Factors affecting the design and construction of Lamella suspen-dome systems

The suspen-dome system is a new structural form that has become popular in the construction of long-span roof structures. These domes are very slender and lightweight, their configuration is complicated, and hence sequential consideration in the structural design is needed. This paper focuses on these considerations, which include the method for designing cable prestress force, a simplified analysis method, and the estimation of buckling capacity. Buckling is one of the most important problems for dome structures. This paper presents the findings of an intensive buckling study of the Lamella suspen-dome system that takes geometric imperfection, asymmetric loading, rise-to-span ratio, and connection rigidity into consideration. Finally, suggested design and construction guidelines are given in the conclusion of this paper. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Computer simulation of form-roll design

Changes in modern structural design have created a demand for products which are light but possess high strength. The objective is a reduction in fuel consumption and weight of materials to satisfy both economic and environmental criteria. Cold roll forming has the potential to fulfil this requirement. The bending process is controlled by the shape of the profile machined on the periphery of the rolls. A CNC lathe can machine complicated profiles to a high standard of precision, but the expertise of a numerical control programmer is required. A computer program was developed during this project, using the expert system concept, to calculate tool paths and consequently to expedite the procurement of the machine control tapes whilst removing the need for a skilled programmer. Codifying the expertise of a human and the encapsulation of knowledge within a computer memory, destroys the dependency on highly trained people whose services can be costly, inconsistent and unreliable. A successful cold roll forming operation, where the product is geometrically correct and free from visual defects, is not easy to attain. The geometry of the sheet after travelling through the rolling mill depends on the residual strains generated by the elastic-plastic deformation. Accurate evaluation of the residual strains can provide the basis for predicting the geometry of the section. A study of geometric and material non-linearity, yield criteria, material hardening and stress-strain relationships was undertaken in this research project. The finite element method was chosen to provide a mathematical model of the bending process and, to ensure an efficient manipulation of the large stiffness matrices, the frontal solution was applied. A series of experimental investigations provided data to compare with corresponding values obtained from the theoretical modelling. A computer simulation, capable of predicting that a design will be satisfactory prior to the manufacture of the rolls, would allow effort to be concentrated into devising an optimum design where costs are minimised.

Refinement methods for software architecture design using the software architecture model

Modern software systems are often large and complicated. To better understand, develop, and manage large software systems, researchers have studied software architectures that provide the top level overall structural design of software systems for the last decade. One major research focus on software architectures is formal architecture description languages, but most existing research focuses primarily on the descriptive capability and puts less emphasis on software architecture design methods and formal analysis techniques, which are necessary to develop correct software architecture design. ^ Refinement is a general approach of adding details to a software design. A formal refinement method can further ensure certain design properties. This dissertation proposes refinement methods, including a set of formal refinement patterns and complementary verification techniques, for software architecture design using Software Architecture Model (SAM), which was developed at Florida International University. First, a general guideline for software architecture design in SAM is proposed. Second, specification construction through property-preserving refinement patterns is discussed. The refinement patterns are categorized into connector refinement, component refinement and high-level Petri nets refinement. These three levels of refinement patterns are applicable to overall system interaction, architectural components, and underlying formal language, respectively. Third, verification after modeling as a complementary technique to specification refinement is discussed. Two formal verification tools, the Stanford Temporal Prover (STeP) and the Simple Promela Interpreter (SPIN), are adopted into SAM to develop the initial models. Fourth, formalization and refinement of security issues are studied. A method for security enforcement in SAM is proposed. The Role-Based Access Control model is formalized using predicate transition nets and Z notation. The patterns of enforcing access control and auditing are proposed. Finally, modeling and refining a life insurance system is used to demonstrate how to apply the refinement patterns for software architecture design using SAM and how to integrate the access control model. ^ The results of this dissertation demonstrate that a refinement method is an effective way to develop a high assurance system. The method developed in this dissertation extends existing work on modeling software architectures using SAM and makes SAM a more usable and valuable formal tool for software architecture design. ^

Analysis and design of tall concrete buildings : an investigation regarding the use of cracked versus un-cracked moment of inertia

