Cold-formed steel portal frames in fire: Full-scale testing and finite element analysis

A full-scale, non-uniform natural fire test on a cold-formed steel portal frame building is described. The results of the test are used to validate a non-linear, elasto-plastic, finite element shell idealisation, for the purposes of later forming the basis of a performance-based design approach for cold-formed steel portal frames at elevated temperatures.

The Collapse Behaviour of Cold-formed Steel Portal Frames at Elevated Temperatures

This paper describes the results of non-linear elasto-plastic implicit dynamic finite element analyses that are used to predict the collapse behaviour of cold-formed steel portal frames at elevated temperatures. The collapse behaviour of a simple rigid-jointed beam idealisation and a more accurate semi-rigid jointed shell element idealisation are compared for two different fire scenarios. For the case of the shell element idealisation, the semi-rigidity of the cold-formed steel joints is explicitly taken into account through modelling of the bolt-hole elongation stiffness. In addition, the shell element idealisation is able to capture buckling of the cold-formed steel sections in the vicinity of the joints. The shell element idealisation is validated at ambient temperature against the results of full-scale tests reported in the literature. The behaviour at elevated temperatures is then considered for both the semi-rigid jointed shell and rigid-jointed beam idealisations. The inclusion of accurate joint rigidity and geometric non-linearity (second order analysis) are shown to affect the collapse behaviour at elevated temperatures. For each fire scenario considered, the importance of base fixity in preventing an undesirable outwards collapse mechanism is demonstrated. The results demonstrate that joint rigidity and varying fire scenarios should be considered in order to allow for conservative design.

Optimal design of cold-formed steel portal frames for stressed-skin action using genetic algorithm

This paper describes a stressed-skin diaphragm approach to the optimal design of the internal frame of a cold-formed steel portal framing system, in conjunction with the effect of semi-rigid joints. Both ultimate and serviceability limit states are considered. Wind load combinations are included. The designs are optimized using a real-coded niching genetic algorithm, in which both discrete and continuous decision variables are processed. For a building with two internal frames, it is shown that the material cost of the internal frame can be reduced by as much as 53%, compared with a design that ignores stressed-skin action.

Optimal design of long-span steel portal frames using fabricated beams

This paper considers the optimal design of fabricated steel beams for long-span portal frames. The design optimisation takes into account ultimate as well as serviceability limit states, adopting deflection limits recommended by the Steel Construction Institute (SCI). Results for three benchmark frames demonstrate the efficiency of the optimisation methodology. A genetic algorithm (GA) was used to optimise the dimensions of the plates used for the columns, rafters and haunches. Discrete decision variables were adopted for the thickness of the steel plates and continuous variables for the breadth and depth of the plates. Strategies were developed to enhance the performance of the GA including solution space reduction and a hybrid initial population half of which is derived using Latin hypercube sampling. The results show that the proposed GA-based optimisation model generates optimal and near-optimal solutions consistently. A parametric study is then conducted on frames of different spans. A significant variation in weight between fabricated and conventional hot-rolled steel portal frames is shown; for a 50 m span frame, a 14–19% saving in weight was achieved. Furthermore, since Universal Beam sections in the UK come from a discrete section library, the results could also provide overall dimensions of other beams that could be more efficient for portal frames. Eurocode 3 was used for illustrative purposes; any alternative code of practice may be used.

An efficient genetic algorithm for the design optimization of cold-formed steel portal frame buildings

The design optimization of a cold-formed steel portal frame building is considered in this paper. The proposed genetic algorithm (GA) optimizer considers both topology (i.e., frame spacing and pitch) and cross-sectional sizes of the main structural members as the decision variables. Previous GAs in the literature were characterized by poor convergence, including slow progress, that usually results in excessive computation times and/or frequent failure to achieve an optimal or near-optimal solution. This is the main issue addressed in this paper. In an effort to improve the performance of the conventional GA, a niching strategy is presented that is shown to be an effective means of enhancing the dissimilarity of the solutions in each generation of the GA. Thus, population diversity is maintained and premature convergence is reduced significantly. Through benchmark examples, it is shown that the efficient GA proposed generates optimal solutions more consistently. A parametric study was carried out, and the results included. They show significant variation in the optimal topology in terms of pitch and frame spacing for a range of typical column heights. They also show that the optimized design achieved large savings based on the cost of the main structural elements; the inclusion of knee braces at the eaves yield further savings in cost, that are significant.

