Numerical analysis of isolated end-flattened steel bars under compression in space trusses

This research aims to characterize the behavior of isolated end-flattened steel bars under compressive loading, in which global instabilities or excessive local deformations represent a significant part of the causes of structural collapse. The association of numerical analyses using the finite element method (FEM) with previously collected experimental data is performed, and their respective results are the core object of critical analysis in this work. Numerical simulations are based on the modified Riks method, complemented in part by modal analysis, whose results demonstrate the occurrence of the aforementioned failure modes in prototypes with slenderness ratios varying in the spectrum from 20 to 200. Finally, the analytical formulations that describe the phenomenon from the approach of global and local instabilities incorporated into current normative expressions are applied in a comparison with the results gathered in the numerical approach

UM ESTUDO COMPARATIVO ANALÍTICO-NUMÉRICO DO COMPORTAMENTO À FLEXÃO DE LAJES TIPO BUBBLEDECK

A laje tipo BubbleDeck é um sistema construtivo, proposto pelo engenheiro dinamarquês Jorgen Breuning, que se utiliza do princípio em que no interior das lajes surge uma zona onde o concreto pode ser desprezado, por ter função estrutural limitada. Nesta zona são adicionadas esferas (“bubbles”) plásticas vazias, adequadamente espaçadas, propiciando uma redução considerável do consumo de concreto, o que pode gerar uma diminuição em torno de 35% do peso próprio da laje. Essas lajes se comportam como lajes maciças homogêneas e são largamente aceitas e utilizadas em diversas partes do mundo, tais como, na Europa, Américas, Ásia, etc. No entanto, esse sistema de laje ainda gera muitas dúvidas quando do seu real comportamento e dimensionamento, principalmente pela complexidade do problema e das dificuldades em se calcular os esforços internos. Portanto, este trabalho se insere dentro de uma perspectiva de criação de processos de análise que permitam uma melhor compreensão do problema. Assim, foram implementadas em MATLAB a Teoria de Placas Finas, conhecida como hipóteses de Kirchhoff, definidas pelas hipóteses de Kirchhoff-Love para obtenção dos esforços internos. Para tanto, foi determinada a rigidez equivalente entre lajes bidirecionais tipo BubbleDeck e lajes sólidas

Differential Evolution Algorithm for Identification of Structural Damage in Steel Beams

Problems involving errors and uncertainties from the use of numerical and experimental responses of beams using optimization processes have been studied by many researchers. In this field, to simulate the real behavior of structures, especially in problems involving damage, it is required to have reliable experimental results in order to adjust a numerical model. These difficulties may be associated for example to modeling the connection stiffness, support conditions, or relevant parameters in structures involving damages among others. This paper proposes a new methodology to detect damage in steel beams using the Differential Evolution Technique based on experimental and numerical data. The results show a great potential of the methodology to solve damage detection problems

MANIFESTAÇÕES PATOLÓGICAS NA ESTRUTURA DO MEMORIAL DOS POVOS INDÍGENAS - BRASÍLIA / DF

As manifestações patológicas nas estruturas de concreto não é algo inesperado, porém o reconhecimento preciso é fundamental para atingir ou preservar o desempenho e a durabilidade da estrutura. Diante desse cenário, o propósito dessa pesquisa é analisar de forma completa as manifestações patológicas encontradas, indicando suas causas a fim de fornecer soluções de condutas para manutenções futuras, visando ampliar a vida útil e preservar a segurança de todos, no Memorial dos Povos Indígenas em Brasília-DF. A pesquisa foi desenvolvida em conformidade com a Norma de Inspeção Predial Nacional do Instituto Brasileiro de Avaliação e Perícia de Engenharia (IBAPE NACIONAL – 2012), sendo realizada inspeções de nível 01 (inspeção visual). Contabilizando mais de 35 anos da construção da edificação, foram identificadas diversas manifestações patológicas diferentes, sendo elas: armadura exposta, fissuras, infiltrações, manchas negras e eflorescência. Após as análises, concluiu-se que a edificação não possui nenhuma manifestação patológica que possa comprometer a segurança dos usuários e o correto funcionamento estrutural do Memorial. Palavras-chave: Patologia. Estrutura. Monumento. IBAPE