A debate is currently prevalent among the structural engineers regarding the use of cracked versus un-cracked moment of inertia of the structural elements in analyzing and designing tall concrete buildings. (The basic definition of a tall building, according to the Journal of Structural Design of Tall Buildings Vol. 13. No. 5, 2004 is a structure that is equal to or greater than 160 feet in height, or 6 stories or greater.) The controversy is the result of differing interpretations of certain ACI (American Concrete Institute) code provisions. The issue is whether designers should use cracked moment of inertia in order to estimate lateral deflection and whether the computed lateral deflection should be used to carry out subsequent second-order analysis (analysis considering the effect of first order lateral deflections on bending moment and shear stresses). On one hand, bending moments and shear forces estimated based on un-cracked moment of inertia of the sections may result in conservative designs by overestimating moments and shears. On the other hand, lateral deflections may be underestimated due to the same analyses resulting in unsafe designs.

Adequação de engates rápidos de aspersores como conectores de mangueira para distribuição de água em sulcos de irrigação

As a way to reduce water losses in furrow irrigation systems, used in fresh market tomato production, farmers are improperly distributing water into the field using plastic hose. The objective of this work was to study the suitability of using quick coupler sprinkler as hose connectors for water distribution in tomato plantation. The first step of the study was to assess the current hose field operation for tomato growers. Subsequently, four models of quick couplers sprinklers available in the market were tested in laboratory to determine the coefficient of resistance, the equivalent tube length, the head loss curve and the linking efficiency. As result, a structural design for hose connectors was presented using the model of coupling with the best hydraulic performance. Additionally, some technical recommendations on its use in irrigation water distribution are highlighted. Despite the requirement for additional field trials, the proposed system has potential to optimize the water use efficiency, to improve workers ergonomic conditions, and ensure good profitability to the producer.

Risk optimization of a steel frame communications tower subject to tornado winds

The structural engineering community in Brazil faces new challenges with the recent occurrence of high intensity tornados. Satellite surveillance data shows that the area covering the south-east of Brazil, Uruguay and some of Argentina is one of the world most tornado-prone areas, second only to the infamous tornado alley in central United States. The design of structures subject to tornado winds is a typical example of decision making in the presence of uncertainty. Structural design involves finding a good balance between the competing goals of safety and economy. This paper presents a methodology to find the optimum balance between these goals in the presence of uncertainty. In this paper, reliability-based risk optimization is used to find the optimal safety coefficient that minimizes the total expected cost of a steel frame communications tower, subject to extreme storm and tornado wind loads. The technique is not new, but it is applied to a practical problem of increasing interest to Brazilian structural engineers. The problem is formulated in the partial safety factor format used in current design codes, with all additional partial factor introduced to serve as optimization variable. The expected cost of failure (or risk) is defined as the product of a. limit state exceedance probability by a limit state exceedance cost. These costs include costs of repairing, rebuilding, and paying compensation for injury and loss of life. The total expected failure cost is the sum of individual expected costs over all failure modes. The steel frame communications, tower subject of this study has become very common in Brazil due to increasing mobile phone coverage. The study shows that optimum reliability is strongly dependent on the cost (or consequences) of failure. Since failure consequences depend oil actual tower location, it turn,,; out that different optimum designs should be used in different locations. Failure consequences are also different for the different parties involved in the design, construction and operation of the tower. Hence, it is important that risk is well understood by the parties involved, so that proper contracts call be made. The investigation shows that when non-structural terms dominate design costs (e.g, in residential or office buildings) it is not too costly to over-design; this observation is in agreement with the observed practice for non-optimized structural systems. In this situation, is much easier to loose money by under-design. When by under-design. When structural material cost is a significant part of design cost (e.g. concrete dam or bridge), one is likely to lose significantmoney by over-design. In this situation, a cost-risk-benefit optimization analysis is highly recommended. Finally, the study also shows that under time-varying loads like tornados, the optimum reliability is strongly dependent on the selected design life.