Advanced design optimization of cold-formed steel portal frame buildings

The design optimization of cold-formed steel portal frame buildings is considered in this paper. The objective function is based on the cost of the members for the main frame and secondary members (i.e., purlins, girts, and cladding for walls and roofs) per unit area on the plan of the building. A real-coded niching genetic algorithm is used to minimize the cost of the frame and secondary members that are designed on the basis of ultimate limit state. It iis shown that the proposed algorithm shows effective and robust capacity in generating the optimal solution, owing to the population's diversity being maintained by applying the niching method. In the optimal design, the cost of purlins and side rails are shown to account for 25% of the total cost; the main frame members account for 27% of the total cost, claddings for the walls and roofs accounted for 27% of the total cost.

Finite-element investigation of cold-formed steel portal frames in fire

This paper presents the results of a full-scale site fire test performed on a cold-formed steel portal frame building with semi-rigid joints. The purpose of the study is to establish a performance-based approach for the design of such structures in fire boundary conditions. In the full-scale site fire test, the building collapsed asymmetrically at a temperature of 714°C. A non-linear elasto-plastic finite-element shell model is described and is validated against the results of the full-scale test. A parametric study is presented that highlights the importance of in-plane restraint from the side rails in preventing an outwards sway failure for both a single portal and full building geometry model. The study also demonstrates that the semi-rigidity of the joints should be taken into account in the design. The single portal and full building geometry models display a close match to site test results with failure at 682°C and 704°C, respectively. A design case is described in accordance with Steel Construction Institute design recommendations. The validated single portal model is tested with pinned bases, columns protected, realistic loading and rafters subject to symmetric uniform heating in accordance with the ISO 834 standard fire curve; failure occurs at 703°C.

Comparison of optimal designs of steel portal frames including topological asymmetry considering rolled, fabricated and tapered sections

A structural design optimisation has been carried out to allow for asymmetry and fully tapered portal frames. The additional weight of an asymmetric structural shape was found to be on average 5–13% with additional photovoltaic (PV) loading having a negligible effect on the optimum design. It was also shown that fabricated and tapered frames achieved an average percentage weight reduction of 9% and 11%, respectively, as compared to comparable hot-rolled steel frames. When the deflection limits recommended by the Steel Construction Institute were used, frames were shown to be deflection controlled with industrial limits yielding up to 40% saving.

Infra-estrutura para portal internet integrador de serviços

Esta tese surge no contexto de sistemas e serviços web. O objectivo é propor uma solução para o problema da integração de informação de diversas fontes, numa plataforma web única, personalizável e adaptável ao utilizador. Nos casos de empresas ou organizações que tenham para diferentes tarefas, diferentes sistemas de informação independentes, o problema da integração de informação surge com a necessidade de integração destes numa única interface disponibilizada aos seus utilizadores. A integração de serviços numa mesma interface pressupõe que haja comunicação entre um sistema central (que fornece a interface) e os diversos sistemas existentes (que detêm a totalidade – ou parte – da informação a apresentar). Assim, será necessário garantir a identidade do utilizador a cada um dos serviços apresentados, bem como assegurar que cada utilizador tem à sua disposição de forma centralizada, apenas e só a informação e operações a que realmente tem acesso em cada um dos sistemas. Trata-se de uma plataforma que pretende por um lado, fornecer a informação correcta e orientada ao utilizador e, por outro lado, garantir que a organização que suporta o sistema consegue informar e interagir com os seus utilizadores de forma mais eficaz. O cenário adoptado é a Universidade de Aveiro. Esta pretende disponibilizar uma plataforma electrónica, onde os diferentes interlocutores (alunos, docentes, funcionários, ex-alunos, etc.) possam ter acesso a informação dirigida e orientada aos seus interesses e funções na Universidade. De modo a que cada utilizador seja realmente visto como um utilizador único, serão estudados e comparados serviços de modelação de utilizador e perfis de utilizador. Será proposto um serviço de modelação de utilizador e uma lógica de criação de perfis de utilizador, distintos do existente no estado de arte. Esta lógica conjuga a personalização da interface por parte do utilizador, com a gestão de operações e definição de políticas de segurança por parte da organização, de forma independente relativamente ao sistema de informação subjacente.

Rede social de leitores e escritores juniores: portal Biblon: a integração social on-line como catalisador da leitura, criação, expressão e partilha

Com enquadramento nas áreas de Ciência da Informação, Tecnologias de Informação e Comunicação e Educação, o estudo em voga visa formular propostas para o uso de rede social on-line de literatura infantil, em torno da biblioteca, para a educação básica, fundamentadas na teoria de comunidades de prática. O estudo de caso recaiu sobre quatro escolas, do 1º ciclo, da Educação Básica, do Agrupamento de Escolas de Aveiro-Portugal, tendo como instrumento para o experimento o Portal Biblon. A análise dos dados permite afirmar que a leitura de livros on-line não está inclusa nas atividades habituais da comunidade escolar pesquisada e, assim, o aluno encontra-se sem referencial para inserir esta prática cultural em suas rotinas e momentos de ócio. O cenário escolar atual não estimula a confluências da prática da leitura literária e da escrita dos alunos com as redes sociais on-line. O estudo aponta que, em uma rede social on-line, o livro de literatura infantil tem o papel de interagente, agregando leitores, em interação, em torno de si e que nas redes sociais on-line tem-se a presença dos “mediadores sociais centrais” que propiciam reforço e sustentação das práticas de leitura, através do contágio e da influência social e são propulsionadores da estrutura e do dinamismo da rede. Como conclusão geral tem-se que os utilizadores do Biblon desenvolvem experiências de leituras e escritas através da interação social, por meio de práticas, rotinas, diálogos e atividades comuns construídas na rede. A interação dentro da rede influencia o uso das ferramentas e o aprendizado para manuseá-las ocorre com as práticas. Assim, os laços associativos e as reações individuais envolvendo a leitura conduzem à formação de rede social em torno dos livros e os comportamentos e as preferências dos atores motivam a leitura e a escrita. Dessa forma, o Portal Biblon configura-se como um instrumento para formação de rede social on-line em torno da literatura infantil.

Farmacogenómica do eixo renina angiotensina: relevância na suscetibilidade e terapêutica da hipertensão arterial

As doenças cardiovasculares (DCVs) apresentam-se como uma das principais causas de morte e incapacidade na maioria dos países desenvolvidos. A hipertensão arterial (HTA) é um fator de risco que contribui grandemente para o desenvolvimento destas doenças, tendo estado associado, em 2004, a aproximadamente 51% das mortes por doença cerebrovascular, 45% das mortes por doença coronária e 7.5 milhões de mortes prematuras no mundo. Em Portugal, a prevalência de HTA ultrapassa os 40% na população adulta. A terapêutica farmacológica, como os inibidores da enzima de conversão da angiotensina (IECAs) e os antagonistas dos recetores da angiotensina II (ARAs), apesar de serem utilizados como fármacos de 1ª linha e de serem determinantes na evolução positiva das DCV, continuam longe dos efeitos desejados de controlo e tratamento. A variada etiologia da HTA contribui para o difícil tratamento. A farmacogenómica tem vindo a tornar-se uma ferramenta extremamente útil na deteção de grupos populacionais em risco e com fraca resposta ao tratamento, pelo que a sua prática no meio clínico deve ser privilegiada. Deste modo, este estudo incidirá sobre os polimorfismos em genes que integram o eixo renina angiotensina (ERA) – farmacodinâmica (PD) - e também sobre as alterações nos genes que podem estar envolvidos na metabolização e transporte dos fármacos anti-hipertensivos – farmacocinética (PK). Exemplos de algumas destas alterações genéticas foram já descritas na literatura. Um polimorfismo do tipo inserção/deleção (I/D) no gene que codifica a enzima de conversão da angiotensina (ECA), leva ao aumento dos níveis plasmáticos desta e da pressão arterial (PA), originando resistência ao tratamento com IECAs; o polimorfismo 1166A>C no recetor do tipo 1 da angiotensina II (R1AII) leva ao aumento da sua expressão, e por conseguinte, a uma resposta mais efetiva aos ARAs; e a alteração -5312C>T no gene que codifica para a renina (REN) conduz ao aumento da expressão desta, podendo o paciente deixar de responder a concentrações padrão de antagonistas da REN. Em termos de PK, polimorfismos nos enzimas metabolizadores dos ARAs como é o caso do CYP 2C9*2 e CYP 2C9*3 levam ao fenótipo de metabolizador lento (PM) e, por conseguinte a possíveis efeitos tóxicos e inesperados. Também a variante do transportador de influxo OATP1B1*1B tem sido descrita como um fator de variabilidade na PK do valsartan e temocapril. Assim, com o desenvolvimento desta monografia, pretende-se estudar como os diferentes polimorfismos existentes nestes genes podem influenciar na suscetibilidade à HTA e na sua terapêutica.

Revisão das orientações terapêuticas da Hipertensão Arterial em ambulatório

Dissertação de mestrado, Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014