Numerical analysis of isolated end-flattened steel bars under compression in space trusses

This research aims to characterize the behavior of isolated end-flattened steel bars under compressive loading, in which global instabilities or excessive local deformations represent a significant part of the causes of structural collapse. The association of numerical analyses using the finite element method (FEM) with previously collected experimental data is performed, and their respective results are the core object of critical analysis in this work. Numerical simulations are based on the modified Riks method, complemented in part by modal analysis, whose results demonstrate the occurrence of the aforementioned failure modes in prototypes with slenderness ratios varying in the spectrum from 20 to 200. Finally, the analytical formulations that describe the phenomenon from the approach of global and local instabilities incorporated into current normative expressions are applied in a comparison with the results gathered in the numerical approach

AVALIAÇÃO NUMÉRICA DE FATORES DE INTENSIDADE DE TENSÃO EM PROBLEMAS DE UMA TRINCAS

The Fracture Mechanics has become an important analytical tool in the design and subsequent operation in structures that may develop cracks during their service life. In this regard, and based on the principle of linear elastic fracture mechanics (LEFM) and the knowledge of their stress intensity factors (FITs), this paper proposes numerically evaluate these factors from the use of two analysis programs: the well-established ABAQUS CAE package for analysis with finite element method (FEA) and an academic program called emCracker2D still under testing, using a formulation based on the dual boundary element method (DBEM) and the J-integral technique for calculating the FITs. The latter is based on object-oriented programming and written in C++ language, having an interface with MATLAB for treatment of modeling, meshing and viewing results. This work is limited to the application and use of BemCracker2D program to obtain the stress factors as proposed, and will not be addressed computational aspects related to DBEM formulation or about the program. Examples of open literature for multiple cracks models are presented, aiming to certify the efficiency and accuracy of the DBEM front of the FEM in this type of problem

ESTUDO EXPERIMENTAL E NUMÉRICO DE CONECTORES DE CISSALHAMENTO DO TIPO STUD BOLD EM VIGAS MISTAS

As estruturas em aço-concreto são extremamente utilizadas na construção civil no Brasil devido às vantagens que são obtidas com o aproveitamento das propriedades desses materiais. Nessas estruturas o perfil de aço trabalha em conjunto com o concreto e a interação entre eles é garantida com o uso de conectores de cisalhamento. Os conectores são elementos metálicos cujas funções são transferir o fluxo de cisalhamento e restringir a separação vertical do conjunto misto. É de grande importância a escolha e o dimensionamento desses elementos uma vez que determinam o grau de interação do aço e do concreto. Com objetivo avaliar a utilização dos conectores de cisalhamento Stud Bolt em vigas mistas aço-concreto foram analisados dados três modelos do ensaio de push-out, sendo, cada modelo composto por um perfil metálico e duas lajes de concreto, seguindo os padrões estabelecidos pelo EUROCODE 4 (2004). Através destes ensaios experimentais, foi possível analisar o efeito de separação das lajes de concreto em relação à viga metálica provocado pelos carregamentos aplicados aos modelos, bem como fazer a modelagem através do Método dos Elementos Finitos- MEF, utilizando o software ANSYS afim de se obter as tensões máximas nos conectores de cisalhamento

