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This paper deals with nonlinear analysis of deformability of monolithic beam-column connections for bending moments in framed reinforced concrete structures. Due to the simplicity, the connections deformability is considered by using an analytical model of moment-rotation curve. Material nonlinearity of the structural elements is considered by using the flexural stiffness obtained in moment-curvature relationship of the sections. The formulation of the analytical model to obtain the relative rotations between beam and column and the formulation to construct moment-curvature curves is deduced and presented to allow the computational implementation in structural analysis software. The numerical simulations carried out in this study indicated that even in the case of monolithic connections, taking into account the bending moment deformability of the connections leads to significantly better results than the hypothesis of fully rigid connections. resumo: Este trabalho trata da análise não linear da deformabilidade de ligações monolíticas viga-pilar de concreto armado devido ao momento fletor em estruturas reticuladas de concreto armado. Em função da simplicidade, a deformabilidade das ligações é considerada por meio de modelo analítico de curva momento-rotação e a não-linearidade física dos elementos estruturais, por meio da rigidez à flexão obtida em relações momento-curvatura das seções. A formulação do modelo analítico para a obtenção das rotações relativas entre viga e pilar e a formulação relacionada com a geração das curvas momento-curvatura foram deduzidas e apresentadas, com o intuito de permitir a implementação desses modelos em rotinas computacionais. As simulações numéricas realizadas neste trabalho comprovaram que, mesmo em se tratando de ligações monolíticas, levar em conta a deformabilidade das ligações ao momento fletor conduz a resultados significativamente melhores que a hipótese de ligações perfeitamente rígidas.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Por simplificação de cálculo, no projeto de estruturas reticuladas de concreto, ainda é comum considerar as ligações viga-pilar monolíticas como perfeitamente rígidas e para as ligações viga-pilar pré-moldadas é comum a escolha de vínculos perfeitamente articulados. Com o avanço da tecnologia e com a facilidade e precisão que os programas de cálculo estrutural vêm oferecendo, a utilização de modelos analíticos que representam o comportamento da estrutura de forma mais fiel possível tem se tornado uma necessidade para os projetistas. A consideração da deformabilidade à rotação por momento fletor pode ser feita por modelos analíticos. Entretanto, para que se possa confiar nos resultados apresentados por qualquer modelo analítico, é necessária a comprovação com resultados experimentais. Este trabalho tem como objetivo a aplicação de modelos analíticos para a consideração da deformabilidade à flexão em ligações viga-pilar monolíticas e de concreto pré-moldado. Apresenta-se uma revisão bibliográfica sobre o tema com alguns modelos analíticos e alguns estudos experimentais. Foram feitas comparações entre os resultados de um modelo analítico recentemente proposto para ligações viga-pilar de extremidade monolíticas e resultados experimentais disponíveis na literatura especializada. Propõe-se neste trabalho uma extensão ao modelo estudado para que este possa ser utilizado em ligações viga-pilares internos. O novo modelo analítico foi verificado com resultados experimentais de ligações pré-moldadas. Com o auxílio do programa computacional ANSYS, foram realizadas simulações numéricas não-lineares com a aplicação dos modelos analíticos citados obtendo-se inclusive resultados do tipo de força-deslocamento. Os resultados indicam um bom desempenho dos modelos analíticos abordados e também da metodologia empregada. For simplified calculation, in the design of reticulated concrete structures, it is still common to consider the monolithic beam-to-column connections as perfectly rigid and for precast beam-to-column connections the bond is usually chosen as pinned. With the advancement of technology and with the ease and precision that structural design programs have been offering, the use of analytical models that represent the behavior of the structure as accurately as possible has become a necessity for designers. The consideration of the rotation deformability by bending moment can be done by analytical models. However, to be able to rely on the results presented by any analytical model, it is necessary its validation with experimental result. This work aims to apply analytical models for the consideration of flexural deformability in monolithic and precast concrete beam-to-column connections. A literature review on the subject with some analytical models and some experimental studies is presented. Comparisons are made between a recently proposed analytical model for monolithic beam-to-column connections and experimental results available in the specialized literature. An extension to the studied model is proposed in this paper so that it can be used in internal columns. The new analytical model is verified with experimental results of precast connections. With the aid of the ANSYS software, non-linear numerical simulations were performed applying the analytical models cited, obtaining also results of force-displacement kind. The results indicate a good performance of the models covered, as well as the methodology used. Dissertação (Mestrado)