Electrospun silk-elastin-like fiber mats for tissue engineering applications

Protein-based polymers are present in a wide variety of organisms fulfilling structural and mechanical roles. Advances in protein engineering and recombinant DNA technology allow the design and production of recombinant protein-based polymers (rPBPs) with an absolute control of its composition. Although the application of recombinant proteins as biomaterials is still an emerging technology, the possibilities are limitless and far superior to natural or synthetic materials, as the complexity of the structural design can be fully customized. In this work, we report the electrospinning of two new genetically engineered silk-elastin-like proteins (SELPs) consisting of alternate silk- and elastin-like blocks. Electrospinning was performed with formic acid and aqueous solutions at different concentrations without addition of further agents. The size and morphology of the electrospun structures was characterized by scanning electron microscopy showing to be dependent of concentration and solvent used. Treatment with air saturated with methanol was employed to stabilize the structure and promote water insolubility through a time-dependent conversion of random coils into β-sheets (FTIR). The resultant methanol-treated electrospun mats were characterized for swelling degree (570-720%), water vapour transmission rate (1083 g/m2/day) and mechanical properties (modulus of elasticity of ~126 MPa). Furthermore, the methanol-treated SELP fiber mats showed no cytotoxicity and were able to support adhesion and proliferation of normal human skin fibroblasts. Adhesion was characterized by a filopodia-mediated mechanism. These results demonstrate that SELP fiber mats can provide promising solutions for the development of novel biomaterials suitable for tissue engineering applications.

Utilização dos eurocódigos na construção metálica

Os Eurocódigos estruturais são um conjunto de normas técnicas que têm como objectivo abranger o projecto e verificação de qualquer tipo de construção para os países membros da União Europeia. O objectivo deste trabalho é sistematizar todos os procedimentos que estão presentes nos Eurocódigos e que são aplicáveis, de uma forma geral, à construção metálica. Foi feito o desenvolvimento de uma solução estrutural para o caso concreto de uma estrutura metálica de uma ponte rolante com o objectivo de se fazer o levantamento dos normativos estabelecidos para o projecto de estruturas metálicas. Este trabalho foi desenvolvido considerando fundamentalmente três Eurocódigos. O Eurocódigo 0 que estabelece o princípio e bases para o projecto de estruturas, o Eurocódigo 1 que define as acções em estruturas e o Eurocódigo 3 que estabelece as regras gerais, de verificação ao fogo, de projecto de ligações e de verificação à fadiga. O trabalho desenvolvido consistiu em projectar a estrutura metálica da ponte rolante considerada e para tal foram feitos os seguintes passos. - Determinação das acções na estrutura e das situações de projecto; - Projecto da estrutura considerando a verificação de cedência ou deformação excessiva dos seus elementos; - Projecto da estrutura considerando a perda de equilíbrio estático da estrutura; - Projecto da estrutura considerando a verificação da sua resistência ao fogo; - Projecto das ligações aparafusadas; - Verificação da resistência à fadiga.

Projecto de fundações e estrutura de um edifício destinado a pavilhão gimnodesportivo

Este trabalho tem como objectivo a elaboração do projecto de estruturas de um edifício destinado a pavilhão gimnodesportivo, caracterizando as suas diferentes fases de execução, desde a etapa inicial de concepção até à fase final de dimensionamento. Trata-se de um projecto complexo de uma estrutura com elementos estruturais em betão armado e pré-esforçado, e com muros de contenção. Na concepção do edifício foram utilizados os critérios gerais de dimensionamento presentes na regulamentação Europeia (Eurocódigos), uma vez que estes elementos representam o futuro da regulamentação de estruturas em termos Europeus, vindo substituir a nível nacional o “Regulamento de Segurança e Acções para Estruturas de Betão Armado (RSA)” e o “Regulamento para Estruturas de Betão Armado e Pré- Esforçado (REBAP)”. A adopção das normas europeias representam assim um elevado desafio devido ao aumento da complexidade na concepção e dimensionamento de estruturas que estes regulamentos traduzem, principalmente o Eurocódigo 8, que define de um modo mais detalhado e complexo a análise sísmica, relativamente à regulamentação actual em vigor. Devido à elevada complexidade que os projectos de estruturas apresentam, utilizam-se actualmente ferramentas de cálculo automático. No dimensionamento deste edifício foi utilizado um programa tridimensional de elementos finitos para a modelação da estrutura. Pretende-se com a escolha deste projecto e dos métodos de dimensionamento presentes nos Eurocódigos, o desenvolvimento de um trabalho detalhado e correcto, permitindo assim adquirir conhecimentos importantes relativamente às futuras normas, e pôr em prática as competências e os conhecimentos obtidos ao longo curso.