Experimental analysis of the bending behavior of bubbledeck slabs

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016.Esta pesquisa se refere à análise experimental do comportamento estrutural de lajes tipo BubbleDeck. Este novo sistema construtivo proposto pelo engenheiro Jorgen Breuning, se utiliza do princípio que dentro das lajes surge uma zona onde o concreto pode ser desprezado, por ter função estrutural limitada. Nesta zona são adicionadas esferas, “bubbles” vazios, plásticos previamente espaçados propiciando uma redução considerável do consumo de concreto o que pode gerar uma diminuição em torno de 35% do peso próprio da laje. Estas lajes se comportam como lajes maciças homogêneas por isso sua aceitação em diversos países tais como: Austrália; Nova Zelândia; Bélgica; Reino Unido; Dinamarca; Suíça; Itália; Áustria; Alemanha; Hungria; Irlanda; Ilhas Aland; Lituânia; Emirados Árabes; Arábia Saudita; Barein; Líbano; Catar; Holanda; Canadá; Estados Unidos; Romênia; Rússia; Cingapura; África do Sul; Inglaterra; Vietnã, e Brasil. No entanto, este sistema de laje; ainda deixa muitas dúvidas quanto ao seu dimensionamento, inclusive no Brasil devido à falta de textos normativos que tratem de tal assunto. Assim, esta pesquisa avaliou experimentalmente 4 lajes no Laboratório de Estruturas da Universidade de Brasília– UnB sob carregamento estático e simetrico. Sendo uma maciça de referência e as outras três BubbleDeck, simulando a ligação dos painéis submetidos a esforços de flexão. Foi também programado em MATLAB duas teorias: Teoria de Placas Grossas conhecido como teoria de MINDLIN (1951) e Teoria de Placas Finas definidas pelas hipóteses de Kirchhoff a fim de determinar a rigidez de lajes bidirecionais. Os resultados mostraram através da teoria de placa grosso com a utilização de seção “T” a rigidez das lajes BubbleDeck comparada com lajes sólidas foi de 76,26%. No entanto, com a mesma seção “T” utilizando a teoria de placas finas foi de 83,88 %. Já os resultados de carga última e modos de ruptura obtidos pelas normas ficaram coerentes comos os experimentais. A metodologia adotada para determinação dos momentos resistentes tanto das lajes maciças como das lajes BubbleDeck mostrou que a NBR 6118 (2014)apresenta resultados mais conservadores do que os obitodos com o NP EN 1991 1-1 EC-2 (2010) e ACI 318 (2014). Cabe ressaltar que alguns procedimentos de cálculo foram adaptados para determinação da capacidade resistente.This research is about the experimental analysis of the structural behavior of BubbleDeck slabs. This new construction system proposed by the engineer Jorgen Breuning, use the principle that within the slabs arises an area where concrete can be neglected, due to its limited structural function. In this area empty bubbles made of plastic are added and previously spaced, providing a considerable reduction in concrete consumption, which can lead to a decrease around 35% of the slab own weight. These slabs behave as homogeneous solid slabs that is why is established in various countries such as: Australia; New Zealand; Belgium; United Kingdom; Denmark; Switzerland; Italy; Austria; Germany; Hungary; Ireland; Aland Islands; Lithuania; United Arab Emirates; Saudi Arabia; Bahrain; Lebanon; Qatar; Netherlands; Canada; U.S; Romania; Russia; Singapore; South Africa; England; Vietnam and Brazil. However, this slab system; still leaves many doubts about its design, including Brazil, because of the lack of official standards concerning this subject. Therefore, this research experimentally evaluated four slabs in the Structures Laboratory at the University of Brasília - Brazil under static and symmetrical loading. One of this slabs were solid to be used as reference and the other three were BubbleDeck, simulating the connection of the panels subjected to bending stresses. Two theories were programmed in MATLAB: Thick Plate Theory also known as MINDLIN (1951); and Thin Plate Theory defined by Kirchhoff assumptions, to determine the stiffness of bidirectional slabs. The results shown by using the thick plate theory with the "T" section that the stiffness of BubbleDeck slabs compared to solid slabs was 76.26%. Although, with the same "T" section using the thin plates theory, the result was 83.88%. The ultimate load and cracking failure mode results obtained using the standards were consistent with the experimental ones. The methodology used to determine the moment of resistance of both solid slabs and BubbleDeck slabs showed that the Brazilian standard NBR 6118 (2014) presents more conservative results than the ones obtained with NP EN 1991 1-1 EC-2 (2010) and ACI 318 (2014). It is important to highlight that some calculation procedures were adapted in order to determine the strength capacity