RESUMO No presente artigo, apresenta-se o resultado de uma investigação experimental sobre o comportamento semirrígido de ligações típicas viga-pilar em estruturas pré-moldadas de concreto armado, projetadas para resistir ao momento fletor negativo por meio de armadura de continuidade solidarizada no local passante em bainhas corrugadas com preenchimento de graute em pilar central. O programa experimental envolveu 6 ensaios de protótipos cruciforme de ligações viga-pilar em escala real, onde o detalhamento da armadura negativa foi mantido igual para todos os modelos, mas variou-se o detalhamento das ligações positivas n o apoio da viga sobre o consolo, sendo 2 modelos com almofadas de elastômero e chumbadores verticais, 2 modelos com junta grauteada e chumbadores verticais e 2 modelos com chapas soldadas positivas. Com base nos resultados experimentais, observou-se que o detalhamento na ligação positiva apresentou influência secundária sobre a rigidez secante negativa da ligação viga-pilar, onde a rigidez média obtida nos modelos com chapas soldadas foi cerca de 11% superior à rigidez média obtida nos modelos com almofadas de elastômero. Portanto, pode-se concluir que a rigidez secante negativa é fortemente associada com o mecanismo de deformação por alongamento da armadura negativa, com escorregamento aço-concreto nas posições fissuradas da região da ligação anterior ao escoamento da armadura, com intensificação deste mecanismo com a abertura na interface viga-pilar a partir do arrancamento parcial de graute de preenchimento na bainha corrugada. Considerando uma viga de concreto armado com rigidez secante (EcI)sec = 0,5EcI e comprimento virtual L = 12h (h = altura da viga), obteve-se um coeficiente médio de engastamento parcial em torno de 65%. ABSTRACT This paper presents the results of an experimental investigation on the semi-rigid behaviour of typical beam-column connections for precast concrete structures, designed to resist negative bending moment with continuity bars crossing the central column through corrugated sleeves filled with grout with cast-in-place topping on the precast beams. The experimental program involved 06 tests with cruciform prototypes with large scale of beam-column connections, where the detail of the negative continuity bars was the same for all the models, varying the positive connections of the beam support on the corbel, being 2 models with bearing pads with elastomer and dowel bars, 2 models with grouted joint and dowel bars and 2 models with positive welded plates. Based on the experimental results, it was observed that the positive connections had a secondary influence on the negative secant stiffness of the beam-column connections, wherein the average stiffness achieved for the models with welded plates was just 11% higher than the stiffness obtained for the models with elastomeric pads. On the other hand, it can be deduced that the secant stiffness is strongly associated with the elongation deformation mechanism of the negative reinforcement, with bond-slip at the cracked positions of the connection region prior the yielding of the rebars, with the increasing of the opening of the beam-column interface due to partial pullout of the grout from the corrugated sleeve. Considering a reinforced concrete beam with secant stiffness of (EcI)sec = 0,5EcI and a virtual length L = 12h (h = beam height), it has been obtained a partial restrainement of 65%.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Na modelação de estruturas porticadas de betão armado, é prática corrente assumir que as ligações viga-pilar possuem uma resistência superior à dos elementos adjacentes e se comportam como rígidas. No entanto, estudos recentes mostram que as ligações viga-pilar apresentam em alguns casos uma capacidade resistente inferior à das peças lineares adjacentes e são normalmente responsáveis por uma parcela significativa da deformabilidade das estruturas.Esta dissertação tem como objetivo fundamental avaliara influência da flexibilidade das ligações viga-pilar nos comprimentos efetivos de encurvadura de pilares em pórticos regulares de betão armado. Consideram-se apenas pórticos planos e ligações viga-pilar interiores. O estudo, realizado em regime materialmente linear, incide sobre duas subestruturas arquétipo, constituídas por um número reduzido de barras – uma representativa de pórticos contraventados (nos quais o modo crítico de instabilidade não envolve deslocamentos laterais dos nós) e a outra representativa de pórticos não contraventados (cujo modo crítico de instabilidade envolve deslocamentos laterais dos nós). Nestas subestruturas arquétipo, a deformabilidade das ligações viga-pilar é representada por intermédio de elementos pontuais com rigidez rotacional finita (“molas rotacionais”) colocados nas extremidades das vigas, junto à sua intersecção com o eixo do pilar. Este tipo de modelação permite ter em conta, de uma forma simples, o escorregamento da armadura longitudinal da(s) viga(s) adjacentes no interior da ligação.A utilização de subestruturas arquétipo permite que, com a variação de um número restrito de parâmetros, sejam retiradas conclusões relativas a uma gama bastante alargada de estruturas porticadas regulares. In the modelling of reinforced concrete frames, it is common practice to assume that the strength of beam-column joints is superior to that of all adjacent members and that they behave rigidly. However, recent studies have shown that beam-column joints may exhibit a lower strength than adjacent members and are responsible for a significant portion of the deformability of the overall structure.The main goal of this dissertation is to assess the influence of beam-column joint flexibility on the effective buckling lengths of columns in regular reinforced concrete frames. The study is restricted to planar frames with linear material behaviour and interior beam-column joints. It concerns two archetypal substructures, one representative of braced frames (in which the critical buckling mode involves no lateral displacements of the nodes) and the other representative of unbraced frames (whose critical buckling mode involves lateral displacements of the nodes). In these archetypal substructures, the deformation of the beam-column joints is represented by point elements with finite rotational stiffness ( "rotational springs") placed at the ends of the beams, at its intersection with the axis of the column. This modelling approach makes it possible to account, in a simple way, for the slip of the longitudinal reinforcement of the adjacent beam(s) within the connection.The use of archetypal substructures allows, with the variation of a limited number of parameters, conclusions to be drawn regarding a fairly broad range of regular planar frames

Mestrado em Engenharia Civil As ligações viga-pilar são consideradas como sendo a região mais critica e susceptível das estruturas de betão armado, quando sujeitas à ação sísmica. O comportamento global da estrutura de betão armado está dependente do desempenho destas ligações. Quando sujeitas à ação sísmica, as ligações viga-pilar de estruturas antigas são mais vulneráveis e possuem um fraco desempenho em comparação com os edifícios em betão armado mais atuais (estruturas projetadas de acordo com a regulamentação atual). Por isso, é recorrente em ligações viga-pilar de estruturas antigas, a necessidade de as reparar e reforçar, de modo a melhorar a performance do edifício durante os sismos. A presente dissertação incide sobre o reforço de ligações viga-pilar sujeitas a carregamentos cíclicos, e representativas de estruturas de edifícios de betão armado construídos até à década de 70. Neste âmbito, é realizada uma revisão bibliográfica sobre as ligações viga-pilar, e sobre diferentes métodos de reparação e reforço de elementos estruturais de betão armado. O estudo desenvolvido centra-se na análise comparativa entre as soluções de reforço adoptadas e os resultados obtidos nos trabalhos desenvolvidos por Melo (2009) e Garcia (2011). Para o efeito, neste trabalho procedeu-se ao dimensionamento, execução, ensaio e análise de soluções de reforço sísmico a aplicar num conjunto de provetes que simulam as ligações viga-pilar interiores de estruturas antigas de betão armado. Deste modo, as soluções de reforço passaram pelo recurso ao encamisamento em betão armado de três provetes testados e analisados pelos autores anteriormente referidos. A primeira solução consistiu no encamisamento total de betão armado do pilar do provete IPC. A segunda proposta de reforço passou pelo encamisamento em betão armado das vigas e pilares dos provetes IPD e IPE. No entanto, os varões longitudinais de reforço do pilar do provete IPD contornaram as vigas, de modo a evitar a furação das vigas. Com base nos resultados experimentais obtidos foi possível compreender o sucesso e fiabilidade das ligações viga-pilar reforçadas com recurso ao encamisamento em betão armado, quando sujeitas a carregamento cíclicos. Beam-column connections are considered to be the region most critical and susceptible of reinforced concrete structures when subjected to seismic action. The overall behavior of the concrete structure is dependent on the performance of these links. When subjected to seismic action, beamcolumn connections of old structures are more vulnerable and have poor performance compared to current RC buildings (structures designed according to current regulations). Therefore, more often than not, the joints of such old structures require retrofitting in order to deliver better performance during earthquakes. This dissertation focuses on the reinforcement of beam-column joints subjected to cyclic loadings, and representative of reinforced concrete building structures built to the 70`s. In this context, it is carried out a literature review on the beam-column joints, and on different methods of repair and reinforcement of structural elements of reinforced concrete. The study conducted focuses on the comparative analysis of the adopted reinforcement solutions and the results of the work of Melo (2009) and Garcia (2011). For the purpose of this study was undertaken to design, implement, test and analysis of seismic reinforcement solutions to implement a set of samples that simulate the inner beam-column joints of old concrete structures. Thus, the reinforcement solutions adopted consisted in the use of the reinforced concrete jacketing of three specimens tested and analyzed by the authors mentioned above. The first solution was a total reinforced concrete jacketing of the IPC specimen column. The second proposal passed on the reinforced concrete jacketing of the beams and columns of IPD and IPE specimens. However, the longitudinal rods of specimen pillar reinforcement beams IPD rounded so as to avoid drilling of beams. The experimental results obtained were used to understand the success and reliability of beam-column connections reinforced with reinforced concrete jacketing, when subjected to cyclic loading.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra Os perfis metálicos tubulares, sejam estes de secção circular, quadrada ou retangular, apresentam enormes vantagens quando comparados com perfis de seção aberta. Este facto deve-se a razões não só de índole estrutural como também de índole estética. Contudo, são bastante penalizados devido à escassez de metodologias adequadas no dimensionamento de ligações entre perfis deste tipo. O Eurocódigo 3 - parte 1-8, enquanto norma europeia, é hoje um dos documentos de base utilizado no dimensionamento de ligações entre perfis metálicos. Porém, quando se trata de ligações aparafusadas entre perfis tubulares torna-se num documento dispensável pois não apresenta qualquer formulação do método das componentes aplicada ao tipo de ligações estudadas na presente tese. O aumento do uso de perfis tubulares em estruturas metálicas justifica, assim, a necessidade do estudo de novos métodos de cálculo que racionalizem as ligações entre perfis deste tipo. Além disso, devem ser investigadas soluções que facilitem o processo de execução e minimizem o fator “custo”. No âmbito de um projeto europeu – FRAME UP – foram realizados, no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, um conjunto de ensaios experimentais estáticos e cíclicos à temperatura ambiente que visam a avaliação do comportamento de uma tipologia inovadora de ligação viga-pilar, ambos constituídos por seções tubulares, a qual é efetuada através de um elemento auxiliar denominado por “reverse channel”. Em simultâneo, serão desenvolvidos modelos numéricos e analíticos através do método das componentes que caracterizem adequadamente o comportamento da nova tipologia de ligação. A presente tese, para além da identificação das componentes, visa o tratamento dos resultados experimentais, a investigação de metodologias existentes que possam ser aplicadas na quantificação da resistência e rigidez das novas componentes e, por fim, a comparação entre os resultados obtidos de