Determinação do momento crítico de flambagem lateral com distorção em vigas mistas contínuas de aço e concreto com perfis de alma senoidal

As vigas mistas de aço e concreto estão sendo largamente utilizadas em construções de edifícios e pontes. Ao se combinar o aço com o concreto obtêm-se estruturas mais econômicas, uma vez que se tira proveito das melhores características de cada material. Nas regiões de momento negativo de uma viga mista contínua, a mesa inferior e parte da alma estão comprimidas, se a alma do perfil não tiver rigidez suficiente para evitar a flexão lateral, ela distorcerá gerando um deslocamento lateral e um giro na mesa comprimida, caracterizando um modo de flambagem denominado flambagem lateral com distorção (FLD). O procedimento de verificação à FLD da EN 1994-1-1:2004 originou o método de cálculo da ABNT NBR 8800:2008, entretanto a EN 1994-1-1:2004 não fornece expressão para o cálculo do momento crítico elástico, enquanto a ABNT NBR 8800:2008 prescreve uma formulação proposta por Roik, Hanswille e Kina (1990) desenvolvida para vigas mistas com perfis de alma plana. Embora as normas prescrevam um método de verificação à FLD para vigas mistas com perfis de alma plana, poucos estudos têm sido feitos sobre esse estado-limite. Além disso, tanto a ABNT NBR 8800:2008 quanto as normas internacionais não abordam perfis de alma senoidal. Neste trabalho, foram implementadas análises de flambagem elástica, com auxílio do software ANSYS 14.0 (2011), em modelos de elementos finitos que retratem o comportamento à FLD de vigas mistas de aço e concreto com perfis de alma plana e senoidal. Os modelos numéricos foram constituídos pelo perfil de aço, por uma mola rotacional que restringe parcialmente o giro da mesa superior e uma restrição ao deslocamento lateral, ao longo de todo o comprimento da viga. Os resultados numéricos são comparados com os obtidos pelas formulações de Roik, Hanswille e Kina (1990) e de Hanswille (2002), adaptadas para levar em consideração a corrugação da alma do perfil de aço. Para avaliação das formulações supracitadas e da consistência da modelagem numérica adotada, o momento crítico elástico foi determinado para vigas mistas com perfis de aço de alma plana. Como resultado, um método para o cálculo do momento crítico elástico de vigas mistas de alma senoidal é proposto.

Modelação e reforço de vigas de betão armado com laminados de fibra de carbono

Com o atual estado da construção em Portugal, a reabilitação urbana é uma realidade. Com muitos dos edifícios a necessitarem de reforço, procurou-se abordar o comportamento real das estruturas, indo além da típica análise linear elástica. Desta forma, pretendeu-se aumentar o conhecimento acerca da modelação numérica não-linear de estruturas de betão armado, expondo modelos de cálculo relativamente simples e de fácil compreensão, com o objetivo de servir de base a uma avaliação da capacidade de carga de um elemento estrutural. O modelo de cálculo foi validado com recurso ao trabalho experimental de Bresler e Scordelis (1963). Analisou-se o comportamento até à rotura de três vigas ensaiadas à flexão. Posteriormente, foi realizado um estudo paramétrico de algumas propriedades do betão com vista à discussão do melhor de ajuste. Em seguida, já no campo do reforço estrutural, simulou-se numericamente vigas reforçadas com CFRP, com recurso à técnica EBR e NSM. Comparam-se os resultados numéricos com os ensaios experimentais de Cruz et al. (2011a). Avaliou-se ainda o desempenho de soluções alternativas com variações na área e comprimento dos laminados. Para finalizar, foi desenvolvida uma campanha experimental com diferentes áreas de reforço. Conceberam-se e executaram-se três vigas de betão armado sobre as quais se instalaram laminados de CFRP. Os resultados experimentais são apresentados e discutidos à luz dos resultados do respetivo modelo numérico. No cômputo geral, o presente trabalho permitiu aferir a validade de modelos não-lineares na previsão do comportamento efetivo das estruturas até à rotura. Assinala-se a concordância em vários resultados experimentais analisados. Ficaram também patentes os principais fenómenos ligados ao reforço de vigas com CFRP, focados nos respetivos modelos de cálculo e nos resultados experimentais apresentados.

Reforço ao corte de vigas de betão armado com compósitos de CFRP: valores experimentais vs valores analíticos

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

A Study of the Reliability of the ASTM C-666 Freeze-Thaw Test, MLR-72-01 and R-252, 1972

The Iowa State Highway Commission purchased a Conrad automatic freeze and thaw machine and placed it in operation during October 1961. There were a few problems, but considering, the many electrical and mechanical devices used in the automatic system it has always functioned quite well. Rapid freezing and thawing of 4"x4"xl8" concrete beams has been conducted primarily in accordance with ASTM C-29l (now ASTM C-666 procedure B) at the rate of one beam per day. Over 4000 beams have been tested since 1961, with determination of the resulting durability factors. Various methods of curing were used and a standard 90 day moist cure was selected. This cure seemed to yield durability factors that correlated very well with ratings of coarse aggregates based on service records. Some concrete beams had been made using the same coarse aggregate and the durability factors compared relatively well with previous tests. Durability factors seemed to yield reasonable results until large variations in durability factors were noted from beams of identical concrete mix proportions in research projects R-234 and R-247. This then presents the question "How reliable is the durability as determined by ASTM C-666?" This question became increasingly more important when a specification requiring a minimum durability factor for P.C. concrete made from coarse aggregates was incorporated into the 1972 Standard Specification for coarse aggregates for concrete.

Standards for Single Span Prefabricated Bridges, Phase I - Concept Development, TR-663, 2014

In coordination with a Technical Advisory Committee (TAC) consisting of County Engineers and Iowa DOT representatives, the Iowa DOT has proposed to develop a set of standards for a single span prefabricated bridge system for use on the local road system. The purpose of the bridge system is to improve bridge construction, accelerate project delivery, improve worker safety, be cost effective, reduce impacts to the travelling public by reducing traffic disruptions and the duration of detours, and allow local forces to construct the bridges. HDR Inc. was selected by the Iowa DOT to perform the initial concept screening of the bridge system. This Final Report summarizes the initial conceptual effort to investigate potential systems, make recommendations for a preferred system and propose initial details to be tested in the laboratory in Phase 2 of the project. The prefabricated bridge components were to be based on the following preliminary criteria set forth by the TAC. The criteria were to be verified and/ or modified as part of the conceptual development. - 24’ and 30’ roadway widths - Skews of 0o, 15o, and 30o - Span lengths of 30’ – 70’ in 10’ increments using precast concrete beams - Voided box beams could be considered - Limit precast element weight to 45,000 pounds for movement and placement of beams - Beams could be joined transversely with threaded rods - Abutment concepts may included precast as well as an option for cast-in-place abutments with pile foundations In addition to the above criteria, there was an interest to use a single-width prefabricated bridge component to simplify fabrication as well as a desire to utilize non-prestressed concrete systems where possible to allow for precasting of the beam modules by local forces or local precast plants. The SL-1 modular steel bridge rail was identified for use with this single span prefabricated bridge system.

Longitudinal Joint Forming in PCC Pavements, MLR-00-05, Construction Report, 2003

In conventional construction practices, a longitudinal joint is sawed in a PCC (Portland Cement Concrete) pavement to control concrete shrinkage cracking between two lanes of traffic. Sawing a joint in hardened concrete is an expensive and time consuming operation. The longitudinal joint is not a working joint (in comparison to a transverse joint) as it is typically tied with a tie bar at 30 inch spacing. The open joint reservoir, left by the saw blade, typically is filled or sealed with a durable crack sealant to keep incompressibles and water from getting into the joint reservoir. An experimental joint forming knife has been developed. It is installed under the paving machine to form the longitudinal joint in the wet concrete as a part of the paving process. Through this research method, forming a very narrow longitudinal joint during the paving process, two conventional paving operations can be eliminated. Joint forming eliminates the need of the joint sawing operation in the hard concrete, and as the joint that is formed does not leave a wide-open reservoir, but only a hairline crack, it does not need the joint filling or sealing operation. Therefore, the two conventional longitudinal joint sawing and sealing operations are both being eliminated by this innovation. A laboratory scale prototype joint forming knife was built and tested, initially forming joints in small concrete beams. The results were positive so the method was proposed for field testing. Initial field tests were done in the construction season of 2001, limited to one paving contractor. A number of modifications were made to the knife throughout the field tests. About 3000 feet of longitudinal joint was formed in 2001. Additional testing was done in the 2002 construction season, working with the same contractor. About 150,000 feet of longitudinal joint was formed in 2002. Evaluations of the formed joints were done to determine longitudinal joint hairline crack development rate and appearance. Additional tests will be done in the next construction season to improve or perfect the longitudinal joint forming technique.

Demonstration Project using Railroad Flatcars for Low-Volume Road Bridges, TR-444, 2003

