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Dissertação de mestrado em Gestão de Projetos de Engenharia, O setor da construção ainda carece do uso de tecnologias quando comparado com outras áreas da engenharia. A tecnologia BIM é uma metodologia de trabalho que vem colocando a construção civil em outro patamar quando o assunto é inovação. Com o BIM, é possível obter melhores resultados em todo o ciclo de vida da construção, desde sua conceção, execução e operação. Dentro do conceito BIM, existem 7 dimensões, sendo esta dissertação focada em BIM 4D e BIM 5D, ligadas ao planeamento e ao orçamento respetivamente. Por se tratar de um mercado que movimenta bastante dinheiro e o nível de concorrência é alto, muitos grandes projetos são construídos por meio de licitações. Diversos aspetos são avaliados em um concurso, mas em geral vence o que tiver a menor estimativa de custos. No âmbito da construção metálica, menor custo está associado ao menor peso da estrutura. Ou seja, quanto menor o peso, menor será seu preço e maior a probabilidade de vencer o concurso. Sendo assim, no processo de orçamentação é necessário estudar o peso do aço com alto grau de assertividade. Ao longo de todo o processo, o BIM é utilizado em três momento, o primeiro enviado pelo cliente, o segundo é modelado pela área de orçamentação que serve de base para a estimativa de custo e o terceiro é modelado pela equipa de preparação caso a obra seja ganha e é utilizado como base para o desenvolvimento da obra e fabricação das peças. Associando BIM, com concursos de licitação e estruturas metálicas, e no contexto empresarial da bysteel e BIM+, ambas empresas do Grupo DST, surgem duas vertentes dessa dissertação. A “Parte A” onde será o analisado o BIM 5D quanto ao peso, normalmente medido em toneladas, entre os modelos do processo. No estudo de caso, foram selecionados 4 projetos, os quais seus 3 modelos envolvidos tiveram seus elementos estruturais parametrizados para extração da lista de materiais e análise dos dados. Vale ressaltar que, o processo de licitação particular é também um processo de negociação, ou seja, outros aspetos também são levados em consideração. Assim, a Parte B da dissertação pretende analisar o BIM 4D, contribuindo para um melhor faseamento da obra, simulação de progresso e animação de evolução da obra que pode ser utilizada como recurso de marketing durante a negociação com o cliente., The construction sector still lacks the use of technologies when compared to other areas of engineering. BIM technology is a work methodology that has been placing civil construction on another level of innovation. With BIM, it is possible to obtain better results throughout the entire construction life cycle, from its conception, execution, and operation. In the concept of BIM, there are 7 dimensions, which this dissertation is focused on BIM 4D and BIM 5D, linked to time and cost respectively. As this is a very important market in a country’s economy and the level of competition is high, many large projects are built through tenders. Several aspects are evaluated in the process, but usually win the one with the lowest cost estimate. In the steel structure, lower-cost means the lower weight of steel. In other words, the lower the weight is, the lower is it price and the higher is the probability of winning the tender. Therefore, in the cost estimation process, the weight of steel must be studied with a high degree of accuracy. Over the process, the BIM is used in three moments, the first is sent by the client, the second modeled by the contractor to estimate the cost, and the third is created by the drafter department, if the project was won, used to develop the construction and to product the elements in the factory. Integrating BIM, with tender and steel structures, and in the business context of bysteel and BIM+, both companies of DST Group, two objectives of this dissertation emerge. The Part A, where BIM 5D is analyzed by comparing the steel weight, normally measured in tonnage, of the models involved in the process. As a case study, 4 projects were selected, which 3 models involved had their structural elements parameterized for extracting the list of materials and analyzing the variations. Moreover, it should be pointed the tendering process is also a negotiation process, which thus not only the cost is taken into account, but also other relevant aspects. Thus, the Part B of the dissertation intends to analyse 4D BIM, contributing to a better phrasing of the work, simulation of progress, and animation of the work's evolution that can be used as a marketing resource during negotiations with the client.

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.

As estruturas metálicas possuem a característica de elevada condutibilidade térmica, o que provoca um rápido aumento de temperatura em situação de incêndio, e por consequência a perda da capacidade resistente da estrutura, proporcionalmente. As proteções passivas contra o fogo para estruturas metálicas são materiais que envolvem os elementos da estrutura, providenciando um retardo do aumento da temperatura, mantendo a capacidade resistente da estrutura por um período superior. Neste trabalho são apresentadas soluções de proteção passiva contra incêndio disponíveis em três empresas nacionais especializadas nesta matéria, e é realizado um estudo comparativo. Posteriormente, são apresentados exemplos de cálculo de verificação dos elementos de uma estrutura metálica em situação de incêndio, com e sem proteção contra incêndio, tendo em conta os Eurocódigos EC0, EC1 e EC3. ABSTRACT: Metallic structures have high thermal conductivity, which causes a fast increase in temperature in fire situations, and consequently the loss of the structure's resistant capacity, proportionally. Existing passive fire protections for metallic structures are materials that surround the elements of the structure, providing a delay in temperature rise, maintaining the structure's resistant capacity for a longer period. In this essay, several passive fire protection solutions available in three national companies specialized in this matter are presented and a comparative study is carried out. Subsequently, examples of calculation of verification of the elements of a metallic structure in a fire situation are presented, with and without fire protection, according to Eurocodes EC0, EC1 and EC3.

Orientador: Éder Sócrates Najar Lopes Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: A técnica de fusão de leito de pó metálico a laser é um processo de manufatura aditiva que fabrica objetos camada em camada. Muitos esforços estão sendo feitos para atingir melhores resultados, em especial no que tange a qualidade superficial e as propriedades mecânicas dependentes dos parâmetros de processo. O surgimento de estruturas com geometrias complexas estão cada vez mais presentes em componentes mecânicos de maior eficiência e até mesmo em bio-aplicações com intuitos de aproximação de características ósseas. Neste trabalho, o processo L-PBF foi investigado para o aço ferramenta AISI H13 e a liga Ti6Al4V, sendo o primeiro abordado em uma análise térmica e o segundo com foco em análise estrutural. Na análise térmica é desenvolvido uma modelagem numérica utilizando o método dos elementos finitos para avaliar o comportamento térmico transiente e as dimensões da poça de fusão na consolidação das camadas do AISI H13, sendo esse validado com dados experimentais. O método proposto considera propriedades dependentes da temperatura, estratégias de absorvidade anisotrópica, método de ativação e desativação de camadas e análises de diferentes parâmetros de processo. Foi percebido um erro máximo de 7% na comparação com experimentos e uma sobreposição entre trilhos de 40 %. Com o auxílio do histórico térmico, o modelo foi utilizado para apoiar a explicação da presença da martensita não revenida na ultima camada e de estruturas periódicas e parcialmente revenidas em camadas interiores. Na análise estrutural 4 tipos de estruturas arquitetas foram analisadas. Utilizou-se dois tipos de gradientes ao longo da altura das peças para verificar a influência no comportamento mecânico. Microtomografia computadorizada de raio X foi utilizada na verificação da qualidade das peças. Correlação digital de imagem e simulação numérica auxiliaram na análise dos modos de falha de cada estrutura durante ensaio de compressão. Com o levantamento das propriedades mecânicas, percebeu-se um melhor desempenho mecânico e maior absorção de energia para a estrutura Diamond. A aplicação do gradiente alterou a inclinação da curva na região de deformação plástica das estruturas, levando a um aumento na absorção de energia, entretanto diminuiu significamente a tensão de escoamento. Dois modos de falha foram dominantes, a fratura ao cisalhamento em um plano a 45° e o esmagamento. Com a aplicação dos gradientes foi notado as falhas acontecendo na região superior devido a menor densidade relativa Abstract: The Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) is an additive manufacturing (AM) process that directly manufactures objects layer by layer. Several efforts have been made to achieve best practices, especially on surface quality and mechanical properties dependent on process parameters. With advances in recent years, structures with complex geometries and lattices structures are increasingly present in more efficient mechanical components and even in bio-applications with the aim of approach bone characteristics. In this work, the L-PBF process was investigated for AISI H13 tool steel and Ti6Al4V alloy, the first being focus on thermal analysis and the second focusing on structural analysis. In the thermal analysis, a numerical modeling is developed using the finite element method to evaluate the transient temperature field and the melt pool dimensions in the consolidation of the layers of AISI H13, which is validate with experimental data. The proposed numerical method considers temperature-dependent properties, anisotropic absorption strategies, element birth and death method and analysis of different process parameters. Maximum error of 7% was noticed in the comparison with experiments and an overlap between tracks of 40%. Using the thermal history, the model helped in the explanation of the presence of untempered martensite in the last layer and of periodic and partially tempered structures in inner layers. In the structural analysis four types of lattice structures were analyzed. Two types of gradients were used along the height of the samples to verify the influence on the mechanical behavior. X-ray computed micro-tomography was used to verify the quality of the samples. Digital image correlation and numerical simulation supported in the analysis of failure modes of each structure during compression tests. It was noticed investigating the mechanical properties, better performance and greater energy absorption for the Diamond structure. The application of the gradient changed the slope of the curve in the plastic deformation region, leading to an increase in energy absorption,however, it significantly reduced the yield stress. Two failure modes were dominant, shear fracture in a 45° plane and crushing. With the use of the gradients, the failures occurred in the upper region due to lower relative density Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica CNPQ 168767/2018-0

Dissertação de Mestrado em Construção Metálica e Mista apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Uma das grandes limitações na utilização de estrutura metálica em pavilhões de grandes dimensões é o cumprimento dos tempos de resistência ao fogo regulamentares. O método convencional de proteção ao fogo nestas estruturas metálicas é a aplicação de tintas intumescentes, uma vez que é o mais prático de aplicar e o que oferece uma solução esteticamente agradável. Essa solução implica um investimento avultado, podendo em alguns casos anular a competitividade que as estruturas metálicas oferecem. Para o dimensionamento de uma estrutura em situação de incêndio, os programas de cálculo existentes recorrem essencialmente à curva de incêndio padrão ISO 834, que não é adequada a grandes compartimentos, como espaços comerciais e industriais. Estas simplificações de cálculo conduzem a cenários de incêndio potencialmente irrealistas, não garantindo uma segurança proporcional ao capital investido. O presente trabalho apresenta uma avaliação das metodologias de dimensionamento de estruturas metálicas em situação de incêndio de forma a permitir uma redução de custos. Pretende-se obter através de estudos numéricos, curvas mais próximas do desenvolvimento real da evolução da temperatura ao longo do tempo de incêndio, otimizando-se assim a proteção ao fogo a aplicar na estrutura.Realizaram-se dois tipos de avaliações: numa primeira fase recorreu-se a modelos de duas zonas, simulando vários cenários de densidade de carga de incêndio e condições de ventilação. Numa 2ª fase, os cenários mais gravosos foram igualmente simulados através de modelos de dinâmica de fluidos e foram comparados e discutidos os resultados de ambos.No final do documento, são apresentadas as conclusões mais relevantes, entre elas a não necessidade de proteção adicional contra o fogo dos elementos analisados. São ainda indicadas algumas linhas de desenvolvimento futuro no aprofundamento do tema. One of the major limitations associated with steel structures in large compartments is compliance with the regulatory time of fire resistance. The conventional method of fire protection is the application of intumescent paint since it is the most practical method and the one that offers an aesthetically pleasing solution. This solution implies a large investment, and in some cases, it can reduce the competitiveness of steel structures.The existing calculation software for the design of a structure in a fire situation essentially uses the standard ISO 834 curve, which is not suitable for large rooms, such as commercial and industrial buildings. These calculation simplifications lead to potentially unrealistic fire scenarios, not guaranteeing safety proportional to the invested capital.The present work focuses on the evaluation of the design methodologies of steel structures in a fire situation, in order to allow a cost reduction. It is intended to obtain, through numerical studies, curves closer to the real development of temperature, thus optimizing the fire protection to be applied to the structure.Two types of evaluations were made in a first phase, two zone models were used, simulating various fire load density scenarios and ventilation conditions. In a second phase, the most serious scenarios were also simulated using fluid dynamics models and the results of both were compared and discussed.Finally, the most relevant conclusions are drawn and some lines of future development are indicated.