Projecto de execução de uma obra de arte rodoviária

O presente trabalho foi realizado no âmbito do Trabalho Final de Mestrado em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. O trabalho consistiu em realizar um Projecto de Execução de uma Passagem Superior com três tramos em Betão Armado e Pré-Esforçado. Foram tidos em conta os condicionamentos da topografia local, geotécnica e de traçado. O dimensionamento dos elementos estruturais foi efectuado de acordo com a regulamentação portuguesa actualmente em vigor, nomeadamente o Regulamento de Segurança e Acções (RSA) e o Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-esforçado (REBAP). A verificação da segurança foi efectuada em relação aos Estados Limites Últimos e de Utilização. Para a análise estrutural foi utilizado o programa de cálculo automático SAP2000.

Análise estrutural de uma torre tubular sob acção do vento

Com a realização deste trabalho, pretende-se essencialmente dar a conhecer a influência que a acção do vento possui no dimensionamento de determinadas estruturas, neste caso específico, em torres tubulares de telecomunicações. É por todos sabido, da importância de um capaz e evoluído sistema de comunicações, no desenvolvimento sustentado do mundo moderno. Nesse sentido, o avanço galopante, principalmente nas últimas duas décadas, das tecnologias de Telecomunicações, implicou uma rápida resposta em consonância na implantação e proliferação de infraestruturas de suporte aos equipamentos dessas tecnologias. Assim, a estrutura em forma de torre tubular, entre as demais variadas secções que as constituem, foi adquirindo preponderância neste campo, constituindo a mais vasta utilização de estruturas de suporte aos equipamentos de telecomunicações, nomeadamente em meios rurais, onde escasseiam edificações com alturas suficientes para fazer face às necessidades das operadoras licenciadas para os devidos efeitos. Será efectuada uma breve descrição sobre as diversas e mais comuns tipologias de torres utilizadas no âmbito do suporte de equipamentos de telecomunicações. Descreve-se, em forma de relatório e levantamento fotográfico, a ocorrência do colapso de uma torre tubular de telecomunicações. Por último, e na sequência do incidente referido no ponto anterior, será efectuada com detalhe, a análise estrutural da torre tubular que foi instalada na posição da anteriormente instalada.

Projeto de estruturas e fundações de um edifício de serviços

O presente trabalho é o culminar de um percurso académico cheio de aprendizagens que me preencheu por completo. A realização de um projeto de estruturas como trabalho final de mestrado (TFM) foi uma escolha fácil, pois, na minha opinião, permite fazer a transição entre os conceitos adquiridos durante o curso e os métodos utilizados no ambiente não académico. O objetivo do trabalho é realizar o projeto de estruturas e fundações de um edifício destinado a serviços. Foram aplicados os conhecimentos adquiridos ao longo de todo o curso de Engenharia Civil, em especial das Unidades Curriculares de dimensionamento de estruturas. Foi elaborado um modelo da estrutura num programa de cálculo automático: SAP2000. Assim, de acordo com os resultados fornecidos pelo programa e através da consulta dos regulamentos nacionais (REBAP e RSA) e internacionais (Eurocódigos), foi possível dimensionar todos os elementos estruturais. Os diferentes aspetos condicionantes no projeto foram devidamente analisados e discutidos, por forma a encontrar a solução que mais se adequa ao pretendido. Todas as opções tomadas são devidamente justificadas, procurando-se elaborar um trabalho detalhado e, acima de tudo, correto. É importante dizer ainda que, a permanente troca de ideias e conhecimentos entre colegas e, como é óbvio, com o orientador do trabalho, foi muito relevante na realização deste trabalho. Uma parte essencial de um projeto são, sem dúvida, as peças desenhadas. Nesse capítulo tentou-se atingir um nível de detalhe e simplicidade que permita uma interpretação inequívoca dos mesmos.

A relação entre a álgebra acadêmica e a álgebra escolar em um curso de licenciatura em matemática: concepções de alunos e professores

Pós-graduação em Educação - FCT

Lar militar: projecto de execução

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

A engenharia Civil e a produção industrial de energia eólica

Dissertação para obtenção do grau de Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações