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Pesquisa sem auxílio de agências de fomento A contribuição das paredes de alvenaria para o aumento da rigidez de pórticos preenchidos submetidos a ações horizontais tem sido verificada ao longo das últimas décadas por diversos autores ao redor do mundo. Entretanto, apesar de conhecidos os benefícios da associação de pórticos com alvenarias, esse sistema estrutural ainda é pouco utilizado de forma prática, devido à complexidade do comportamento de pórticos preenchidos e a falta de modelos analíticos que forneçam resultados precisos e sejam de fácil aplicação. Nesse contexto, o presente trabalho possui como objetivo contribuir para o desenvolvimento de análises numéricas de edifícios com alvenarias participantes, apresentando a influência da consideração da alvenaria como material de comportamento ortotrópico e propondo um procedimento para a elaboração de modelos com múltiplas diagonais equivalentes para a consideração das alvenarias participantes. Foram simulados diversos pórticos de concreto armado preenchidos com alvenarias participantes, submetidos a ações horizontais, modelados com o emprego do Método dos Elementos Finitos (MEF) e com Modelos de Diagonal Equivalente (MDE). Com relação à ortotropia, verificou-se que a consideração da alvenaria como material de comportamento ortotrópico pode impactar de maneira significativa nos resultados dos modelos numéricos. Já a respeito dos modelos de múltiplas diagonais desenvolvidos neste trabalho, esses consistem em modelos com duas e três diagonais equivalentes, em que as excentricidades das diagonais são calculadas em função da largura da diagonal equivalente do MDE clássico. Foram investigadas a influência da consideração das expressões de Mainstone (1974), Durrani e Luo (1994) e do procedimento da ABNT NBR 16868-1 (2020) para o cálculo da largura equivalente, e também a influência da rigidez das alvenarias na qualidade dos resultados fornecidos pelos modelos desenvolvidos, comparando com resultados de referência obtidos com o MEF. Concluiu-se que, para os pórticos preenchidos analisados, os modelos com múltiplas diagonais forneceram resultados mais satisfatórios que o modelo clássico na obtenção de deslocamentos horizontais e esforços dos elementos do pórtico. Notou-se também que a rigidez da alvenaria participante influenciou nos resultados, visto que os modelos desenvolvidos forneceram valores mais próximos aos de referência para alvenarias com menor rigidez. The contribution of masonry walls to increase the stiffness of infilled frames under lateral loading has been verified over the last decades by several authors around the world. However, despite the known benefits of the interaction between the infill masonry and the surrounding frame, this structural system is still barely applied in a practical way, due to the complexity of the behavior of infilled frames and the lack of analytical models that possess the necessary simplicity and the required accuracy to be used in everyday engineering practice. In this context, the present work aims to contribute to the development of numerical analysis of buildings with participating masonry, presenting the influence of considering masonry as a material with orthotropic behavior and proposing a procedure for the elaboration of equivalent multi-strut models for the consideration of participating masonry. Several reinforced concrete frames infilled with participating masonry were simulated, under lateral loads, modeled using the Finite Element Method (FEM) and Equivalent Strut Models (ESM). In relation to masonry orthotropy, it was found that the consideration of masonry as a material with orthotropic behavior can significantly impact the results of numerical models. Regarding the multi-strut models developed in this work, these consist in models with two and three equivalent struts, in which the eccentricities of the struts are calculated from the equivalent strut width of the classic single-strut model. The influence of the consideration of Mainstone (1974) and Durrani and Luo (1994) expressions and the procedure of the brazilian code ABNT NBR 16868-1 (2020) for the calculation of the equivalent width were investigated, as well as the influence of the stiffness of the masonry on the quality of the results provided by the developed models, comparing with reference results obtained with the FEM. It was concluded that, for the infilled frames analyzed, the multi-strut models provided more satisfactory results than the classic single-strut model for the obtainment of lateral displacements and internal forces in the frame elements. Also notable that the stiffness of the participating masonry influenced the results, since the developed models provided closer values to the reference for masonry with lower stiffness. Dissertação (Mestrado)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES In framed systems, the masonry has the main role of sealing, however there is the knowledge of its contribution to the lateral stiffness and stresses distribution between the structural elements. Despite this understanding, it is not usual, the structural design taking into account the walls as part of bracing system of building. There are international standards that consider the walls influence in resistance gain and stiffness to horizontal loads, but normally they are applicable to frames with one story and one span. The approach for national standard to a frame-masonry system is recent, there are yet some doubts by designs to its implementation. The simplest model able to account the masonry as integral part of structure in framed systems is through the wall simulation as single diagonal strut, known as Equivalent Strut Model. This method usually has good results for global analysis of structure, however for the assessment of local effects, it is deficient. In this case, models with multi-struts or analyses through finite elements are more suitable. The behavior of reinforced concrete frames infilled with masonry was assessed which they were subjected to horizontal loads. The results were sought that could serve as parameters to be used by designers for structural design aid. For this purpose, it was evaluated the shearing forces and bending moments in lower beam and left columns, besides lateral displacement. Numerical simulations through Finite Element Method (FEM) were performed whose stresses and displacements were considered as reference. Multistruts models with two and three parallel struts, besides two crossed struts were proposed. The values were compared in relation to plane models and classic models of single strut. In the assessed frames, it was seen that the single struts models were inappropriate for evaluation of shearing forces. The models with two crossed struts showed good estimation for maximum shearing force due to interaction masonryframe. Models with two parallel struts were more appropriated in predicting the bending moment in the most critical sections due to horizontal loads. The most models with proposed multi-struts led to good estimation for lateral displacement. In this case, the models with single struts also produced satisfactory results. Em sistemas aporticados, a alvenaria possui função principal de vedação, porém tem-se o conhecimento da sua contribuição no ganho de rigidez lateral e distribuição de esforços entre os elementos estruturais. Apesar desta compreensão, não é usual, o dimensionamento estrutural considerando as paredes como parte do sistema de contraventamento da edificação. Há normalizações internacionais que consideram a influência das paredes no ganho de capacidade e rigidez a ações horizontais, porém normalmente são aplicáveis a pórticos de um andar e um vão. A abordagem por norma nacional de um sistema pórtico-alvenaria é recente, havendo ainda algumas dúvidas por projetistas para sua aplicação. O modelo mais simples capaz de considerar as alvenarias como parte integrante da estrutura é através da simulação da parede como uma barra diagonal birrotulada, conhecido como Modelo da Diagonal Equivalente. Este método costuma apresentar bons resultados para a análise global da estrutura, entretanto para a avaliação de efeitos locais, mostra-se deficitente. Neste caso, modelos com múltiplas diagonais ou análises através de elementos finitos mostram-se mais adequados. Avaliou-se o comportamento de pórticos em concreto armado preenchidos em alvenaria submetidos a ações horizontais. Buscaram-se resultados que pudessem servir de parâmetros a serem usados por projetistas no auxílio ao dimensionamento estrutural. Para esta finalidade, avaliaram-se o esforço cortante e momento fletor em parte de vigas e pilares, além do deslocamento lateral. Realizaram-se simulações numéricas via Método dos Elementos Finitos, cujos esforços e deslocamentos foram considerados como referência. Propuseram-se modelos de múltiplas diagonais com duas e três diagonais paralelas, além de duas diagonais cruzadas, comparando os valores em relação aos modelos planos e modelos clássicos de diagonal simples. Nos pórticos avaliados, observou-se que os modelos de diagonais simples foram inadequados para a avaliação do esforço cortante. Os modelos com duas diagonais cruzadas apresentaram boa estimativa do esforço cortante máximo devido à interação pórticoalvenaria. Os modelos com duas diagonais paralelas foram mais apropriados na previsão do momento fletor nas seções mais críticas devido às ações horizontais. A maioria dos modelos de múltiplas diagonais propostos conduziu uma boa estimativa do deslocamento lateral. Neste caso, os modelos de diagonais simples também apresentaram resultados satisfatórios.