Orientador : João Alberto Venegas Requena Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil Mestrado

Orientador: João Alberto Venegas Requena Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil Resumo: o presente trabalho aborda a analise de instabilidade de estruturas reticuladas tridimensionais constituídas por barras deformáveis em seu plano e fora dele com o objetivo de estudar a influência que os contraventamentos exercem nas estruturas. Estas barras são deformáveis por flexão, por força axial, por força cortante e torção. Um programa de computador foi desenvolvido para possibilitar a determinação dos parâmetros de instabilidade da estrutura, considerando a não linearidade geométrica, em teoria de segunda ordem, no regime elástico. A técnica empregada é a matricial utilizando funções de rigidez tridimensionais (Funções de Estabilidade desenvolvidas para considerar os efeitos simultâneos de flexão, força cortante, força axial e torção). A instabilidade global da estrutura é atingida quando um determinado carregamento provocar a degeneração da matriz de rigidez global da estrutura, ou seja, tornando-a singular. Neste caso, o carregamento é considerado crítico e através dele pode-se determinar os parâmetros de instabilidade da estrutura global. Com as ferramentas desenvolvidas foi possível o estudo da instabilidade das estruturas com vínculos rígidos e elásticos. Possibilitou também o estudo dos efeitos dos contraventamentos elásticos nestas estruturas. Exemplos numéricos são apresentados para demonstrar a potencialidade do processo desenvolvido e para comparar com resultados de análises obtidas por outros autores que utilizam outros processos e pelo programa ANSYS 5.2 Abstract: This paper approaches the analysis of instability of tridimentional reticulation structures composed by deformable frames along its plane and out of it with the goal of study the influence of the bracing on the structures. This frames are deformable by flexion, axial force, shear force and torsion. A software was developed to determine the parameters of instability of the '"structure, considering geometrical non linearity, in theory of elastic second order. The technique used is the matricial using tridimentional stability functions (Stability functions developed to consider simultaneous effects of flexion, axial force, shear force and torsion.). The global instability of the structure is reached when loading to cause the degeneration of the global stiffness matrix of the structure, i.e., it becomes a singular matrix. In this case, the. loading is considered criticaI and through it the instability of global structures parameters can be calculated. Examples are showed to demonstrate the potentiality of the process developed and to compare with results obtained from other authors who use other process and ANSYS 5.2 program Mestrado Estruturas Mestre em Engenharia Civil

Orientador: João Alberto Venegas Requena Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil Resumo: Neste trabalho, são apresentadas análises de ligações metálicas tubulares de placas de bases para pilares de perfis de seção circular através de modelagem pelo método dos elementos finitos. O Método dos Elementos Finitos é uma técnica que permite uma modelagem eficaz para a simulação do comportamento real das ligações em estudo. Para esta análise, foi utilizado o programa computacional ANSYS. Foram analisadas diferentes situações de carregamento na conexão pilar-placa de base, bem como vários tipos de enrijecedores e as respectivas distribuições de tensões obtidas para cada caso. O estudo foi desenvolvido de forma comparativa entre a modelagem computacional e as expressões analíticas encontradas em normas internacionais, destacando: AISC-Hollow Structural Sections (Connections Manual), AISC-LRFD (1996)-(Load and Resistance Factor Design) e o EUROCODE3 (1992). São apresentados exemplos numéricos, evidenciando as diferenças encontradas no estudo Abstract: In this work finite element analysis of steel column base plate conections joining circular hollow sections are presented. The finite element method is a technique that allows investigating the real behavior of the studied connection. For this analysis, the computer program ANSYS was used. Different load situations had been analyzed in the base-plate connection, as well as various types of stiffeners and the respective distributions of tensions for each case. Different load situations had been analyzed in the base-plate connection, as well as various types of stiffeners and the respective distributions of tensions for each case. The study was developed in a comparative way between the computer modeling and the analytic expressions found in international codes, highlighting: AISC-Hollow Structural Sections (Connections Manual), AISC-LRFD (Load and Resistance Factor Design) and Eurocode3. Numeric examples are presented and compared to evidence the differences among the codes and procedures used in this study Mestrado Estruturas Mestre em Engenharia Civil

Orientador: João Alberto Venegas Requena Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil Resumo: Neste trabalho, utilizando processo numérico, são apresentadas análises de barras planas de aço, deformáveis por flexão e por força axial. Nestas análises, são considerados os efeitos da não linearidade geométrica da estrutura, da não linearidade física do material associados ao comportamento das conexões semi-rígidas. São apresentados os modelos para a consideração dos comportamentos não lineares, bem como, o desenvolvimento de toda a teoria utilizada. Um programa computacional foi desenvolvido, em teoria dos pequenos deslocamentos, para possibilitar a determinação dos parâmetros de instabilidade global da estrutura. A técnica empregada foi a matricial, utilizando funções de rigidez. Esta técnica possibilita análise considerando, simultaneamente, a não linearidade física e geométrica das barras com pouco esforço computacional. O regime inelástico foi considerado para barras axialmente solicitadas, predominantemente, utilizando as curvas de flambagem do CRC (Column Research Council), LRFD (American Institute of Steel Construction) e NBR 8800 (Associação Brasileira de Normas Técnicas). O comportamento .da relação momento-rotação, das conexões semi-rígidas, pode ser considerado de forma linear, rigidez constante da conexão, ou utilizando modelos para descrever seu comportamento não linear, rigidez da conexão dada de acordo com o momento na conexão. Além da análise, utilizando a teoria de segunda ordem, é apresentado um processo para encontrar a instabilidade global da estrutura, na qual será atingida quando um determinado carregamento provocar a degeneração da matriz de rigidez global da estrutura, ou seja, tomando-a singular...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: : In this work, utilizing numeric process, are presented analyses of plane steel frames, deformables by flexion and axial force. In this analyses, are considered the effects of the structure geometric nonlinearity, of the material physical nonlinearity associated to the behaviour of semi-rigid connections. Are presented the models to the consideration of the nonlinear behaviour, such as, the development of ali the theory utilized. A software was developed, in the theory of the small displacements, to enable the determination of the structure global instability parameters. The adopted technique was the matrix, utilizing the functions of stiffness. This technique possibility analysis considering, simultaneously, the physical and geometric nonlinearity of the frames with a small computational effort. The inelasticity was considered for frames axially requested, predominantly, utilizing the buckling curves of CRC (Column Research Council), LRFD (American Institute of Steel Construction) e NBR 8800 (Associação Brasileira de Normas Técnicas). The behaviour of the moment-rotation relationship, of the semi-rigid connections, can be considered in a linear way, initial connection stiffness, or utilizing models to describe its nonlinear behaviour, connection stiffness give according to the connection moment. Besides the analyses, utilizing second order theory, it is presented a process to find the structure global instability, which will be found when a certain loading provoke a degeneration of the global stiffness matrix of the structure, making it singular...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Mestrado Estruturas Mestre em Engenharia Civil

Orientador: João Alberto Venegas Requena Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de códigos de computador que têm a finalidade de automatizar as etapas principais de um projeto de estruturas metálicas através das linguagens AutoLISP e Delphi5. Os projetos de estruturas metálicas em estudo são os de coberturas com treliças planas constituídas de barras com perfis tubulares laminados sem costuras e seus contraventamentos. Estes perfis tubulares, ainda pouco utilizados em estruturas planas no Brasil, vêm sendo disseminados através do uso de programas que ajudam os engenheiros a utilizá-los adequadamente em seus projetos tendo em vista que resultam em estruturas mais leves e de fácil fabricação. Desta forma, houve a necessidade de desenvolver um sistema CAD/CAE, para automatizar a geração das geometrias das estruturas planas, além das representações gráficas do sistema geral tridimensional de contraventamentos da estrutura - CAD; exportar os dados para um programa integrado que realiza um processo otimizado de toda a análise estrutural e dimensionamento - CAE e, finalmente, retornar os dados processados para o ambiente CAD, para realizar o detalhamento automático das ligações da estrutura treliçada analisada. Todos os procedimentos adotados para automação dos projetos seguem recomendações de normas técnicas brasileiras principalmente a NBR8800/1986 Abstract: This work has as objective to show a software that have the goal to automate the main stages of a steel structural design, using AutoLISP and Delphi5 languages. The steel structural designs in case are the roofs formed by plane trusses made by hollow sections frames. These hollow steel sections, which are not highly used in plane structures in Brazil, are being disseminated by the use of softwares that help civil engineers to use them correctly in their designs, in view of that they result in less weighted and easy manufactured structures. So, there is the necessity to develop a CAD/CAE system, that will automate the generation of the geometries from plane structures and the graphical designs from the three-dimentional general system - CAD; also, we have the necessity to export the data to an integrated computer program that executes an optimized process from the entire structural analysis and design - CAE; and, finaly, to return the proceeded data back to CAD environment, to draw the automatic details from the connections of the analyzed structure. All the procedures and methods used to automate the design follows the specifications of Brazilian Design Codes, mainly the NBR-8800/1986 Mestrado Estruturas Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Nilson Tadeu Mascia Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil Resumo: O objetivo desse trabalho foi analisar o comportamento estrutural de vigas mistas,constituídas por duas partes, uma parte em madeira serrada e a outra em chapa de aço dobrada, formando uma seção em duplo ¿c¿ solidarizadas por parafusos de aço. Essas vigas podem ser utilizadas em componentes estruturais de coberturas, escoramentos de pontes e de edifícios. A formulação teórica foi baseada na ortotropia elástica linear e a análise da rigidez da viga de seção mista foi feita pelo método da seção transformada, na qual a rigidez de um material é transformado numa rigidez equivalente a do outro. Essa rigidez foi determinada usando uma viga simplesmente apoiada com uma carga concentrada no meio do vão e medindo-se os deslocamentos. Analisamos, também, as tensões normais e as tangenciais na viga composta na região onde se encontram os parafusos. Os resultados obtidos indicaram que o aço contribui com a maior parte da rigidez total, mas a madeira é importante, pois evita a torção dos elementos. Além disso, a correta disposição e o dimensionamento das ligações são fundamentais para um adequado desempenho dessas vigas compostas Abstract: The aim of this work was to ana1yse the stnlctura1 behaviour of the sandwich beams, which are constituted of two parts , one part in sawed timber and the other in cold-formed steel , resulting in a double "c" section. These parts were fastened with steel connectors . These beams can be applied as the structural components of a roof and a scaffolding of bridge and building construction. The theoretical formulation was based on orthotropic linear elasticity and the analysis of the stiffness of the sandwich beams was performed by the method of the transformed section in which the stiffness of a material is transformed into the equivalent stiffness of the other material. This stiffness was be determined experimentally by using a simple supported beam with concentrated load applied to the middle span and by measuring the displacements. The normal strain and the shear strain in sandwich beams on the position connectors was analysed too. The obtained results indicated that the steel components contribute to the main part of the total stiffness, but the wood components are important to avoid the torsion of the steel parts. Furthermore the correct disposition and dimension of the connectors are fundamental for a suitable performace of the sandwich beams Mestrado Estruturas Mestre em Engenharia Civil

