já nas vigas de aço, a protensão pode ser usada com a finalidade de reforçar e recuperar estruturas metálicas existentes, e também podem servir para projetos de passarelas e pontes, como opção para atender imposições construtivas de limitação de altura de viga, ou ainda serem usadas em projetos arquitetônicos de grandes vãos. Este trabalho analisa o comportamento estrutural de vigas de aço protendidas, em perfil tipo I, indicando diretrizes para a utilização dessa técnica, e desenvolve um aplicativo para projetos e verificações de tais elementos. Este aplicativo, além de avaliar o perfil metálico de acordo com a NBR8800/1986, calcula a força e as perdas de protensão, o número de cabos e as possíveis instabilidades. Realiza-se, também, a análise das freqüências naturais e dos modos de vibração da viga metálica protendida e, ainda, a análise do comportamento dinâmico, via método dos elementos finitos e formulações analíticas, com transformadas de Laplace, numa simulação de rompimento súbito dos cabos de protensão. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT The great competitiveness observed in the civil construction market encourages, nowadays, researches on new materials and technologies. Due to the potential for an increase in steel use and its inherited advantages in front of other materials, it is important to bring new technologies for an effective use of steel structures in the building industry. Therefore, this research on prestressed steel beams aims to increase the consumption of steel structures in the current marketplace. The pretension technique is already largely known and commonly used on concrete. With this technique, the ultimate capacity of prestressed concrete sections can be substantially increased, and concrete cracks prevented or at least reduced. Prestressed steel beams may be used to reinforce or even to recover existing steel structures, they also may be used in road bridges or in bridges for pedestrians and are good options to comply with limitations imposed on the beam height, or to assist architects and engineers to overcome large spans. This study analyzes the structural behavior of prestressed beams made of steel section of type I, establishing some guidelines for the appropriate use of the pretension technique, and develops a software for the design and verification of prestressed steel beams. The software checks the beam section according to the Brazilian NBR8800/1986 code specifications and also determines the pretension force to apply in the steel beam, the prestress losses, the number of cables required and the possible steel section instabilities. This research also presents, with the help of the finite element method and analytical formulations with Laplace’s transform, the study of the natural frequencies and vibration modes of the beam and also the dynamic behavior of the prestress beam under a sudden break of the pretension cables.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2004. Na literatura técnica, existem formulações analíticas que trabalham com superfícies de interação em resultantes de tensões. Estes tipos de superfícies são importantes para evitar o processo de integração numérica, por exemplo na seção transversal, nas análises estruturais. Geralmente, as funções de escoamento f trabalham no espaço de tensões e dentro deste escopo, vê-se que a interação entre as tensões normal e tangencial pelo critério de Mises, aplicadas para os principais pontos de tensão numa seção metálica, é usualmente considerada como um limite para projetos elásticos de elementos resistentes. Expressões em tensões, que dependem dos esforços dados pela Resistência dos Materiais, permitem aplicações de condições limites de forma direta. Quando esta forma de critério é dada, a interação de surpefícies limites para trios de esforços aplicados resulta em planos, quádricas, surperfícies mais complexas, ou uma mistura destas. Técnicas que usam formulações analíticas são mais ou menos complexas e dependem de características, como por exemplo: combinação de tensões ou de esforços seccionais, e o tipo de seção analisada. Este trabalho apresenta uma técnica de geração de superfícies de interação em resultantes de tensões, através da regressão linear múltipla, usando modelo de dano em vigas de Timoshenko 3D com aplicações baseadas na análise elastoplástica de pórticos espaciais utilizando o conceito de rótula plástica e o método de backward Euler. Posteriormente, são apresentados e discutidos exemplos numéricos mostrando a eficácia da metodologia alternativa proposta. In the technical literature, there are analytical formulations based on surfaces of interaction in stress resultants. This kind of surfaces is important in order to avoid the numerical integration process as, for instance, in the transversal section, in structural analysis. Generally, the yield function f is defined in the stress space and the interaction between the normal and tangential stress performed by the von Mises criteria, applied to the main stress points on a metal section, is usually considered as a limit for elastic projects of the supporting elements. The expressions written in the stress space, which depend on efforts given by the Strength of Materials, allow the applications of the limit conditions directly. When is given this kind of criteria, the interaction of the limit surfaces for trios of applied efforts results in planes, quadrics, more complex surfaces or a combination of them. Techniques which use the analytical formulations are more or less complex and they depend on some features, such as combination of the stress or sectional efforts and type of the analyzed section. This work present a surface of interaction generation technique based on stress resultants, through the multiple linear regression technique, using a damage model for 3D Timoshenko beam, with applications based on the elastoplastic analysis of space frames, using the plastic hinge concepts and the Euler Backward method. After, are presented and discussed numerical examples showing the effectiveness of the proposed alternative methodology.

Tese de mestrado. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1998

Orientador: Leandro Palermo Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil Resumo: Apresenta-se neste trabalho a formulação energética para o estudo de barras de seção delgada aberta com influência de vinculação elástica contínua ou discreta. A utilização do método dos elementos finitos levou à elaboração de um programa computacional que permite o estudo das barras para diversas condições de carregamento, vinculação e forma de aplicação da vinculação elástica. Tem-se a possibilidade de determinar cargas críticas com seus modos de flambagem, no caso de problemas de 1.1 Abstract: Thin walled open beams with open cross sections are studied taking into account the influence of continuous and/or discrete elastic supports. The finite element method was used in the development of a computer code which allows the stability analysis for different loadings and rigid or elastic supports. Critical loads and corresponding buckling modes, displacements and forces maybe computed in problems with geometric non-linearities. The classical vetorial iteration method is used to determine the least eigenvalues (criticalloads) and corresponding eigenvectors (buckling modes). The other eigenvalues and eigenvectors may also be obtained. Examples are presented for models with different loading and support conditions, discussing the effects on the beams behaviour Mestrado Estruturas Mestre em Engenharia Civil