The use of Railroad Flatcars (RRFCs) as the superstructure on low-volume county bridges has been investigated in a research project conducted by the Bridge Engineering Center at Iowa State University. These bridges enable county engineers to replace old, inadequate county bridge superstructures for less than half the cost and in a shorter construction time than required for a conventional bridge. To illustrate their constructability, adequacy, and economy, two RRFC demonstration bridges were designed, constructed, and tested: one in Buchanan County and the other in Winnebago County. The Buchanan County Bridge was constructed as a single span with 56-ft-long flatcars supported at their ends by new, concrete abutments. The use of concrete in the substructure allowed for an integral abutment at one end of the bridge with an expansion joint at the other end. Reinforced concrete beams (serving as longitudinal connections between the three adjacent flatcars) were installed to distribute live loads among the RRFCs. Guardrails and an asphalt milling driving surface completed the bridge. The Winnebago County Bridge was constructed using 89-ft-long flatcars. Preliminary calculations determined that they were not adequate to span 89 ft as a simple span. Therefore, the flatcars were supported by new, steel-capped piers and abutments at the RRFCs' bolsters and ends, resulting in a 66-ft main span and two 10-ft end spans. Due to the RRFC geometry, the longitudinal connections between adjacent RRFCs were inadequate to support significant loads; therefore, transverse, recycled timber planks were utilized to effectively distribute live loads to all three RRFCs. A gravel driving surface was placed on top of the timber planks, and a guardrail system was installed to complete the bridge. Bridge behavior predicted by grillage models for each bridge was validated by strain and deflection data from field tests; it was found that the engineered RRFC bridges have live load stresses significantly below the AASHTO Bridge Design Specification limits. To assist in future RRFC bridge projects, RRFC selection criteria were established for visual inspection and selection of structurally adequate RRFCs. In addition, design recommendations have been developed to simplify live load distribution calculations for the design of the bridges. Based on the results of this research, it has been determined that through proper RRFC selection, construction, and engineering, RRFC bridges are a viable, economic replacement system for low-volume road bridges.

Skew-normal linear calibration: a Bayesian perspective

In this paper, we present a Bayesian approach for estimation in the skew-normal calibration model, as well as the conditional posterior distributions which are useful for implementing the Gibbs sampler. Data transformation is thus avoided by using the methodology proposed. Model fitting is implemented by proposing the asymmetric deviance information criterion, ADIC, a modification of the ordinary DIC. We also report an application of the model studied by using a real data set, related to the relationship between the resistance and the elasticity of a sample of concrete beams. Copyright (C) 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

Diagramas momento-curvatura para elementos estruturais de concreto armado submetidos a carregamento monotonico ou cíclico

Este trabalho tem por objetivo desenvolver e implementar, computacionalmente, procedimentos numéricos eficientes, aplicados à determinacão do diagrama momento-curvatura, correspondentes à: -uma seção tipica, em vigas de concreto armado, submetida à carga monotônica ou cíclica de curta duração; - um ponto genérico da superficie média em placas de concreto armado, submetidas à carga monotônica de curta duração. Ainda à luz dos resultados obtidos, visa também propôr um modelo simplificado em termos de resultantes de tensões e deformações generalizadas. Inicialmente, é descrito um modelo laminar para vigas, no qual a carga é aplicada de forma incremental sendo que para cada etapa, as equaçães de equilibrio não-lineares são resolvidas de maneira iterativa. Como consequência é proposta uma relação momento-curvatura em termos de resultantes. A fim de verificar a validade e aplicabilidade dos métodos e dos algorítmos estudados e comparar-se os resultados com dados experimentais e respostas obtidas por outros pesquisadores, é apresentada uma série de exemplos numéricos. A continuação, é aplicado o procedimento anterior para modelos de laje, livres de solicitações de membrana. Finalmente através de um estudo paramétrico dos diversos fatores que afetam o diagrama momento-curvatura, propõe-se uma relação simplificada.

Simulação do comportamento não linear de materiais quase-frágeis via elementos finitos com fissura embebida

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudo experimental de vigas de alvenaria estrutural sujeitas à flexão

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise não-linear física de vigas de concreto armado utilizando o elemento finito prismático regular linear associado ao de barra

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise numérica da ductilidade de vigas de concreto armado convencional e de alto desempenho

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Um modelo constitutivo de dano composto para simular o comportamento de materiais quase-frágeis

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise experimental de vigas pré-formadas de concreto armado à flexão e ao cisalhamento

Vigas pré-formadas de concreto armado são elementos estruturais que apresentam fina camada superficial de concreto pré-moldado que define as suas formas geométricas. Esta camada superficial trabalha como forma que fica incorporada à viga após o lançamento do concreto moldado in loco, que consolidará a estrutura. Este sistema construtivo apresenta vantagem em relação ao sistema construtivo convencional por reduzir o consumo de madeira com formas e escoramento, e também em relação ao sistema pré-moldado por reduzir o custo de transporte e montagem da estrutura. Os elementos pré-formados apresentam menor peso em relação aos elementos pré-moldados, por apresentarem a seção parcialmente pré-moldada. Outra vantagem do sistema pré-formado em relação ao pré-moldado é a possibilidade de se obter maior rigidez nas ligações das vigas com o restante da estrutura com a colocação de armadura de engastamento ancorada no concreto moldado in loco. Este trabalho tem como objetivo analisar experimentalmente o comportamento das vigas pré-formadas à flexão e ao cisalhamento, através de ensaios de 9 vigas pré-formadas e 3 vigas maciças de referência. As vigas têm largura de 105 mm, altura de 340 mm e 2.500 mm de comprimento. Os resultados obtidos nos ensaios experimentais são comparados aos valores fornecidos pelas normas técnicas brasileiras e as principais normas internacionais. São apresentados e analisados os resultados observados para os deslocamentos verticais das vigas, deformações da armadura de flexão e da armadura de cisalhamento, deformações do concreto nas regiões de compressão e mapas de fissuração.