Orientadores: João Alberto Venegas Requena, Newton de Oliveira Pinto Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: O desenvolvimento de sistemas de cobertura pré-fabricados para grandes vãos, que tenham como características menor tempo de projeto, fabricação e montagem, aliado ao custo competitivo e fator estético, é tema de constantes estudos. O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de cobertura metálica padronizado e modular utilizando perfis tubulares laminados sem costura. Este sistema se destina principalmente para coberturas de supermercados, shoppings, centros de distribuição, grandes lojas e indústrias, que necessitam de grandes áreas livres. Foi feita, inicialmente neste trabalho, uma descrição de todas as etapas envolvidas em um projeto, destacando, em cada uma, as vantagens e desvantagens da aplicação do perfil tubular. Através de estudos sobre os diversos sistemas de cobertura existentes, tanto no Brasil como no exterior, foi desenvolvido um sistema padronizado de cobertura para atender grandes vãos com utilização de perfis tubulares de seção circular. Para se avaliar o comportamento estrutural deste sistema, foi construído, de maneira inédita no Brasil, um protótipo de 900 m², para testar o sistema construtivo idealizado e realizar ensaios com os carregamentos reais neste tipo de estrutura. Foram realizadas análises experimentais e numéricas, que permitiram comparar o modelo real com o modelo computacional. Através dos modelos numéricos gerados, levando em conta a rigidez das ligações, foi possível identificar qual modelo computacional mais se aproxima com o real. Avaliando-se então o comportamento global da estrutura, com base em todos os resultados numéricos e experimentais obtidos, confirmou-se o comportamento previsto no cálculo computacional com o protótipo ensaiado Abstract: This strucuture is applied mainly for supermarkets, large stores and industries. Initially, all stages involved on design of steel structure were discussed, especially the advantages and disadvantages of tubular structures. Through the study of existing roof systems, a new system using tubular steel sections was developed. To evaluate the structural behavior of this system a 900m2 prototype was built, an unprecedented occurrence in Brazil, to accomplish experimental tests with usual loads on this kind of structure. Experimental and numerical analyses were done, that allowed to compare the prototype with the numerical results. Evaluating the behavior of the entire structure, with all the results obtained on experimental tests and numerical analysis, it was concluded that the prototype is in accordance with the model Mestrado Estruturas Doutor em Engenharia Civil

Orientador: Fernando Iguti Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho considera dois tipos de coberturas tridimensionais: treliça espacial e rede de cabos, focalizando na formulação exata do tratamento teórico de hastes quando sujeitas a grandes mudanças na geometria. No caso de treliça espacial, apresenta urna heurística para o dimensionamento de mínimo peso de treliças espaciais constituídas por tubos cilíndricos de aço. A estratégia de mínimo peso significa um esforço para minimizar o custo deste tipo de treliça que é bastante comum na prática da engenharia civil. Nos subproblemas de cálculo de equilíbrio, o surpreendente desempenho do método quase Newton sem memória é revelado quando comparado com os métodos quase Newton e Newton. Uma aplicação da heurística a um caso real envolvendo milhares de deslocamentos e milhares de barras é apresentado. No caso de rede de cabos, proporciona um guia realista seguro sobre o comportamento de sistema estruturais com rede de cabos. A formulação matemática é especialmente adequada para modelar a etapa de tensionamento que é geralmente necessária nas tenso estruturas. Os resultados de um modelo experimental de rede de cabos tensionados, na forma de um parabolóide hiperbólico, ancorada em vigas rígidas retas, são comparados com os resultados do modelo teórico. Um caso real é analisado, onde a estrutura é urna rede de cabos de aço, na forma de um parabolóide hiperbólico, ancorada num anel de concreto, cujo eixo projeta uma elipse no plano horizontal Abstract: This work considers two types of tridimensional roofs: space truss and cable network, focusing on exact formulation in the theoretical treatment of stems when subjected to large changes in geometry. In case of space truss, it presents a heuristic to minimum weight design of space trusses composed of steel cylindrical tubes. The minimum weight strategy means an effort to minimize the cost of this type of truss, which is very common in the civil engineering practice. In sub-problems of equilibrium calculation, the surprising performance of the memoryless quasi Newton method is revealed when compared to the quasi Newton and Newton methods. An application of the heuristic to a real case encompassing thousands of displacements and thousand of members is presented. In case of cable network, it provides a sound practical guidance on the behavior of cable structural systems. The mathematical formulation is specially suited to model the tensioning stage, which is generally necessary in tension structures. The results from an experimental model of a tensioned cable network, in the shape of hyperbolic paraboloid, anchored at straight rigid beams, are compared with the results from the theoretical model. A real case is analyzed, where the structure is a steel cables network, in the shape of hyperbolic paraboloid, anchored at a concrete ring bearn, whose axis projects an ellipse in the horizontal plane Doutorado Mecânica Computacional Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: João Alberto Venegas Requena Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: Este trabalho apresenta o estudo de um modelo de ligação inovador para emendas de perfis tubulares circulares, visando facilitar e baratear a montagem e fabricação das estruturas metálicas tubulares, além de proporcionar economia de tempo. A ligação estudada é composta por dois tubos externos submetidos à tração, conectados à um tubo interno, de diâmetro inferior aos tubos externos, por meio de parafusos alinhados que atravessam ambos os tubos externo e interno. Esta ligação pode ser utilizada como alternativa às ligações em flange, por ser mais simples e discreta. Foi realizada uma pesquisa bibliográfica sobre as prescrições de cálculo e publicações nacionais e internacionais referentes às ligações de perfis tubulares, não sendo encontrado nenhum processo de cálculo para as ligações tubulares em luva parafusada. Um modelo numérico da ligação foi desenvolvido com o programa de elementos finitos ANSYS v13.0, levando-se em consideração o contato entre os parafusos e os tubos. Esse modelo foi validado através da análise de resultados experimentais em escala real da ligação estudada. Os resultados numéricos e experimentais possibilitaram analisar o comportamento da ligação e seus modos de falha com as respectivas resistências. Com o modelo numérico validado, foi realizado um estudo paramétrico, permitindo compreender em detalhes quais os principais modos de falha da ligação, e quais os fatores que mais influenciam na sua resistência. Através desse estudo foi possível observar a necessidade de se levar em consideração no cálculo da resistência à ruptura da seção líquida, o coeficiente de redução da área líquida, Ct, para essa ligação, sendo proposto um processo para obtenção do mesmo, assim como da resistência da ligação à tração. Os resultados obtidos demonstraram o bom comportamento da ligação tubular em luva parafusada e a viabilidade de sua utilização submetida à tração, com parafusos alinhados Abstract: This paper presents a study of an innovative connection model to splice circular hollow sections, which can be used for an easier and cheaper assembly and manufacture of tubular steel structures, besides providing time-saving. The proposed connection consists of two external tubes under tension, connected to an internal tube with smaller diameter than the external ones, and bolts passing by both tubes. This connection can be used as an alternative to flange connections, because it is simple and discreet. A bibliographic research on national and international codes and papers of tubular connections was carried out, and no design process for tubular bolted sleeve connections was found. A numerical model of the connection was developed with the finite element program ANSYS v13.0, considering the tubes and bolts contact. The numerical model was evaluated against experimental analyses results of the connection. The numerical and experimental results allowed the behavior analysis of this connection and its possible failure modes with their respective resistances. With the evaluated numerical model, a parametric study was carried out, allowing to understand the connection main failure modes, and what factors most influence their strength. With this study it was clear the need of the reduction coefficient, Ct, calculation for this connection, being proposed a process to determine the reduction coefficient and the tension strength for this connection. The results demonstrated the good behavior and feasibility of the tubular sleeve connection under tension, with bolts in line Doutorado Estruturas Doutor em Engenharia Civil

Orientador: João Alberto Venegas Requena Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: Este trabalho apresenta um estudo paramétrico comparativo de ligações do tipo K e KK utilizando perfis tubulares circulares com afastamento entre diagonais e carregadas simetricamente. Para se comparar as ligações, foi desenvolvido um modelo numérico através do programa comercial de elementos finitos Ansys. Também foram desenvolvidos dois programas auxiliares para facilitar o estudo paramétrico. Foram analisadas 55 ligações do tipo KK e suas correspondentes K, comparando-se suas resistências. O objetivo deste trabalho é propor um critério objetivo para definir os modos de falha (1 e 2) da ligação tipo KK baseado na deformação diametral do banzo. O modo de falha 1 ocorre quando um par de diagonais vizinhas, carregadas no mesmo sentido, empurra ou puxa, a parede do banzo e no segundo, chamado modo 2 acontece uma deformação diametral da parede do banzo na região entre as diagonais vizinhas, criando quinas e dobras entre essas diagonais. Outro objetivo é estabelece uma demarcação do limite entre os dois modos de falha como uma função do afastamento transversal entre as diagonais. Os resultados permitiram o desenvolvimento de equações que preveem as resistências das ligações tipo KK, para os modos de falha 1 e 2 (plastificação da parede do banzo), a partir da resistência da ligação tipo K correspondente Abstract: This work presents a parametric study of K and KK tubular steel connection. Gap connections with symmetric loading are analyzed. A numerical model using the commercial finite element software Ansys is proposed to compare K and KK connection resistances. Two auxiliary softwares are developed for setting the numerical model and to post-process results. A set of 55 KK connections and their correspondent K connections are analyzed and their resistances are compared. The objective of this work is purpose define the failure mode (1 or 2) of KK connections. This criteria is based on the chord diametric deformation. The results allowed the definition of limit values in function of the transversal gap for determining the connection failure mode. The connection resistance obtained in the parametric study allowed the development of an analytical expression which predict the KK connections resistance from the resistance of its correspondent K connection Doutorado Estruturas Doutor em Engenharia Civil