RESUMO O foco deste trabalho consiste na avaliação dos efeitos da consideração das alvenarias de preenchimento como elemento resistente em estruturas aporticadas de concreto. Nas análises deste trabalho foram incluídas as recomendações da recém atualizada norma brasileira para projeto de alvenaria estrutural – ABNT NBR 16868-1. Expressões presentes na literatura e na norma brasileira foram empregadas para determinar a largura da diagonal equivalente. Modelos bidimensionais com o auxílio do método dos elementos finitos (MEF) foram utilizados para determinação da largura da diagonal equivalente, permitindo comparação com as expressões analíticas da literatura. As diferenças também foram analisadas em termos de deslocamentos horizontais em edifício de concreto armado de múltiplos andares com alvenaria de blocos de concreto. As simulações foram realizadas utilizando os programas ANSYS e FTOOL. O estudo evidenciou grandes diferenças entre os valores das larguras da diagonal equivalente fornecidas pelas expressões da literatura, em todos os quadros isolados (pórticos de um andar). Tais diferenças tiveram influência nos deslocamentos horizontais dos quadros isolados e do edifício. Notou-se que, para os casos analisados, a expressão que mais se aproximou dos resultados obtidos com as simulações via MEF foi a expressão de Mainstone. ABSTRACT The focus of this paper is to evaluate the effects of considering masonry infill walls as resistant elements in concrete structures. Recommendations of the recently updated Brazilian code for the design of structural masonry - ABNT NBR 16868-1 - were included in the analysis of this paper. Expressions presented in the literature and in Brazilian code were used to determine the equivalent diagonal width. Two-dimensional models with the aid of the Finite Element Method (FEM) were used to determine the equivalent diagonal width allowing the comparison with analytical expressions from the literature. The differences were also analyzed in terms of lateral displacements of a multistory reinforced concrete building with concrete masonry infill walls. The simulations were carried out using ANSYS and FTOOL programs. Significant differences between the values of the equivalent diagonal width obtained by the expressions from the literature were observed in all the single-story single-bay frames. Such differences had influence on the lateral displacements of the single-story frames and the multistory building. For the cases analyzed, the expression proposed by Mainstone was the one that led to the best results in comparison to MEF simulations.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O objetivo deste trabalho consiste em avaliar os efeitos da presença de alvenarias participantes em sistemas aporticados de edifícios de concreto, considerando-as como elemento resistente. Para isso foram aplicadas as prescrições do projeto de norma ABNT NBR 16868-1:2020 (em fase de consulta pública) o qual têm como objetivo unificar as normas de alvenaria que tratam dos blocos utilizados com função estrutural. Na literatura internacional vários estudos de análise numérica e experimental são encontrados sobre pórticos preenchidos com alvenaria, em especial pela preocupação com o comportamento sísmico. Na bibliografia nacional, os estudos sobre o tema se intensificaram nas últimas duas décadas. Atualmente no Brasil não existe normatização em vigor sobre a consideração da presença das alvenarias nas análises em serviço ou quando o objetivo da alvenaria (participante) é que seja considerada em Estado Limite Último. Desta forma, estudos sobre o tema justificam-se para o desenvolvimento do uso da alvenaria participante, seus principais conceitos e aplicação prática. A temática deste trabalho foi dividida em três vertentes distintas e complementares: inicialmente as prescrições do projeto de norma foram aplicadas a um edifício de dimensões usuais – evidenciando as principais características do pórtico de concreto armado e da alvenaria necessárias para os cálculos – com a análise dos efeitos da presença da alvenaria, em termos de deslocamentos e esforços na estrutura. Posteriormente simulações numéricas foram comparadas com resultados experimentais para determinar a qualidade dos resultados obtidos nas simplificações admitidas com o emprego dos modelos MEF. Por fim o projeto de norma e expressões da literatura foram aplicadas para determinar a largura da diagonal equivalente e suas consequências no que se refere ao deslocamento estrutural, a fim de comparar os resultados encontrados para painéis de alvenaria com blocos de concreto. O estudo demonstrou a facilidade da consideração das prescrições do projeto de norma, interessante para sua aplicação prática. Além disso, confirmou-se que a presença da alvenaria contribui para o enrijecimento da estrutura (redução dos deslocamentos em torno de sete vezes) e influencia na absorção e redistribuição dos esforços. Foi possível, ainda, verificar as grandes diferenças entre as formulações que determinam a largura da diagonal equivalente (variações de até 212%) e a consequência dessa variação nos deslocamentos estruturais (alcançando até 55% de diferença). The objective of this work is to evaluate the effects of the presence of masonry participating in concrete building systems, considering them as a resistant element. For this purpose, the prescriptions of the standard draft ABNT NBR 16868-1:2020 (under public consultation phase) were applied, which aim to unify the masonry standards that deal with the blocks used with structural function. In the international literature, several studies of numerical and experimental analysis are found on frames filled with masonry, especially due to the concern with seismic behavior. In the national bibliography, studies on the subject have intensified over the past two decades. Currently in Brazil there are no regulations in force regarding the consideration of the presence of masonry in in-service