forma a validar as metodologias analíticas existentes. Hollow sections, whether circular, square or rectangular, present huge advantages when compared with open sections. This fact is due to reasons not only of structural nature as well as aesthetics considerations. However, they are considerably penalized due to the lack of appropriate methodologies in the design of joints between such profiles. Eurocode 3 – Part 1-8 as a European norm, is today one of the background documents used in the design of joints between steel sections. However, when dealing with bolted joints between hollow sections it becomes a dispensable document because it does not present any formulation of component’s method applied to the type of connections studied in this thesis. The increase of the use of hollow sections in steel structures justifies the need to study new methods of calculation that rationalize the joints between such profiles. Moreover, solutions that simplify the implementation process and minimize the factor “cost” should be investigated. Within a European Project – FRAME UP – were performed in the Department of Civil Engineering, University of Coimbra, a set of experimental monotonic and cyclic tests at room temperature with the aim of evaluate the behaviour of an innovative type of beam-column joint, both constituted by hollow sections, which is performed by an auxiliary element named “reverse channel”. Simultaneously, will be developed numerical and analytical approaches through component’s method that adequately characterize the behaviour of the new type of joints. This thesis, in addition to the identification of the components, aims to treat experimental results, research for new methodologies that could be applied to quantify the resistance and stiffness of new component’s and, lastly, a comparison between the results obtained to validate existing analytical methodologies.

Tese de doutoramento em Engenharia Civil, na especialidade de Estruturas, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra Os modelos convencionais de análise de estruturas porticadas de betão armado assumem que (i) as ligações viga-pilar são rígidas ou (ii) o seu comportamento pode ser representado por modelos vocacionados para simular o comportamento de elementos lineares. No primeiro caso despreza-se o efeito do comportamento das ligações viga-pilar sobre o comportamento global da estrutura. No segundo caso as ligações viga-pilar são substituídas por prolongamentos dos elementos lineares adjacentes, o que reduz a complexidade do problema original. Existe uma convicção generalizada, ainda que não fundamentada, de que os erros associados a estes modelos são admissíveis. No entanto, ambos os modelos são desadequados, na medida em que o primeiro obscurece o efeito do comportamento da ligação, enquanto o segundo não contempla as diferenças de comportamento entre ligações viga-pilar e elementos lineares. Foram desenvolvidos, por diversos investigadores, vários modelos mecânicos de comportamento para ligações viga-pilar de estruturas porticadas de betão armado que podem ser classificados em dois grupos: (i) modelos rigorosos, especialmente para o caso das acções cíclicas e (ii) modelos simplificados, habitualmente materializados por molas angulares nas extremidades das vigas. Os modelos do primeiro grupo são vocacionados para a simulação numérica de ensaios experimentais de ligações viga-pilar isoladas e são desadequados para uma utilização corrente, na medida em que (i) são complexos, não permitindo a construção de modelos estruturais de forma célere, (ii) são computacionalmente exigentes e (iii) dependem de muitos parâmetros sem significado físico evidente. Os modelos do segundo grupo, apesar de poderem ser calibrados para situações específicas, (i) não conduzem a resultados aceitáveis numa gama de configurações suficientemente grande para permitir a sua utilização generalizada, (ii) não simulam adequadamente os modos de deformação dominantes nas ligações e (iii) não é simples o relacionamento entre as grandezas estáticas e cinemáticas usadas para definir o seu comportamento e as grandezas estáticas e cinemáticas habitualmente consideradas mais relevantes para qualificar o comportamento das ligações viga-pilar. O presente estudo pretende contribuir para a clarificação do comportamento quase-estático monotónico das ligações viga-pilar de estruturas porticadas de betão armado, para a identificação dos seus efeitos e para a sua adequada modelação. O estudo é iniciado com a revisão bibliográfica, que estabelece o estado de conhecimento actual sobre ligações viga-pilar em estruturas porticadas de betão armado, sobre o qual o presente estudo se alicerçou. Segue-se uma análise exploratória que visa avaliar, de forma simples e expedita, se é necessária a existência de modelos mecânicos consistentes para ligações viga-pilar em estruturas porticadas de betão armado, concluindo-se que, em determinadas situações, é. De modo a complementar este resultado, avaliou-se, com o auxílio do programa de elementos finitos ATENA 3D, se o dimensionamento da armadura longitudinal das vigas e pilares com base nos esforços nas suas extremidades efectivas constitui um procedimento seguro. Os resultados desta análise reforçam a conclusão anterior, de que as ligações viga-pilar não devem ser consideradas como um prolongamento das vigas e pilares adjacentes, mas sim como elementos estruturais independentes. No seguimento destas conclusões, é desenvolvido um modelo de ligação viga-pilar baseado no método das componentes. Para tal, foram inicialmente identificadas as componentes relevantes das ligações viga-pilar de estruturas porticadas de betão armado, com pormenorizações de armadura correntes, e seguidamente, foram desenvolvidos, analisados e validados modelos de comportamento para estas componentes. Com o modelo de ligação viga-pilar desenvolvido formulou-se um novo elemento, que foi adicionado ao programa de elementos finitos EvalS, vocacionado para análise de estruturas reticuladas planas, juntamente com um modelo seccional de fibras para elementos lineares, para o que foi necessário ter em consideração as especificidades do método das forças fictícias (MFF), o procedimento de análise materialmente não linear implementado no EvalS. Este programa foi seguidamente utilizado para avaliar o efeito do comportamento das ligações viga-pilar (i) sobre a capacidade de carga e a deformabilidade lateral de estruturas porticadas correntes e (ii) sobre os resultados da avaliação do desempenho sísmico de estruturas dimensionadas de acordo com as disposições actuais recorrendo a uma análise pushover. Concluiu-se que a não consideração do comportamento efectivo das ligações viga-pilar pode conduzir a resultados pouco rigorosos. Tendo em atenção estes resultados, foram estabelecidos procedimentos simplificados para avaliar, de forma expedita, a relevância da deformabilidade das ligações viga-pilar em estruturas porticadas de betão armado e, desta forma, identificar em que condições é adequada a utilização dos modelos simplificados referidos acima. Por fim, avaliou-se, novamente com o auxílio do programa ATENA 3D, o impacto de diversos factores na rigidez e na capacidade resistente das ligações viga-pilar, entre os quais, a pormenorização da armadura, a configuração da ligação e o esforço axial nos pilares. Conventional structural models of reinforced concrete frames assume beam-column joints to be either rigid or represented by a centreline joint model. The rigid joint model fully ignores the influence of the beam-column joint behaviour over the overall behaviour of the frame. The centreline joint model replaces the beam-column joint by one-dimensional beams and columns framing into the joint, thus reducing the complexity of the original problem. There is a widespread belief that the error associated with either of these models is admissible. However, both models are inadequate because the former obscures the effect of the behaviour of the beam-column joint while the latter excludes the behaviour differences between beams/columns and beam-column joints. Several investigators have developed mechanical models for beam-column joints in reinforced concrete frames that may be included in two main groups: (i) complex models, mainly aimed for cyclic actions, and (ii) simplified models, where the beam-column joint flexibility is simulated through hinges at the ends of the beams framing into the beam-column joint. Models in the former group are more suitable for numerical simulation of experimental tests and are not suited for everyday use in design offices, because (i) they are too complicated, the development of a structural model becoming a hard task, (ii) they are computationally demanding and (iii) they depend on many parameters without a clear physical meaning. The models in the latter group can be calibrated for specific situations, but (i) they do not provide acceptable accuracy for a widespread use, (ii) they do not simulate properly the main deformation modes in beam-column joints and (iii) their constitutive laws are not directly related to the most relevant variables for beam-column joint behaviour. The objectives of the present study are threefold. First, to contribute to the clarification of the quasi-static monotonic behaviour of beam-column joints in reinforced concrete frames. Second, to identify the effects of this behaviour. And, finally, to define appropriate modelling approaches for beam-column joints in reinforced concrete frames. The study begins with a literature review, establishing the current state of knowledge on beam-column joints in reinforced concrete frames. This is followed by an exploratory analysis aiming to evaluate, in a simple way, if consistent mechanical models are required for beamcolumn joints in reinforced concrete frames. It was found that, in certain situations, these more rigorous models are required. In order to complement the former analysis, the finite element program ATENA 3D was used in order to assess if it is safe to design the reinforcement of beams and columns in accordance with the internal forces at the joint boundary. The results of this analysis strengthened the previous findings that beam-column joints should be modelled as independent structural elements and not as simple extensions of beams and columns. Following these findings, a model based on the components method was developed for beamcolumn joints in reinforced concrete frames. This required the identification of the relevant components of beam-column joints in reinforced concrete frames, for standard rebar detailing schemes, and subsequent development, testing and validation of the models for these components. A new element was developed according the proposed beam-column joint model. This element was implemented in EvalS, a finite element program for the nonlinear the analysis of skeletal structures, along with a sectional fibre model for linear elements. The implementation of these models took into account the particularities of the Fictitious Forces Method (MFF), the analysis procedure implemented in EvalS for material nonlinear analysis. EvalS was then used to evaluate the effect of the behaviour of beam-column joints (i) on the load capacity and lateral deformability of reinforced concrete frames and (ii) on the results of the evaluation of the seismic performance of structures designed according to the current codes using a pushover analysis. It was found that beam-column joint behaviour must be taken into account in order to get accurate results. Bearing in mind these results, simplified procedures were established to evaluate, in a simple manner, the significance of the deformability of the beam-column joints in reinforced concrete frames and thus identify the conditions under which it is appropriate to use the simple models mentioned above. Finally, it was evaluated, again with ATENA 3D, the impact of various factors on the stiffness and load capacity of beam-column joints, including the detailing of the rebars, the connection configuration and the value of axial force in the columns. Trabalho realizado com o apoio da Fundação para a Ciência e Tecnologia por intermédio da bolsa SFRH/BD/36605/2007 no âmbito do QREN - POPH - Tipologia 4.1 - Formação Avançada, comparticipado pelo Fundo Social Europeu e por fundos nacionais do MCTES.

Financiadora de Estudos e Projetos This study aimed to analyze the structural behavior of a beam-column connection with embedded steel member for precast concrete with no current use still in Brazil. Based on the literature review about hidden corbels found in international technical references, a type of hidden corbel with embedded steel section (so called billet) was selected for this research. Although there are many different analytical models for the design of the billet within the available technical literature, the focus of this research was on the revised models found in the most recent design manuals PCI (2010) and FIB (2011). In addition to the analytical study an experimental investigation was conducted, wherein isolated column members with billet corbels were tested primarily to a full scale test of a sub-frame with two beams six meters long and with a central column assembled in cruciform shape. For the isolated model, named PI Model (Isolated steel corbel), the behavior of the steel corbel and its interaction with the column were evaluated. For the full scale test, named LI Model (connection zone model), the behavior of the connection zone and the behavior of the beam were studied interacting together. For both the theoretical and the experimental studies, the selected billet consisted of a rectangular hollow section of 200 mm x 100 mm x 10 mm in height, width and thickness, respectively. For the PI Model test, the billet showed a rigid behavior and it was capable of resist an applied load of 700 kN with no damage within the concrete of the column. For the case of LI Model, the experimental study analyzed the behavior of the whole connection zone, comprising both the steel corbel and the end of the beam near the corbel. For this case, the connection behaved as rigid until the applied shear force at the connection reached between 239,5 kN and 238,3 kN, for which the flexural stiffness of the connection acted as rigid, with fixity factors of 1.0 and 0.96, for the left and right connections, respectively. The failure of the model occurred at the cast in place topping of the composite beam when the shear force reached 473.5 kN. The comparison between the experimental results with the theoretical values demonstrated that the isolate billet showed compatible resistance with the expected but that the region of the beam top end showed premature failure due to lack of reinforcement in the region of the end of the beam. It is believed that this effect occurred because of the fact that the detailing followed from studies conducted in the UK is suitable for hinged connections while the connection analyzed in this research comprised of continuous negative reinforcing bars passing through the columns within the cast in place topping of the composite precast beam. Finally, this study presents further recommendations for improvements of the reinforcement detailing of the precast beam. O estudo teve como objetivo principal analisar o comportamento estrutural de uma ligação viga-pilar com Consolo Metálico Embutido para estruturas pré-moldadas de concreto com uso ainda não corrente no Brasil. Após uma revisão bibliográfica sobre os principais consolos metálicos embutidos encontrados nas referências técnicas internacionais, escolheu-se um tipo de consolo metálico embutido que emprega um perfil metálico (chamado tarugo metálico). A revisão bibliográfica permitiu encontrar na literatura técnica e acadêmica vários modelos analíticos para o dimensionamento do perfil metálico, mas o estudo no presente trabalho se concentrou nos modelos revisados encontrados nos manuais do PCI (2010) e da FIB (2011). Além do estudo analítico, foram realizados ensaios exploratórios primeiramente em consolos no pilar isolado e em seguida foi ensaiado um modelo em escala real com duas vigas de seis metros e um pilar central. No primeiro modelo, denominado modelo de ensaio PI (Pilar Isolado), estudou-se o comportamento isolado do consolo e sua interação junto ao pilar. No segundo modelo, denominado modelo de ensaio LI (Ligação), estudou-se o comportamento da região da ligação e de interação com a viga. Para o estudo teórico-experimental, o tarugo metálico escolhido teve perfil retangular vazado de 200 mm x 100 mm x 10 mm de altura, largura e espessura respectivamente. No ensaio do modelo PI, o consolo metálico apresentou um comportamento rígido e foi capaz de suportar uma carga aplicada de 700 kN sem danos dentro do concreto do pilar. Já no caso do modelo LI, o estudo experimental analisou o comportamento conjunto da ligação, envolvendo tanto o consolo metálico quanto a extremidade da viga próximo ao consolo. Para este caso, a ligação se comportou como rígida para uma força cortante entre 239,5 kN e 238,3 kN, para a qual se estimou um momento de engastamento variando entre 1,0 e 0,96 para a ligação da esquerda e direita, respectivamente. Ocorreu ruptura por cisalhamento na capa de concreto na extremidade da viga quando a força cortante na seção atingiu 473,5 kN. A comparação dos resultados experimentais com os valores teóricos de cálculo demonstrou que o consolo isolado apresentou resistência compatível com o esperado, mas que a região da capa na extremidade da viga apresentou uma falha prematura devido à falta de armadura de costura na região da extremidade da viga. Acredita-se que este efeito tenha ocorrido em virtude do fato de que o detalhamento seguido a partir de estudos realizados no Reino Unido seja indicado para ligações articuladas, enquanto a ligação analisada consistiu de uma ligação com continuidade na armadura negativa. Por esta razão, este estudo apresenta recomendações para melhorias no detalhamento da viga.

Neste trabalho são apresentados os resultados experimentais de ensaios em ligações viga-pilar de concreto armado realizados na Escola de Engenharia de São Carlos - USP. Os referidos resultados experimentais concentram-se nas rotações relativas entre os elementos viga e pilar, importantes para a determinação da relação momento-rotação das ligações e da caracterização do comportamento semi-rígido das mesmas. Os dados experimentais foram obtidos a partir de ensaios de ligações viga-pilar de extremidade. A influência da resistência à compressão do concreto e da taxa de armadura transversal na região dos nós de pórtico sobre as rotações relativas foi analisada. Os resultados experimentais foram confrontados com o modelo teórico proposto por Ferreira [1] para ligações com engastamento parcial, permitindo uma avaliação da porcentagem de engastamento alcançada pelas tipologias de ligações monolíticas abordadas neste trabalho. This paper presents the results of experimental tests on reinforced concrete beam-column connections carried out at the Engineering School of São Carlos - USP. The experimental results concentrate on relative rotations between beam and column, which are importante parameters for the evaluation of the moment-rotation curves and the characterization of semi-rigid behavior of the connections. The experimental results were obtained from tests on specimens of edged beam-column connections. The influence of concrete compressive strength and joint transverse reinforcement ratio on relative rotations was investigated. The experimental results were compared with results obtained from the theoretical model proposed by Ferreira [1] for partially restrained connections, which provided an evaluation of the percentage of restriction obtained by the types of monolithic connections considered in this study.

Universidade Federal de Minas Gerais The behaviour of prestressed precast beams is directly affected by the rotational stiffness of the end connections. Although the prestressed beam presents a linear behaviour in service, the effective behaviour of the precast beam depends on the interaction of the beam with the behaviour of its connections. The majority of the experimental investigations on semi-rigid connections in precast concrete structures are focused on the testing of isolated models of connections aiming to the characterization of their moment-rotation relationships. However, the effective behaviour of precast beams with semi-rigid connections can only be determined through tests of precast subframes, wherein the interaction of the beam with its connections can be evaluated. The present research presents a development of an experimental procedure for testing of precast subframes with semi-rigid connections, which integrates analytical equations, allowing estimate the partial restrained moment at the beam-column connections. Using this approach, this research presents the results of an experimental investigation. With the experimental inquiry of the prestressed beam behavior together with the beam-column connections of extremity, through physical tests, was possible esteem the partial restrained in the beam-column connections, despite in exploratory character. Were testing two models, being one compose for a prestressed beam with semi-rigid connections, and the other compose for a simply supported prestressed beam With the analyses of the experimental results for the studied models, the effective restrained of the connections, in other words, the capacity of restriction to the rotation of beam-column connections of extremity in the U.L.S, was esteem as being a value between 60% and 70%, presenting, thus, a good performance. Although these results are restricted to the negative moments, it gives credit that these connections possess one high potential for application in porches, because the detail used in the interface between the beam and the column made possible a bigger capacity of restriction to the rotation of the connection O comportamento das vigas pré-moldadas de concreto protendido é diretamente afetado pela relação momento-rotação do apoio. Dessa forma, embora a viga protendida apresente um comportamento linear, o comportamento conjunto viga e ligações, é determinado pela não linearidade das ligações. Os estudos experimentais existentes sobre o comportamento das ligações semi-rígidas em estruturas pré-moldadas têm se restringido a caracterização da rigidez à flexão de maneira isolada, devido principalmente à falta de uma metodologia experimental que integre parâmetros teóricos de controle, como o fator de restrição à rotação αR e o procedimento Beam-line. Na presente pesquisa, desenvolveu-se um procedimento experimental, através do qual foi possível integrar diversos equacionamentos teóricos, que levam em consideração diferentes parâmetros para a análise dos resultados. Com a investigação experimental do comportamento conjunto de uma viga pré-moldada de concreto protendido e de suas ligações viga-pilar de extremidade, a partir de ensaios físicos de dois modelos, foi possível estimar o engastamento parcial nas ligações viga-pilar. Foram ensaiados dois modelos, sendo um composto por uma viga protendida com ligações semirígidas, e o outro composto por uma viga protendida bi-apoiada, ainda que em caráter exploratório Com base nas análises dos resultados experimentais obtidos para os modelos estudados, o engastamento parcial efetivo da ligação, ou seja, a capacidade de restrição à rotação da ligação viga-pilar de extremidade, no Estado Limite Último, foi estimada como sendo um valor entre 60% e 70%, apresentando, assim, um bom desempenho. Embora tais resultados sejam restritos aos momentos negativos, acredita-se que essa ligação possui um elevado potencial para aplicação em pórticos, na medida em que o detalhe utilizado na interface entre a viga e o pilar possibilitou uma maior capacidade de restrição ao giro da ligação