Orientadores: Ana Elisabete Paganelli Guimarães de Avila Jacintho, João Alberto Venegas Requena Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: O emprego das estruturas mistas está cada vez mais comum, pois as mesmas apresentam vantagens construtivas em relação às estruturas convencionais de aço ou concreto. Este sistema construtivo, ainda é novidade em muitos países, porém Japão e Estados Unidos da América que já fazem uso, atualmente estão desenvolvendo novas pesquisas para o aperfeiçoamento das técnicas de projeto e construção de tal sistema. Esta pesquisa visa estudar o efeito do confinamento presente nos pilares mistos tubulares circulares preenchidos com concreto verificando, assim, como e quanto há de interação entre o tubo metálico e o concreto de preenchimento sob o efeito de força axial de compressão comparando-os assim com os métodos de dimensionamento propostos pelas normas. O projeto de revisão da NBR 8800:2003 e o Eurocode 4:1994, na consideração do efeito do confinamento apresentam um dimensionamento inseguro, entretanto a especificação americana AISC ASD:1999, que não considera o confinamento apresenta resultados mais próximos daqueles encontrados nesta pesquisa. Nas comparações dos resultados experimentais com os resultados propostos pelas normas é notável a grande importância de uma consideração mais detalhada no dimensionamento da relação diâmetro / espessura das seções mistas. Nesta pesquisa o comportamento das seções mistas foi diferente para cada relação diâmetro / espessura proposta Abstract: Not informed. Mestrado Estruturas Mestre em Engenharia Civil

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

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Nas últimas décadas, tem-se observado um ressurgimento do interesse pelos perfis castelados em diversos países, inclusive no Brasil. A partir daí, diversos estudos vêm sendo realizados visando verificar o comportamento dos perfis castelados sob diversas condições e com configurações geométricas distintas. Alguns estudos baseados em simulações numéricas indicaram que alguns perfis castelados, quando submetidos à flexão, não atingiam a plastificação total da seção transversal por momento fletor. Com base nos resultados desses estudos, chegou-se a propor que a capacidade de plastificação dos perfis alveolares fosse limitada a 90% do momento de plastificação teórico. Diante dessa proposição, levantou-se a hipótese de que, dependendo das esbeltezes das mesas e da alma de alguns perfis, poderia ocorrer um deslizamento relativo entre o banzo superior e o inferior do perfil, acompanhado da distorção das aberturas na alma, o que dificultaria a plastificação total da seção transversal, composta pelas duas seções T acima e abaixo das aberturas. Neste trabalho, esta hipótese foi testada por meio de simulações com modelos numéricos de elementos finitos. Foram analisadas 94 vigas casteladas, por meio de análise não linear pelo Método dos Elementos Finitos, variando-se a relação vão/altura da seção, esbeltez da alma e da mesa, tipo de carregamento e tipo de abertura. Todas as vigas que falharam por formação de mecanismo plástico atingiram valores muito próximos ao momento de plastificação, revelando que a hipótese inicial não é consistente. Ficou comprovado que, para a gama de características típicas dos perfis I laminados utilizados atualmente, os perfis castelados atingem a plastificação total da seção transversal. O estudo comprovou também que um modelo de cálculo baseado na hipótese de formação de um mecanismo Vierendeel, considerando a interação momento-cortante segundo o critério de von Mises, é capaz de estimar com boa aproximação a capacidade dos perfis castelados à flexão simples. Palavras-chave: Vigas casteladas. Plastificação. Momento de plastificação. Flexão. Análise numérica. In the last decades, there has been a resurgence of interest in castellated beams in several countries, including Brazil. Since then, several studies have been carried out aiming to verify the behavior of castellated beams under different conditions and with different geometric configurations. Some studies based on numerical simulations indicated that some castellated beams, when submitted to flexure, did not reach the full cross section plasticity. Based on the results of these studies, some authors have proposed that the full sections yield strength of castellated beams be limited to 90% of the theoretical plastic bending moment. Given this proposition, was raised the hypothesis that for some beams, depending on the slenderness of the flanges and the web, a slip between the upper and lower halves of the beam could occur, accompanied by the distortion of the openings in the web, which would hamper the cross section, composed of the two T sections above and below the openings, attain full plasticity. In this work, this hypothesis was tested by means of simulations with finite element numerical models. 94 castellated beams were analyzed by means of non-linear analysis using the Finite Element Method, varying their span/depth ratio, slenderness of flange and web, configuration of loading and shape of opening. All beams that failed due to the formation of a plastic mechanism reached values very close to the plastic bending moment, revealing that the initial hypothesis is not consistent. It was found that, for the range of typical characteristics of the hot-rolled I shapes currently used, the castellated beams reach full section yield strength. The study also showed that a calculation model based on the hypothesis of formation of a Vierendeel mechanism, considering the moment-shear interaction according to the von Mises yield criterion, is able to estimate with good approximation the capacity of the castellated beams under in-plane bending. Keywords: Castellated beams. Yield. Plastic moment. Bending. Numerical analysis.

O Building Information Modeling (BIM) é uma prática em desenvolvimento no campo da arquitetura e da engenharia. O BIM nasce como uma nova maneira de trabalho entre projetistas das diversas especialidades, para reunir todas as caraterísticas geométricas, físicas e económicas num modelo tridimensional. Atualmente a aplicação dos modelos BIM está a tornar-se cada vez mais o pilar base nas empresas. Neste enquadramento a implementação do BIM pode ser uma ferramenta vital para a redução dos custos e diminuição de falhas pela incompatibilidade na interpretação das peças desenhadas em modelos Computer Aided Design (CAD), além de que se espera que futuramente esta metodologia domine o setor da construção. Esta dissertação vai abordar a temática BIM em projetos de estruturas metálicas, focandose na integração de vários programas de Autodesk, Trimble e Computers & Structures que adotam ferramentas para todas as áreas para desenhar, projetar, construir e administrar. Efetuando todas estas fases, esta dissertação vai focar-se na análise e comparação da interoperabilidade dos programas de um caso prático em ambiente BIM. Não obstante, serão estudadas as pormenorizações das peças metálicas. Para a aplicação prática da metodologia em questão, elaborar-se-á um guião prático com a finalidade do desenvolvimento na integração dos softwares para estruturas metálicas em ambiente BIM, de forma na qual se possa contribuir na compatibilização das informações entre as demais especialidades.

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, 26/02/2021 Inclui referências: 129-130 Resumo: Devido à grande variedade de perfis disponíveis para serem utilizados em estruturas metálicas, também existe uma grande quantidade de configurações possíveis para os elementos estruturais. Por essa razão, o objetivo deste trabalho é desenvolver uma ferramenta utilizando redes neurais artificiais para auxiliar no dimensionamento de vigas com seção do tipo I e H conectadas às colunas por meio de uma ligação do tipo cantoneira dupla. A ferramenta deve fornecer para o vão da viga e a carga aplicada uma configuração com o perfil para a viga, o perfil cantoneira para a ligação, o diâmetro e a quantidade de parafusos. Durante o desenvolvimento do trabalho foi preparado um conjunto de configurações variando seus parâmetros. As configurações foram analisadas utilizando o método de elementos finitos. Na análise pelo método dos elementos finitos os perfis foram modelados utilizando um elemento quadrilateral plano com efeitos do estado plano e de placa de Kirchhoff-Love. Em seguida, com base nos diagramas de esforços internos obtidos com os resultados da análise pelo método de elementos finitos, as configurações foram verificadas de acordo com os critérios de dimensionamento da norma brasileira NBR 8800:2008. Os resultados das verificações de dimensionamento das configurações foram utilizados durante o treinamento das redes neurais. Os resultados da ferramenta utilizando as redes neurais foram avaliados por sua acurácia em fornecer configurações que atendem os critérios de dimensionamento. Para os conjuntos de teste, 98% das configurações indicadas atenderam os critérios de dimensionamento. Portanto, uma vantagem da ferramenta é fornecer de forma simplificada, com custo computacional reduzido e de acordo com as normas técnicas uma configuração para os elementos estruturais. Palavras-chaves: Estrutura metálica. Dimensionamento. Rede neural. Método dos elementos finitos. Abstract: Due to the wide variety of profiles available for use in steel structures, there are also a lot of possible configurations for the structural elements. For this reason, the objective of this work is to develop a tool using artificial neural networks to assist in the design of beams with type I section connected to the columns by a double angle connection. The tool must provide for the length of the beam and the applied load a configuration with the profile for the beam, the double angle profile for the connection, the diameter and the number of bolts. During the development of the work a set of configurations was prepared varying its parameters. The configurations were analyzed using the finite element method. In the analysis by the finite element method, the profiles were modeled using a flat quadrilateral element with effects of the plane stress and Kirchhoff-Love plate. Then, based on the internal force diagrams obtained with the results of the analysis using the finite element method, the configurations were verified according to the design criteria of the Brazilian standard NBR 8800:2008. The results of the configuration design checks were used during the training of the neural networks. The results of the tool using the neural networks were evaluated for its accuracy in providing configurations that meet the design criteria. For the test sets, 98% of the indicated configurations met the design criteria. Therefore, an advantage of the tool is to provide, in a simplified way, with reduced computational cost and according to the technical standards, a configuration for the structural elements. Keywords: Steel Structure. Structural design. Neural network. Finite element method.

Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Bavastri Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 23/08/2021 Inclui referências p.85-88 Resumo: Neutralizadores dinâmicos são dispositivos simples utilizados para diminuir os níveis de vibração e ruído irradiado em estruturas mecânicas em determinadas faixas de frequência. Estes dispositivos operam inserindo uma elevada impedância mecânica na região de interesse, aplicando forças e/ou momentos de reação e dissipando energia vibratória. Materiais viscoelásticos são usados em controle de vibração em estruturas mecânicas, como placas, prédios esbeltos e linhas de transmissão devido a suas características dinâmicas. Além do elevado fator de amortecimento, a utilização de neutralizadores de múltiplos graus de liberdade (MGL) se mostra favorável para o controle de estruturas com elevada densidade modal, trabalhando em uma banda ampla de frequência. Neste contexto, vigas do tipo sanduíche e constrained layer têm se mostrado promissoras como dispositivos de controle, unindo a alta capacidade dissipativa dos materiais viscoelásticos com uma construção simples e de MGL. Em trabalhos anteriores, os modelos de acoplamento dos neutralizadores de MGL consideravam apenas graus de liberdade de deslocamento na base de fixação. Entretanto, estes dispositivos de controle injetam elevada impedância no sistema a controlar, no ponto de fixação destes, não apenas em graus de liberdade de deslocamento, mas também em graus de liberdade de rotação. O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia para modelar o comportamento dinâmico de um sistema composto por um sistema auxiliar de MGL contendo material viscoelástico fixado a um sistema mecânico, com acoplamento simultâneo de graus de liberdade de deslocamento e rotação. Neste trabalho, o sistema auxiliar estudado é uma viga constrained layer com material viscoelástico e de MGL. Este sistema é modelado por meio de um modelo parametrizado de elementos finitos, construído no software ANSYS® e representado pela sua rigidez dinâmica na base. A metodologia proposta consiste em modelar o sistema composto através dos parâmetros modais do sistema primário e inserir o comportamento dinâmico do sistema auxiliar na forma de uma matriz de rigidez dinâmica equivalente na base. Como validação da metodologia proposta uma análise numérico-experimental foi realizada. Nesta análise, o sistema primário é uma viga metálica engastada-livre de alumínio à qual são acoplados dois tipos de sistemas auxiliares, sendo o primeiro uma viga metálica, continuação do sistema primário, e o segundo, uma viga do tipo constrained layer com material viscoelástico. Para validar numericamente a metodologia proposta, uma simulação do sistema composto completo foi realizada no software de elementos finitos Ansys. Neste modelo, as propriedades do material viscoelástico (módulo complexo de elasticidade) foram introduzidas em função da frequência para uma dada temperatura. Os resultados numéricos foram validados experimentalmente. O modelo de rigidez equivalente generalizado proposto foi capaz estimar com acurácia a resposta do sistema composto, apresentando uma redução do tempo computacional da resposta de 25% em relação ao modelo do sistema composto completo em elementos finitos. Desta forma, a metodologia proposta é uma alternativa para ser utilizada no projeto ótimo de neutralizadores dinâmicos viscoelásticos de MGL. Abstract: Dynamic neutralizers are simple devices used to minimize the levels of vibration and radiated noise in mechanical structures in certain frequency ranges. These devices operate by inserting a high mechanical impedance in the region of interest, applying reacting forces and/or moments and dissipating vibratory energy. Viscoelastic materials are used in vibration control in mechanical structures such as plates, slender buildings and transmission lines due to their dynamic characteristics. In addition to the high damping factor, the use of multiple degrees of freedom (MGL) neutralizers is favorable for the control of structures with high modal density, working in a wide frequency band. In this context, sandwich and constrained layer beams have shown to be promising as control devices, combining the high dissipative capacity of viscoelastic materials with a simple and MGL construction. In previous works, MGL neutralizer coupling models considering only displacement degrees of freedom in the fixation base have been studied. However, these control devices inject high impedance into the system to be controlled, at their fixation point, not only in displacement degrees of freedom, but also in rotational degrees of freedom. The objective of this work is to present a methodology to model the dynamic behavior of a system composed of an auxiliary MGL system containing viscoelastic material attached to a mechanical system, with simultaneous coupling of displacement and rotation degrees of freedom. In this work, the auxiliary system studied is a MGL constrained layer beam with viscoelastic material. This system is modeled using a finite element parameterized code in ANSYS® software and represented by its dynamic base stiffness. The proposed methodology consists of modeling the composite system through the modal parameters of the primary system and inserting the dynamic behavior of the auxiliary system in the form of an equivalent dynamic stiffness matrix at the base. As validation of the proposed methodology, a numerical-experimental analysis was performed. In this analysis, the primary system is a free-standing aluminum metallic beam to which two types of auxiliary systems are coupled, the first being a metallic beam, continuation of the primary system, and the second, a constrained layer beam with viscoelastic material. To numerically validate the proposed methodology, a simulation of the complete composite system was performed in commercial finite element software. In this model, the properties of the viscoelastic material (complex modulus of elasticity) were introduced as a function of frequency for a given temperature. The numerical results were experimentally validated. The proposed generalized equivalent stiffness model was able to accurately estimate the response of the composite system, showing a reduction in computational time of the response of 25% when compared to the finite element compound system model. Thus, the proposed methodology can be used in the optimal design of MGL viscoelastic dynamic neutralizers.

Orientador: Cilmar Donizeti Basaglia Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo Resumo: Com os avanços nos métodos computacionais, estruturas mais esbeltas, em formas não convencionais, se tornaram cada vez mais comuns. Estas estruturas apresentam um grande desafio de projeto devido à sua leveza e forma diferenciada, onde a determinação das pressões devidas ao vento é um fator essencial para a sua segurança e otimização. O fato destas estruturas apresentarem uma arquitetura complexa implica que as normas que prescrevem a determinação de pressões de vento, como a ABNT NBR6123:1988, acabam por não as abranger completamente. Assim, um método usual para se determinar com segurança as ações do vento na estrutura é o ensaio físico em túnel de vento. Este tipo de ensaio, apesar de consagrado, apresenta alto custo financeiro e é bastante laborioso. Como alternativa, utilizando os recursos computacionais disponíveis atualmente, é possível realizar análises da interação fluido-estrutura através da fluidodinâmica computacional. O objetivo deste trabalho consiste em determinar e avaliar numericamente a ação do vento em todo o contorno de uma cobertura metálica isolada com forma não convencional - em particular, analisam-se as pressões do vento na cobertura do terminal rodoviário da cidade de Guarulhos, SP. As análises são realizadas por meio do método dos volumes finitos considerando a interação fluido-estrutura, através do programa Ansys CFX. Os resultados obtidos são comparados com os valores fornecidos por meio de ensaios em túnel de vento realizados pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT) Abstract: With advances in computational methods, slender structures, in unconventional forms, have become increasingly common. These structures present a major challenge due to its lightness and differentiated form, where the determination of the pressures due to the wind is an essential factor for safety and optimization. The fact that these structures present a complex architecture requires that standards that prescribe the determination of wind pressures, such as ABNT NBR6123: 1988, do not completely cover them. Thus, a usual method for determining safely the wind¿s actions in the structure is the physical test in wind tunnel. This type of test, although consecrated, presents a high financial cost and is very laborious. Alternatively, using computational resources currently available, it is possible to carry out analyzes of the fluid-structure interaction through computational fluid dynamics. The objective of this work is to determine and evaluate numerically the action of the wind on the whole contour of an isolated metallic conventional - in particular, the wind pressures on the bus terminal of Guarulhos, SP. The analyzes are performed using the finite volume method considering the fluid-structure interaction, through the Ansys CFX program. The results obtained are compared with the values provided by means of wind tunnel tests conducted by the Institute of Technological Research (IPT) Mestrado Estruturas e Geotécnica Mestre em Engenharia Civil CAPES 01-P-03713/2017

Este trabalho é um estudo numérico das tensões de cantoneiras de aço formadas a frio, conectadas por parafusos e sob carga de tração. Devido à conexão parafusada, a cantoneira não se deforma uniformemente, surgindo então um fenômeno conhecido como shear lag, o qual reduz a capacidade resistente da cantoneira. Este fenômeno é também investigado neste trabalho. Para o cálculo da capacidade última da peça tracionada, a hipótese de ruptura da seção líquida é examinada e o fenômeno de shear lag levado em conta através do fator . Com o intuito de verificar o comportamento de cantoneiras formadas a frio com conexões parafusadas, submetidas a tração, foram modeladas diversas cantoneiras com a ajuda do pacote comercial de análise por elementos finitos ABAQUS, considerando a não-linearidade geométrica e de material. Os resultados obtidos na análise numérica foram comparados com resultados de ensaios experimentais, chegando-se a uma boa concordância entre os mesmos. Contudo, constatou-se a viabilidade da modelagem numérica no apoio e complementação das pesquisas experimentais envolvendo perfis de chapas finas. This work is a stress numerical study of cold-formed tensile-loaded steel angles with bolt-connections. Due to the bolted connection, the angle does not deform evenly, resulting in a phenomenon known as shear lag, which reduces the resistant capacity of the angle under tension. This phenomenon is also investigated in this work. For the calculation of the piece final capacity, the hypothesis of rupture of the net section is examined and the phenomenon of shear lag considered through the factor . In order to verify the behavior of cold-formed angles with bolted connections subjected to traction, several angles were modeled using the ABAQUS commercial finite element analysis package, considering geometric and material non-linearity. The results obtained in the numerical analysis were compared with results of experimental tests, reaching a good agreement between them. However, it was verified the feasibility of numerical modeling in the support and complementation of experimental research involving thin sheet profiles.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Os materiais utilizados nos sistemas de vedação de edifícios de múltiplos pavimentos, frequentemente estão sujeitos à fissuração. Uma das causas frequentes da fissuração das vedações é o surgimento de esforços de cisalhamento no seu plano devido aos deslocamentos horizontais provocados pela ação do vento. Para verificação do estado-limite de serviço de deslocamento horizontal excessivo podem ser adotados diferentes critérios, que são definidos por normas ou recomendações internacionais. O objetivo desse trabalho é avaliar critérios para verificação do estado-limite de serviço de deslocamento horizontal excessivo em edifícios de múltiplos pavimentos em estrutura de aço. Para desenvolvimento dos estudos foram considerados cinco sistemas estruturais e cinco alturas diferentes, o que resultou em dezessete modelos de pórtico plano e um total de cento e nove análises estruturais. Dentre os modelos concebidos, alguns possuem outriggers. As ações devidas ao vento foram determinadas em função de diferentes períodos de retorno. Para verificação do estado-limite de serviço de deslocamento horizontal excessivo foram avaliados os seguintes critérios: limitação do deslocamento no topo dos pilares em relação à base e interpavimento e limitação da distorção dos painéis de vedação devido ao efeito combinado dos deslocamentos horizontais e verticais dos nós. Os resultados mostraram que quando se considera o critério de deslocamento no topo e deslocamentos interpavimentos, os danos nos painéis de vedação são subestimados. Com base nos estudos realizados, concluiu-se que o critério que considera a distorção dos painéis de vedação devido ao efeito combinado dos deslocamentos horizontais e verticais dos nós é o que melhor representa o comportamento da estrutura em serviço, além de estar convergente com as normas nacionais e internacionais. Quando utilizados ventos com períodos de retorno de 20 e 10 anos para as análises de serviço, o acréscimo de peso necessário apenas para atendimento do ELS é mais coerente, principalmente em edifícios acima de dezesseis pavimentos. Por último, o trabalho evidenciou que para o projeto de edifícios de múltiplos pavimentos em estrutura de aço de grande altura, a escolha do sistema estrutural é um aspecto ainda mais importante. Palavras-chave: Estrutura de aço. Deslocamento horizontal. Desempenho. Estado-limite de serviço. The materials used in the nonstructural elements of multi-story buildings are often subject to cracking. One of the frequent causes of cracking of the nonstructural elements is the appearance of shearing forces in its plane due to lateral drift caused by the action of the wind. To check the serviceability limit state of lateral drift, different criteria can be adopted, which are defined by international standards or recommendations. The objective of this work is to evaluate criteria for verifying the serviceability limit state of lateral drift in multi-story framed buildings. For the development of the studies, five structural systems and five different heights were considered, which resulted in seventeen flat frame models and a total of one hundred and nine structural analyzes. Among the models designed, some have outriggers. The actions due to the wind were determined according to different mean recurrence interval. In order to verify the serviceability limit state of lateral drift, the following criteria were evaluated: limitation of displacement at the top of the columns in relation to the base and inter-story drift and limitation of distortion of the fence panels due to the combined effect of the horizontal and vertical displacements of the nodes. The results showed that when considering the criterion of displacement at the top and inter-story drift, the damage to the panels is underestimated. Based on the studies carried out, it was concluded that the criterion that considers the distortion of the fence panels due to the combined effect of the horizontal and vertical displacements of the nodes is the one that best represents the behavior of the structure in service, in addition to being in line with the trend of national and international standards related to verifying the performance of the building and its systems. When using winds with mean recurrence interval of 25 and 10 years for service analysis, the increase in weight required only comply with the ELS is more consistent, especially in buildings above sixteen floors. Finally, the work showed that for the design of multi-story steel framed buildings of great height, the choice of the structural system is an even more important aspect. Keywords: Steel frame. Lateral drift. Performance. Serveceability limit state.