Experimental, static and dynamic, analytical and numerical study of three-dimensional steel structures with corrections in the typical stamped connection

Tese (Doutorado)—Universidade de Brasília, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, Faculdade de Tecnologia, 2020.Os sistemas de treliças tridimensionais, desenvolvidos na Europa e nos Estados Unidos a partir da 2o Guerra Mundial, surgiram como uma excelente possibilidade estrutural para cobertura de grandes vãos livres. A limitação consiste na ligação, especificamente os classificados com ligações típicos, devido à excentricidade gerada pela ligação estampada. Diante disso, foram executados 11 protótipos de treliças tridimensionais com dimensões de 9 x 6 m no laboratório de estruturas da Universidade Federal do Cariri, com correção da ligação típica por meio de elementos distanciadores. Os ensaios experimentais mostraram que os distanciadores aumentam em média 40% a capacidade resistente da estrutura, evitando principalmente o colapso da ligação. De modo que, nos protótipos com distanciadores o colapso aconteceu por instabilidade das barras. Também foi desenvolvido 18 ensaios experimentais com ligações isoladas, onde três novas propostas foram avaliadas, das quais duas ligações são do tipo esféricas, uma delas foi ensaiada no laboratório e apresentou ganho de resistência de 81,73% em relação a ligação típica, a outra foi avaliada numérica por meio de simulação numérica com elementos finitos usando o ABAQUS que apresentou comportamento semelhante a ligação esférica ensaiada. Nesse ínterim, a terceira ligação alcançou uma resistência de 48% em relação a ligação típica. Ademais, foram realizados mais 81 ensaios de compressão axial centrada. Nestes ensaios, três diferentes configurações de extremidade das barras foram ensaiadas. Na primeira utilizou barra estampada, na segunda barra com chapa reentrante e na terceira chapa gusset. As barras estampadas apresentaram uma diminuição de resistência entre 60% e 94%. Foi realizado um estudo paramétrico da ligação típica com XFEM para subsidiar novos ensaios. Por fim, 4 treliças foram ensaiadas com proposta de correção da excentricidade e outra com reforço da ligação típica e ambas apresentaram ganho médio de 40% em relação a ligação típica. Uma nova consideração no cálculo de barras estampadas sob compressão axial foi proposta com uso de um fator associado à estampagem da barra.Three-dimensional truss systems, developed in Europe and the United States since World War II, have emerged as an excellent structural possibility for covering large free spans. The limitation consists of the connection, specifically those classified as typical connections, due to the eccentricity generated by the stamped connection. Therefore, 11 prototypes of three- dimensional trusses with dimensions of 9 x 6 m were done in the structural laboratory of the Federal University of Cariri, with correction of the typical connection by means of spacer elements. The experimental tests showed that the spacers increased, on average ,40% of the load carrying capacity of the structure, avoiding the connection collapse. In this way, the prototypes with spacers collapsed due to instability of the bars. It was also developed 18 experimental tests with isolated connection, which three new proposals were evaluated, and two of them are spherical type. The first one was tested in the laboratory and showed a resistance increase of 81,73% in relation to the typical connection, another one was evaluated numerically using ABAQUS software and presented behavior similar to spherical connection tested. In the meantime, the third connection reached a resistance of 48% in relation to the typical connection. In addition, 81 centered axial compression tests were performed. In these tests, three different connection configurations were tested. In the first, it was used a stamped bar, in the second the bar with reentrant plate and in the third, a gusset plate was used. The stamped bars showed a decrease in resistance between 60% and 94%. A parametric study of the typical connection with XFEM was performed to support new tests. Finally, 4 trusses were tested in order to correct the eccentricity and another one with reinforcement of the typical connection and both presented an average increase of 40% in relation to the typical connection. A new consideration in the computation of stamped bars under axial compression was proposed using a factor associated the stamping of the bar