Universidade Federal de Minas Gerais The present research deals with the study of continuity in slab-beam-column connections in precast concrete structures, wherein an experimental investigation about the contribution of longitudinal reinforced bars, passing on the side of the column in the top of the slab, on the connector flexural stiffness. For this study, a beam-to-column connection was selected, comprising concrete corbel with dowel bars and continuity reinforced bars passing trough the column and fulfilling of grout in the interface of the connection. Two tests were carried out for the characterization of the moment-rotation relationship of two different connection prototypes, one with 100% of the continuity reinforced bars passing trough the column and another with 50% trough the column and 50% in the laterals. The experimental results indicate that bars passing on both sides of the column enhanced the moment-rotation relationship for the second prototype, being even more significant for the serviceability stage. However, rotations at the beginning of plasticization of the moment-rotation curve were close for the two prototypes. The results indicate that the transverse reinforcement between the slab and the beam was capable of mobilizing the external longitudinal bars at the same time of the internal longitudinal bars, passing through the column. Additionally, this reinforcement arrangement provided an increase of the cracking control within the connection zone at the end of the beam No presente trabalho foi estuda a continuidade em ligações laje-viga-pilar em estruturas pré-moldadas de concreto com a realização de uma investigação experimental quanto à contribuição da parcela de armadura passante nas laterais do pilar na capa da laje, tanto para a rigidez à flexão quanto para o controle da fissuração. Para objeto de estudo, selecionou-se uma ligação viga-pilar com consolo de concreto e chumbador, com armadura de continuidade passante no pilar por meio de bainhas lisas preenchidas com graute. Foram realizados ensaios para a caracterização das ligações com dois modelos experimentais, sendo um com 100% da armadura de continuidade passando dentro do pilar e o segundo com 50% dentro do pilar e 50% nas laterais. Os resultados experimentais mostraram que as barras laterais ao pilar contribuíram para aumento da rigidez à flexão, principalmente para a fase de serviço, inferior à carga de projeto. Entretanto, as rotações relativas ao início da plastificação da relação momento-rotação foram próximas para os dois modelos. Acredita-se que o detalhamento empregado para armadura de costura entre a viga e a laje permitiu que as armaduras longitudinais dentro e fora do pilar fossem mobilizadas de forma conjunta, tanto na fase de serviço quanto para a fase de projeto, promovendo um controle efetivo da fissuração na região da ligação

O comportamento não-linear da relação momento-rotação das ligações viga-pilar em perfis formados a frio ainda não é definido de modo satisfatório, pois o estudo da semirigidez dessas ligações encontra-se até o momento num estado incipiente. Neste trabalho são apresentados os resultados da pesquisa experimental realizada paraestudar o comportamento e a resistência de ligações semi-rígidas, projetadas para a estrutura em perfis de aço formados a frio de prédios de até 7 pavimentos utilizando como meio de ligação o rebite tubular com rosca interna. Além disso, estes resultados são utilizados para o ajuste de um modelo analítico de potência de três parâmetros, apresentado por KISHI e CHEN (1990), para ligações parafusadas com chapa de extremidade estendida. Como resultado deste trabalho, verificou-se que as ligações estudadas obedecem ao modelo analítico adotado, necessitando apenas de ajustes devido às característicaspróprias do sistema proposto. The non-linear behavior of the moment-rotation relationship of the beam-to-column connections in cold-formed profiles is not yet defined in a satisfactory way, because the study of the semi-rigid behavior of these connections is still in an incipient stage of knowledge. In this work are presented the results of the experimental research accomplished tostudy the behavior and the resistance of semi-rigid connections, projected for a structure in cold-formed steel profiles of seven-story buildings using, as fastener, the tubular rivet with internal thread.Besides, these results are used for the adjustment of an analytic model of potency of three parameters, proposed by KISHI and CHEN (1990), for screwed connections with end plate. As a result of this work, it was verified that the studied connections obey the adopted analytical model, just needing adjustments due to their own characteristics.