Made available in DSpace on 2020-12-10T17:10:22Z (GMT). No. of bitstreams: 17 7353_15710.pdf: 3661037 bytes, checksum: 0eb62e8eadf9791ecf7dc515d6267081 (MD5) 7353_15711.pdf: 192648 bytes, checksum: 39af331e9967f31efeb013cc249370dd (MD5) 7353_15712.pdf: 208295 bytes, checksum: 80b48824a38f1ce2c8ef01cb74987234 (MD5) 7353_15713.pdf: 192877 bytes, checksum: 61e1f80fecae37f31b76ebb5a426c349 (MD5) 7353_15714.pdf: 121221 bytes, checksum: 6529b6196c7f063be985f092119fa901 (MD5) 7353_15715.pdf: 261196 bytes, checksum: dc48fadaa6152b27cc718ea486d4af45 (MD5) 7353_15716.pdf: 202821 bytes, checksum: f0c1843a7f93f1596d486c29d920db51 (MD5) 7353_15717.pdf: 203721 bytes, checksum: 46387caa8917b691fb8221197aed706c (MD5) 7353_15718.pdf: 199866 bytes, checksum: dcae79d687ee20a7ae017007848324b2 (MD5) 7353_15719.pdf: 158491 bytes, checksum: 6b34aa218c35932762e2ceb5148c56e4 (MD5) 7353_15720.pdf: 168648 bytes, checksum: 1c9e50837dc259007a9459d0369390d5 (MD5) 7353_15721.pdf: 165462 bytes, checksum: 4bc6f5ac318e7ab158945847850190c4 (MD5) 7353_15722.pdf: 193502 bytes, checksum: 3dc6952ec395e7854d38c90364668ec1 (MD5) 7353_15723.pdf: 190884 bytes, checksum: 35b86562f493b2ddecd256f7287981e9 (MD5) 7353_15724.pdf: 189799 bytes, checksum: e0b4a243abbf10d2009a307d8f0d51f9 (MD5) 7353_15725.pdf: 157115 bytes, checksum: 677e7ac8555b556d3f965cf47a6378ed (MD5) 7353_15726.pdf: 139395 bytes, checksum: 88b536807e3e3659603ee842444baf86 (MD5) Previous issue date: 2020-02-12

O projeto de estruturas mais resistentes e econômicas é um fator importante para a indústria, e a constante evolução tecnológica permite aprimorar a forma como se projeta. Na área de construção civil, em especial de passarelas, uma das principais preocupações é a minimização de vibrações provenientes de carregamentos dinâmicos como o tráfego de pedestres e de veículos, ventos, sismos, etc. Esses carregamentos podem colocar em risco tanto a estabilidade da estrutura quanto a segurança dos pedestres. Para minimizar a amplitude das vibrações, uma das alternativas é a instalação de dispositivos de controle, como o amortecedor de massa sintonizado (AMS). Sendo um sistema passivo, o AMS não necessita controle externo, e sua estrutura simples facilita a instalação e diminui custos com manutenção. Mesmo com elevada capacidade de redução de vibrações, é possível melhorar a eficiência de AMSs por meio da otimização de seus parâmetros. Neste contexto, o processo de otimização realizado neste trabalho tem por objetivo reduzir a resposta dinâmica de duas passarelas submetidas à carga de pedestres, por meio da instalação de AMSs. Para isso, definiram-se dois parâmetros como variáveis de projeto: a rigidez e a constante de amortecimento dos AMSs. Com os parâmetros obtidos pelo algoritmo de otimização, o Backtracking Search Optimization Algorithm (BSA), determinam-se as respostas dinâmicas otimizadas das estruturas. Foram estudados três casos de otimização para cada passarela, considerando 1, 2 e 3 AMSs posicionados nos nós centrais dessas estruturas. Para a passarela Warren, as reduções por otimização foram em torno de 15%, 40% e 50% maiores em relação ao dimensionamento sem otimização, em termos de deslocamento, velocidade e aceleração, respectivamente. Para a passarela Pratt essas reduções foram acima de 20%, 10% e 5%. Os resultados demonstram a efetividade do método proposto, visto que foi capaz de otimizar os parâmetros dos AMSs, reduzindo a resposta dinâmica das estruturas e assim minimizando os efeitos de vibração sobre as passarelas, o que por sua vez reduz o risco de falhas estruturais. Além disso, após a otimização, a resposta em termos de aceleração se situou dentro da faixa estabelecida nas normas consultadas, o que garante, além da segurança, também o conforto dos pedestres. The design of more resistant and economical structures is an important factor for the industry, and the constant technological evolution allows to improve the way it is projected. In the area of civil construction, especially structures as footbridges, one of the main concerns is the minimization of vibrations from dynamic loads such as pedestrian and vehicle traffic, winds, earthquakes, among others. Such loads can endanger both the stability of the structure and the safety of pedestrians. To reduce vibration amplitudes, one of the alternatives is the installation of control devices, such as the tuned mass damper (TMD). As a passive system, the TMD does not require external control, and its simple construction structure facilitates installation and reduces maintenance costs. Even with high vibration reduction capacity, it is possible to improve the efficiency of TMDs by optimizing their design parameters. In this context, the optimization process performed in this work aims to reduce the dynamic response of two footbridges under pedestrian load, through the installation of TMDs. For this, two parameters were defined as design variables: stiffness and damping coefficient of the TMDs. With the parameters obtained by the optimization algorithm, the Backtracking Search Optimization Algorithm (BSA), the optimized dynamic responses of the structures are determined. Three optimization cases were studied for each footbridge, considering 1, 2 and 3 TMDs positioned in the central nodes of these structures. For the Warren footbridge, optimization reduced dynamic response above 15%, 40% and 50% more than non-optimized TMDs, in terms of displacement, speed and acceleration, respectively. For the Pratt footbridge, these reductions were above 20%, 10% and 5% higher. The results demonstrate the effectiveness of the proposed method, since it was able to optimize the parameters of the AMSs, reducing the dynamic response of the structures and thus minimizing the effects of vibration on the footbridges, which in turn reduces the risk of structural failures. In addition, after optimization, the response in terms of acceleration was within the range established in the consulted standards, which guarantees, in addition to safety, also pedestrian comfort.

São Cristóvão, SE

Submitted by Ana Rebelo (amsr@isep.ipp.pt) on 2021-02-05T14:58:35Z No. of bitstreams: 1 DM_JorgeCosta_2020_MEM.pdf: 18880996 bytes, checksum: 42127add9200468572e87bd5e492e52d (MD5) Approved for entry into archive by Ana Rebelo (amsr@isep.ipp.pt) on 2021-02-05T14:58:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DM_JorgeCosta_2020_MEM.pdf: 18880996 bytes, checksum: 42127add9200468572e87bd5e492e52d (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-05T14:58:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DM_JorgeCosta_2020_MEM.pdf: 18880996 bytes, checksum: 42127add9200468572e87bd5e492e52d (MD5) Previous issue date: 2020

Submitted by Linsmar Macêdo (ljrm81@gmail.com) on 2020-01-17T15:26:23Z No. of bitstreams: 1 @ Dissertação_Mestrado_LJRM.pdf: 6197277 bytes, checksum: 6aeacf25020a63364f23642b79d84b19 (MD5) Approved for entry into archive by Érica Santana (paixaosantana@hotmail.com) on 2020-01-22T15:37:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 @ Dissertação_Mestrado_LJRM.pdf: 6197277 bytes, checksum: 6aeacf25020a63364f23642b79d84b19 (MD5) Made available in DSpace on 2020-01-22T15:37:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 @ Dissertação_Mestrado_LJRM.pdf: 6197277 bytes, checksum: 6aeacf25020a63364f23642b79d84b19 (MD5) Até a primeira metade da década de 1980 o critério de falha amplamente utilizado para o projeto de estruturas e equipamentos mecânicos era baseada em tensão admissível. Contudo, com a elaboração de projetos cada vez mais complexos, começaram a ocorrer falhas catastróficas em condições de solicitação menores que a tensão admissível, tendo como causa, dentre outras razões, a presença de trincas. Para a avaliação da integridade estrutural desses elementos com descontinuidade é preciso conhecer as propriedades mecânicas do material. Para quantificar esses valores são realizados ensaios padronizados por normas nacionais e internacionais, sendo o padrão do American Society for Testing and Materials mundialmente utilizado. Essas normas geralmente requerem amostras com dimensões elevadas o que, em muitos casos, inviabilizam sua execução, seja porque o material disponível está numa quantidade limitada ou porque demandam após sua remoção reparos do componente sob estudo. Alternativamente a esses ensaios convencionais foram desenvolvidos ensaios em amostras com dimensões miniaturizadas que podem chegar a menos de 1% do volume dos ensaios convencionais. Dentre as técnicas desenvolvidas com essa finalidade o Small Punch Test vem se consolidando como um método viável para determinação dos parâmetros de fratura e resistência mecânica para materiais metálicos. Neste trabalho foi realizado a avaliação do método SPT, baseado no guia CWA 15627:2007, para caracterização mecânica do aço API 5DP Tool Joint. Foi determinada a tensão de escoamento com um erro de -0,1%, a tensão máxima com erro de -0,1%, para a condição engastada de ensaio em corpo de prova sem entalhe, quando comparados com os resultados dos ensaios convencionais. Until the first half of the 1980s the failure criterion widely used for the design of mechanical structures and equipment was based on allowable stress. However, with the elaboration of increasingly complex designs, catastrophic failures began to occur under lower stress conditions than the allowable stress, with, among other reasons, the presence of cracks. For the evaluation of the structural integrity of these elements with discontinuity it is necessary to know the mechanical properties of the material. To quantify these values, tests are performed standardized by national and international standards, being the standard of the American Society for Testing and Materials used worldwide. These standards generally require large sample sizes, which in many cases make it impossible to perform, either because the material available is in limited quantity or because they require repairs to the component under study after removal. Alternatively to such conventional tests, tests have been developed on samples with miniaturized dimensions that can reach less than 1% of the volume of conventional tests. Among the techniques developed for this purpose, the Small Punch Test has been consolidated as a viable method to determine fracture parameters and mechanical strength for metallic materials. In this work, the evaluation of the SPT method based on the CWA 15627: 2007 guide for mechanical characterization of the API 5DP Tool Joint steel was performed. The yield stress with an error of -0.1%, the maximum stress with an error of -0.1% for the test body set-up condition. unnotch test when compared with conventional test results.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior As lajes mistas de aço e concreto são elementos estruturais constituídos por uma fôrma de aço nervurada conformada a frio, sobre a qual se lança o concreto. Esse sistema estrutural oferece diversas vantagens construtivas como a possibilidade de dispensa do escoramento, e a utilização da fôrma de aço como armadura positiva da laje. Por outro lado, a utilização desse sistema demanda o uso de materiais de revestimento contra fogo, devido às exigências normativas. Diversos trabalhos realizados em todo o mundo, experimentais e numéricos, vêm demonstrando que essas exigências por parte das normas são conservadoras quanto à resistência desses elementos em condições de incêndio. Esse conservadorismo se baseia, de modo geral, na não consideração da ação de membrana, que é um efeito de segunda ordem que ocorre em lajes de concreto, mistas ou não, quando submetidas a grandes deslocamentos. Com a finalidade de avaliar a influência da ação de membrana no comportamento estrutural das lajes mistas em situação de incêndio, neste trabalho foram desenvolvidos modelos numéricos no software Abaqus. Foi utilizada a estratégia de modelagem termomecânica fracamente acoplada, na qual os efeitos térmicos influenciam no desenvolvimento das tensões e deformações, porém o inverso não se aplica. Para tanto, inicialmente foram desenvolvidos modelos térmicos, no Abaqus/Standard, pelos quais obteve-se a evolução das temperaturas nodais ao longo do tempo. Esses modelos foram copiados e convertidos para a realização das análises termomecânicas no Abaqus/Explicit, onde importou-se a evolução das temperaturas no tempo, obtidas previamente. Foi considerada interação completa entre aço e concreto, o que mostrou resultados satisfatórios em trabalhos anteriores. Os resultados da simulação numérica foram comparados com resultados experimentais disponíveis na literatura. Com base nos resultados obtidos, constatou- se que, para as lajes mistas em altas temperaturas, a consideração da ação de membrana pode levar a uma resistência última superior à obtida pelos modelos de cálculo prescritos nas normas atuais, o que pode contribuir para um dimensionamento mais econômico desses elementos. Palavras-chave: Lajes mistas. Incêndio. Ação de membrana. Simulação numérica. Análise explícita. Steel-concrete composite slabs are structural elements consisting of a cold-formed steel sheeting on which is cast the concrete. This structural system provides several constructive advantages such as no need of shoring, and the use of the steel sheeting as positive slab reinforcement. On the other hand, the use of this system requires the use of fire coating materials, due to standards requirements. Several studies carried out around the world, numerical and experimental, have shown that these standard requirements are very conservative. Generally, this conservatism is based on non-consideration of membrane action, which is a second-order effect that occurs on concrete slabs, composite or not, subjected to large deflections. In order to evaluate the membrane action influence on the structural performance of the composite slabs in fire situation, numerical models were developed in software Abaqus. The weakly coupled thermal-stress analysis modeling technique was used, where the thermal effects influence the stresses and strains development, but the reverse does not apply. Therefore, initially thermal models were developed in Abaqus/Standard to obtain the evolution of nodal temperatures in time. These models were copied and converted to perform mechanical analyzes in Abaqus/Explicit, where the evolution of previously obtained temperatures was imported. It was considered complete interaction between steel and concrete, which showed satisfactory results in previous works. The numerical simulation results were compared with experimental results available in the literature. Based on the obtained results, it was found that the consideration of the membrane action can lead to a higher ultimate resistance to composite slabs in high temperatures than the calculation models prescribed in the current standards, which may contribute to a more economical design of these elements. Keyword: Composite slabs. Fire. Membrane action. Numerical simulation. Explicit analysis.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2019. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). O incêndio se constitui como uma ação altamente nociva às condições de estabilidade estrutural de edificações. Na esfera das estruturas metálicas, os efeitos térmicos podem ser refletidos na degradação das propriedades mecânicas e potencializados pelos gradientes de temperatura, fluxo de calor, contato dos perfis com as línguas de fogo, interações estruturais, etc. Nesse contexto, é indispensável conhecer a performance do esqueleto estrutural em situação de incêndio, tanto para mitigar os danos localizados como para evitar o, eventual, colapso da estrutura. O presente trabalho tem por objetivo estudar o comportamento conjunto de elementos estruturais em situação de incêndio através da análise numérica de pórticos em aço sob elevadíssimas temperaturas. Dois modelos foram desenvolvidos: o primeiro retrata o fenômeno da transferência de calor e o segundo a simulação termomecânica, onde este último foi, devidamente, calibrado com resultados experimentais. O step Dynamic Implicit do ABAQUS/Standard foi selecionado para conduzir a simulação termoestrutural. A capacidade do algoritmo frente as altíssimas não linearidades dos materiais e geométricas foi testada. Para avaliar a resistência termomecânica dos pórticos um extensivo estudo paramétrico foi realizado. Estudou-se a influência da tensão de escoamento, da taxa de carregamento mecânico, da localização do incêndio, dos modelos de curvas de tensão versus deformação e, por fim, o uso de expressões analíticas para substituir a modelagem do heat transfer. A boa aderência entre as curvas numéricas e experimentais indica que a metodologia empregada é capaz de prever a temperatura crítica de um sistema estrutural dado a deflagração de um incêndio. Entretanto, como limitação, não permite identificar os mecanismos de ruptura provocados pela carga térmica. Fire is a highly damaging action that can cause structural instability of buildings. In steel structures, the degradation of the mechanical properties of steel depends upon temperature gradients, heat flux, contact of the steel sections with fire flames, structural interactions, among others. It is essential to know the performance of structural steel frames under fire to mitigate and prevent the eventual collapse of steel frames. The present work aims to study the behavior of steel structures under fire using Finite Elements Analyses. Two Finite Element models were developed: one for the heat transfer analyses and the other for thermomechanical investigations. The thermomechanical analyses were properly calibrated in front of experimental results available in the literature. The software ABAQUS/Standard, throughout the dynamic implicit algorithm, was applied to acknowledge the instability behavior of the steel frame under fire. The ability of the software using the implicit approach was tested for the very high nonlinearities of the materials and geometries of the models. To evaluate the thermomechanical resistance of the steel frame an intensive parametric study was developed. The influence of yield stress, mechanical loading ratio, fire location, stress-strain curves, and the use of analytical expressions to simplify the heat transfer modeling were also studied. The good adherence between numerical and experimental curves indicates that the methodology employed in this research is able to predict the critical temperature of structural systems under fire. However, as a limitation, the employed methodology does not allow the identification of the rupture mechanisms due to thermal loads.

Submitted by Icaro Vilasboas (icarofvilasboas@gmail.com) on 2019-09-04T01:50:18Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_VILASBOAS.pdf: 2702465 bytes, checksum: 6d0c0c67fbd534dcd3410aa312fd8662 (MD5) Approved for entry into archive by Escola Politécnica Biblioteca (biengproc@ufba.br) on 2019-09-06T17:34:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_VILASBOAS.pdf: 2702465 bytes, checksum: 6d0c0c67fbd534dcd3410aa312fd8662 (MD5) Made available in DSpace on 2019-09-06T17:34:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_VILASBOAS.pdf: 2702465 bytes, checksum: 6d0c0c67fbd534dcd3410aa312fd8662 (MD5) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia (FAPESB) Este trabalho se concentra em determinar as propriedades termo físicas do aço naval ASTM A131 Gr. EH36 em baixas temperaturas, com o intuito de melhorar os modelos numéricos de estruturas sujeitas a cargas acidentais causadas por derramamento criogênico. Para isto, foi utilizado o método de aplicação de diferentes intensidades de fluxo de calor, que permite a determinação simultânea da condutividade térmica (λ) e da capacidade de calor volumétrica (ρc_p). A bancada experimental consiste em um aquecedor resistivo controlado por uma fonte de corrente, que gera um fluxo de calor constante na face superior da amostra. A face oposta foi isolada por placas de poliestireno expandido e um termopar soldado por descarga capacitiva na amostra realiza a medição de temperatura. O método das diferenças finitas com formulação implícita para fluxo de calor unidimensional foi usado para calcular o perfil de temperatura na face oposta da amostra. A diferença quadrada destas duas temperaturas, medida e calculada, foi usada como função objetivo e minimizada pelo método BFGS (Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno). A análise de sensibilidade baseada nos parâmetros de sensibilidade escalonada e no resíduo experimental permite a verificação da viabilidade da otimização simultânea dos parâmetros analisados e a convergência dos parâmetros para valores reais. Com base nesta análise duas intensidades de fluxo de calor são necessárias: uma de maior intensidade, que favorece a sensibilidade escalonada da condutividade térmica, e uma mais baixa, que regula a sensibilidade escalonada da capacidade de calor volumétrica. O aço inox AISI A304 foi usado para verificar a efetividade do método, através da uma comparação entre propriedades termo físicas otimizadas e os dados da literatura. Com base nos resultados deste trabalho pode-se afirmar que o método é capaz de determinar as propriedades termo físicas de forma simultânea com baixo erro experimental. This work aims to determinate the thermophysical properties of the naval steel ASTM A131 Gr. EH36 at low temperatures in order to enhancing the numerical models of structures subjected to accidental loads caused by cryogenic spill. For this purpose, the method of application of different heat flux intensities, which allows the simultaneous determination of the thermal conductivity (λ) and volumetric heat capacity (ρc_p). The experimental apparatus consists of a resistive heater controlled by a power supply that generates a constant heat flux at the sample top surface. The bottom surface was isolated by expanded polystyrene plates and a thermocouple attached at the sample by capacitive discharge welding performs the temperature measurement. To calculate the temperature profile at the sample bottom temperature was used the finite difference method with implicit formulation. The square difference between the measured and calculated temperature was used as objective function and minimized through the BFGS (Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno) method. The sensitivity analyses based on the scaled sensitivity coefficient and the experimental residue permits to verify the simultaneous optimization feasibility and the parameter convergence to a real value. Based on this analysis two heat flux intensities were required: one of an increased intensity, which enhances the scaled sensitivity of thermal conductivity, and one of a less intensity, which regulates the scaled sensitivity of volumetric heat capacity. The stainless steel AISI A304 was used to verify the effectiveness of the method, through a comparison between the optimized and the reference thermal properties. Based on the results of this work it can be affirmed that the method is able to determinate the thermophysical properties simultaneously with low experimental error.

Submitted by Franciene Aguiar (franciene.aguiar@ucb.br) on 2019-09-30T18:35:51Z No. of bitstreams: 1 ElderCarlosMeloTCCGraduacao2019.pdf: 2237254 bytes, checksum: 56dfade865b19eecc247562f2f7ff149 (MD5) Approved for entry into archive by Sara Ribeiro (sara.ribeiro@ucb.br) on 2019-10-24T17:02:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ElderCarlosMeloTCCGraduacao2019.pdf: 2237254 bytes, checksum: 56dfade865b19eecc247562f2f7ff149 (MD5) Made available in DSpace on 2019-10-24T17:02:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ElderCarlosMeloTCCGraduacao2019.pdf: 2237254 bytes, checksum: 56dfade865b19eecc247562f2f7ff149 (MD5) Previous issue date: 2019 No ramo da construção civil é importante não apenas construir, mas construir com qualidade e segurança. Cada vez mais com o uso de tecnologias e atualizações de estudos e normas favorecem a otimização dos recursos, técnicas e monitoramento na construção civil. O presente artigo tem a finalidade de apresentar a disposição de um sistema de baixo custo utilizando strain gages e arduino para a aferição e monitoramento de deformações em simulações de estruturas metálicas, bem como a obtenção da relação entre as variáveis obtidas em forma de regressão linear para a análise dos resultados no regime elástico de deformação, onde foram obtidos resultados condizentes com a linearidade, de deformações de sensibilidade de microstrains (μm/m) com forte relação entre as cargas dispostas no sistema e suas respectivas deformações. In the field of construction is not only very important build, but do it with quality and safety. Increasing use of technologies and new studies and bases favor the optimization of resources, techniques and monitoring in civil construction. The present article aims to present a low cost arrangement of a system using strain gages and arduino for measuring and monitoring deformations in simulations of metal structures, as well as a verification between results and variables with linear regressions to analyze the results in the elastic deformation regime, where deformations results in microstrains sensitivity (μm/m) were obtained with a great relation between the loads arrenged in the system and their respective deformations.

Submitted by Ana Rebelo (amsr@isep.ipp.pt) on 2019-11-21T15:44:52Z No. of bitstreams: 1 DM_DeboraDuarte_2019_MEC.pdf: 35981340 bytes, checksum: 66d7cd6a8caaff324ac6565579e66ab0 (MD5) Approved for entry into archive by Ana Rebelo (amsr@isep.ipp.pt) on 2019-11-21T15:45:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DM_DeboraDuarte_2019_MEC.pdf: 35981340 bytes, checksum: 66d7cd6a8caaff324ac6565579e66ab0 (MD5) Made available in DSpace on 2019-11-21T15:45:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DM_DeboraDuarte_2019_MEC.pdf: 35981340 bytes, checksum: 66d7cd6a8caaff324ac6565579e66ab0 (MD5) Previous issue date: 2019

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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Os conectores de cisalhamento em chapa de aço contínua recortada, conhecidos no âmbito internacional como composite dowels, são obtidos a partir de uma única linha de corte numa chapa de aço ou mesmo na alma do perfil de aço, que confere determinada geometria ao conector capaz de transferir esforços entre os componentes de aço e de concreto das estruturas mistas. O conector de geometria chamada Crestbond foi desenvolvido no Brasil por um grupo de pesquisadores da UFV e da UFMG, em que a chapa de aço é recortada com saliências e reentrâncias trapezoidais. Quando utilizados segundo as prescrições da norma técnica vigente, a capacidade resistente da conexão proporcionada por esses conectores está associada a três possíveis modos de falha: cisalhamento do concreto, ruptura do concreto por pry-out e falha do aço do conector. Na literatura, várias pesquisas abordam o comportamento do conector Crestbond contemplando apenas o cisalhamento do concreto como modo de falha da conexão. Nesse sentido, estudos abrangendo a falha do aço do conector e o pry-out do concreto são necessários para uma descrição completa sobre o comportamento estrutural do Crestbond quando submetido a solicitações estáticas. Esse trabalho apresenta um estudo sobre esses dois modos de falha em conectores Crestbond por meio de simulações numéricas realizadas com o software ABAQUS, investigando sob quais condições cada modo de falha é predominante na conexão. Os estudos realizados foram alicerçados em pesquisas sobre conectores com as geometrias puzzle e clothoidal, já consolidados na literatura e atualmente em uso na construção de pontes e viadutos mistos de aço e concreto em vários países da Europa. Como resultado das investigações numéricas, foram propostas expressões para estimar a resistência da conexão ao pry-out do concreto e à falha do aço em conectores Crestbond. A formulação referente à falha do aço dos conectores puzzle e clothoidal mostrou-se adequada também para o Crestbond, enquanto os resultados da equação relativa ao pry-out corresponderam adequadamente aos resultados experimentais da literatura. Continuous shear connectors, also known as composite dowels, are obtained from a single cutting line in a steel plate or even in the web of the steel profile, which confers a geometry to the connector capable of transferring forces between steel and concrete components of composite structures. The Crestbond shear connector was developed in Brazil by a research group of UFV and UFMG, in which the steel plate is cut into trapezoidal recesses. According to the current technical approval, the load bearing capacity of the connection provided by these connectors is associated with three possible failure modes: concrete shearing, concrete pry-out, and steel failure. In the literature, several researches studied the behavior of Crestbond considering the concrete shearing in the openings of the connector as the only failure mode of the connection. In this sense, studies covering the steel failure and concrete pry-out are necessary for a complete description of the structural behavior of the Crestbond connectors under static loads. This work presents a study of these two failure modes in Crestbond connectors through numerical simulations performed with ABAQUS software, investigating under what conditions each failure mode is predominant in the connection. The studies were carried out based on researches about puzzle- and clothoidal-shaped connectors already consolidated in the literature and currently in use in the construction of steel-concrete composite bridges and viaducts in several European countries. As a result of the numerical investigations, expressions that estimate the load bearing capacity against concrete pry-out and steel failure of Crestbond connectors were proposed. The expression that predict the resistance against steel failure of puzzle- and clothoidal-shaped connectors was maintained for Crestbond connectors, while the results of the pry-out equation corresponded adequately to the experimental results in the literature.

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.

Não recebi financiamento The present work presents a comparative study between different steel structures on shallow foundations (single footing) and deep foundation (piles) with the purpose of identify the effects of the consideration of the soil-structure interaction (SSI) on the structural analysis. The SSI consideration is a refinement of the structural analysis, currently allowed through the evolution of the computer science and where the deformability of the soil in the structural model is taken into account. In the literature are found several studies on the effects of SSI in the structural analysis regarding the structures of reinforced concrete, however for steel structures there is a need to deepen the studies. In this work 5 steel structures and their respective shallow and deep foundations were designed, where the number of floors was varied (4, 8, 12, 16 and 20 floors), and consequently the types of bracing. Initially the structures were analyzed considering the rigid support, then they were analyzed considering the deformability of the soil and the obtained results were compared to each other. For the SSI consideration, the Winkler Hypothesis was used, through the coefficients of reactions (vertical and horizontals). An application was developed in order to streamline the process of obtaining coefficients. Were analyzed the results of support reactions and bending moments at the base of the columns, global stability coefficients B2, lateral displacements and soil displacement. The results show that the axial compression forces, bending moments and soil displacements were not significant, possibly due to the lightness of the steel structures, since the lateral displacements show major changes due to the withdrawal of the rotation restriction of the support and consideration of the real rotation stiffness of the column-footing connection, the coefficients of global stability also suffered significant variations, where there were changes in the classification of the steel structure from small to medium displacement, which would imply different considerations in the structural analysis. The work carried out intends to initiate the studies of the SSI consideration in the analysis of the steel structures, thus improving the degree of refinement of the structural analysis. Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre diferentes edifícios estruturados em aço sobre fundação superficial em sapatas e fundação profunda em estacas com a finalidade de identificar os efeitos que a consideração da interação solo-estrutura (ISE) provoca na análise estrutural. A consideração da ISE é um refinamento da análise estrutural, viabilizada atualmente através da evolução da informática e onde é levado em consideração a deformabilidade do solo no modelo estrutural. Na literatura são encontrados diversos estudos sobre os efeitos da ISE na análise estrutural relativa à estruturas de concreto armado, porém para estruturas metálicas há a necessidade de aprofundamento dos estudos. Neste trabalho foram projetados 5 edifícios de multiplos pavimentos estruturados em aço em suas respectivas fundações rasas e profundas, onde foram variados o número de pavimentos (4, 8, 12, 16 e 20 pavimentos) e consequentemente os tipos de contraventamentos. Inicialmente as estruturas foram analisadas considerando o apoio indeslocável, em seguida foram analisadas considerando a deformabilidade do solo e os resultados obtidos foram comparados entre si. Para a consideração da ISE foi utilizada a Hipótese de Winkler com a finalidade de modelagem simplificada do solo, através dos coeficientes de reações verticais e horizontais. Foi desenvolvida uma ferramenta computacional com a finalidade de agilizar o processo de obtenção dos coeficientes de reação. Foram analisados os resultados de compressão axial e momentos fletores na base dos pilares, coeficientes de estabilidade global B2, deslocamentos laterais e recalques. Os resultados mostraram que os esforços de compressão axial, recalques e momentos fletores sofreram variações pouco significativas, possivelmente devido à leveza das estruturas metálicas, já os deslocamentos laterais sofreram grandes alterações, possivelmente devido à retirada da restrição à rotação do apoio e consideração da rigidez de rotação real da ligação pilar-sapata. Os coeficientes de estabilidade global também sofreram variações significativas onde, inclusive, houve alterações da classificação da estrutura metálica de pequena para média deslocabilidade, o que implicaria em diferentes considerações na análise estrutural.