analyzes or when the purpose of the masonry (participant) is to be considered in the Ultimate Limit State. By this way, studies on the theme are justified for the development of the use of participating masonry, its main concepts and practical application. The theme of this work was divided into three distinct and complementary aspects: initially the prescriptions of the standard design were applied to a building of usual dimensions – showing the main characteristics of the reinforced concrete portico and the masonry necessary for the calculations – with the analysis of the effects of the presence of masonry, in terms of displacements and efforts in the structure. Subsequently, numerical simulations were compared with experimental results to determine the quality of the results obtained in the simplifications admitted using the MEF models. Finally, the standard draft and expressions in the literature were applied to determine the width of the equivalent diagonal and its consequences with regard to structural displacement, in order to compare the results found for masonry panels with concrete blocks. The study demonstrated the ease of considering the prescriptions of the draft standard, interesting for its practical application. In addition, it was confirmed that the presence of masonry contributes or reduces the structure (reduction of displacements around seven times) and influences the absorption and redistribution of activities. It was also possible to verify the great differences between the formulations that determine the equivalent diagonal width (variations of up to 212%) and the consequence of this variation in the alternative displacements (reaching up to 55% of difference). Dissertação (Mestrado)

Não recebi financiamento This research presents a study on the behavior of precast concrete frames with participating masonry infill to be considered in the design of a building lateral load bracing system. The study brings a literature review on the topic. An experimental testing of a reinforced concrete frame infilled or not with masonry is used to calibrate a finite element model using the Simulia Abaqus 2017 package. The model uses concrete damage plasticity to consider both the concrete and the masonry behaviour. Embedded elements are used to consider rebars inside the concrete. Masonry elements are considered homogeneous with contact surfaces along the concrete-masonry interface. After the properties were calibrated the numerical models showed excellent accuracy when compared to the experimental tests. Precast concrete frames, whose dimensions and properties were from a real case, was then modelled with and without the participating masonry frame. The column-corbel and beam connection was modelled with solid elements with contact surface on the interface allowing to close represent its behaviour. Models considered a frame with one, five and ten storeys, two masonry strength and the use or nor of a mortar layer to fix masonry under the concrete beam. Conclusion from the finite element model analyses indicate the influence of each parameter on the system behaviour. The FEM results were then used to calibrate the width of a diagonal truss to be used in simple bar element models. Finally, a 3D-frame model was used to evaluate a actual 10-story precast concrete building considering or not the participating infill masonry. Only two masonry walls, close to the building central core and without openings, were considered yet results indicate great influence on considering the participating infill leading to an efficient building design. Future work is proposed to experimentally evaluate the conclusions from the numerical analyses here reported. O presente trabalho realizou um estudo sobre o comportamento de estruturas aporticadas em concreto pré-moldado preenchidas com painéis de alvenaria, para fim de contraventamento de edificações, considerando a contribuição dessa alvenaria de preenchimento no pórtico pré-moldado para análise de ações horizontais. O estudo traz uma revisão da literatura sobre o tema. Um ensaio experimental de um pórtico de concreto armado preenchido ou não com alvenaria é usado para calibrar um modelo de elementos finitos usando o pacote Simulia Abaqus 2017. O modelo utiliza o dano plástico do concreto (CDP) para considerar o comportamento do concreto e alvenaria. Elementos embutidos são usados para considerar armaduras dentro do concreto. Os elementos de alvenaria são considerados homogêneos com as superfícies de contato ao longo da interface concreto-alvenaria. Depois que as propriedades foram calibradas, os modelos numéricos apresentaram excelente precisão quando comparados aos testes experimentais. Os quadros de concreto pré-fabricados, cujas dimensões e propriedades eram de um caso real, foram então modelados com e sem o preenchimento de alvenaria participante. A conexão pilar-viga foi modelada com elementos sólidos com superfície de contato na interface permitindo representar seu comportamento. Os modelos considerados foram um quadro com um, cinco e dez andares, duas resistências de alvenaria e o uso ou não de uma camada de argamassa para fixar alvenaria sob a viga de concreto. A conclusão das análises do modelo de elementos finitos indica a influência de cada parâmetro no comportamento do sistema. Os resultados de MEF foram utilizados para calibrar a largura de uma diagonal equivalente para ser usado em modelos simples de elementos de barras. Finalmente, um modelo de pórticos em 3D foi usado para avaliar um prédio de concreto pré-moldado de 10 andares, considerando ou não a alvenaria participante. Apenas duas paredes de alvenaria, perto do núcleo central do edifício e sem aberturas foram consideradas, os resultados indicam grande influência ao considerar o preenchimento participante, levando a um projeto de construção eficiente. O trabalho futuro é proposto para avaliar experimentalmente as conclusões das análises numéricas aqui relatadas.