裂缝光纤传感的工程应用

光纤传感的灵敏性及工程"存活率"是其工程实用化的两个关键技术参量,对光纤-混凝土结构两种常用裂缝光纤传感光信号对裂缝宽度的灵敏性与存活率进行了实验研究,对光纤涂覆层对灵敏性影响的大小和机理进行了分析,并制作了灵敏性与存活率均较高的光纤试验样本,与裂缝成45°夹角时,相比于等直径的普通二次涂覆粗光纤(10/125/900μm),样本的灵敏性提高近65%,而存活率亦高出约15%。研究结果可为裂缝光纤传感的优化设计和工程应用提供了基本参照。

Distribuição de tensões em próteses parciais fixas posteriores livres de metal com retentores intracoronários: análise em elementos finitos

Para reabilitar a ausência de um elemento dentário posterior, as próteses parciais fixas (PPF) com retentores intracoronários são uma alternativa aos implantes osseointegrados. O objetivo deste estudo foi avaliar a distribuição de tensões nessas próteses com três combinações de materiais: cerâmica de zircônia parcialmente estabilizada por ítria (ZPEI) revestida por cerâmica de fluorapatita (α), cerâmica de dissilicato de lítio (β) ou compósito fibrorreforçado (γ). Na composição α, foram analisadas a presença ou ausência da cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais e três variações na área total da seção transversal dos conectores (4 mm de largura x 3,2, 4,2 ou 5,2 mm de altura). Em 8 modelos bidimensionais de elementos finitos, uma carga vertical de 500 N foi aplicada na fossa central do pôntico e as tensões principais máximas (tração) e mínimas (compressão) foram apontadas em MPa. Inicialmente foram avaliados os 6 modelos com PPF de ZPEI e suas variações. Os maiores valores das tensões de tração foram encontrados no terço cervical dos conectores. Quando presente nestas regiões, a cerâmica de revestimento recebeu tensões acima do limite de sua resistência à flexão. Na comparação entre os modelos sem cerâmica de revestimento na parede cervical das caixas proximais, mesmo aquele com conectores de 3,2 x 4 mm, cuja infraestrutura apresentava 2,5 x 3 mm, poderia ser recomendado para uso clínico. Altos valores de tensões de compressão foram registrados entre o terço oclusal e médio dos conectores, correspondente à união entre as cerâmicas, o que poderia ocasionar, devido à flexão, falhas adesivas. Posteriormente, o modelo de ZPEI com a cerâmica de fluorapatita ausente da parede cervical das caixas proximais e área total dos conectores de 4,2 x 4 mm foi comparado aos dois outros materiais com conectores de mesma área. Na PPF de dissilicato de lítio, os valores representaram uma provável violação do limite de sua resistência à flexão. A PPF de compósito fibrorreforçado apresentou tensões bem abaixo do limite de resistência à flexão de sua infraestrutura, mas, como no modelo de ZPEI, tensões compressivas se concentraram com alto valor entre o terço oclusal e médio dos conectores, local de união entre a resina composta e a infraestrutura de fibras. Os resultados mostraram que a cerâmica de dissilicato de lítio e a presença da cerâmica de fluorapatita na parede cervical das caixas proximais deveriam ser contraindicadas para a condição proposta. Parece viável uma área de conectores na infraestrutura de ZPEI com no mínimo 2,5 x 3 mm. A PPF de compósito fibrorreforçado apresenta resistência estrutural para a situação estudada, mas, como também aquelas compostas de ZPEI, aparenta ter como pontos fracos a adesão entre a infraestrutura e o material de cobertura e a própria resistência deste último.

A hybrid-parallel framework for the nonlinear seismic analysis of very tall buildings

FRAME3D, a program for the nonlinear seismic analysis of steel structures, has previously been used to study the collapse mechanisms of steel buildings up to 20 stories tall. The present thesis is inspired by the need to conduct similar analysis for much taller structures. It improves FRAME3D in two primary ways.

First, FRAME3D is revised to address specific nonlinear situations involving large displacement/rotation increments, the backup-subdivide algorithm, element failure, and extremely narrow joint hysteresis. The revisions result in superior convergence capabilities when modeling earthquake-induced collapse. The material model of a steel fiber is also modified to allow for post-rupture compressive strength.

Second, a parallel FRAME3D (PFRAME3D) is developed. The serial code is optimized and then parallelized. A distributed-memory divide-and-conquer approach is used for both the global direct solver and element-state updates. The result is an implicit finite-element hybrid-parallel program that takes advantage of the narrow-band nature of very tall buildings and uses nearest-neighbor-only communication patterns.

Using three structures of varied sized, PFRAME3D is shown to compute reproducible results that agree with that of the optimized 1-core version (displacement time-history response root-mean-squared errors are ~〖10〗^(-5) m) with much less wall time (e.g., a dynamic time-history collapse simulation of a 60-story building is computed in 5.69 hrs with 128 cores—a speedup of 14.7 vs. the optimized 1-core version). The maximum speedups attained are shown to increase with building height (as the total number of cores used also increases), and the parallel framework can be expected to be suitable for buildings taller than the ones presented here.

PFRAME3D is used to analyze a hypothetical 60-story steel moment-frame tube building (fundamental period of 6.16 sec) designed according to the 1994 Uniform Building Code. Dynamic pushover and time-history analyses are conducted. Multi-story shear-band collapse mechanisms are observed around mid-height of the building. The use of closely-spaced columns and deep beams is found to contribute to the building's “somewhat brittle” behavior (ductility ratio ~2.0). Overall building strength is observed to be sensitive to whether a model is fracture-capable.

Elaboração de indicadores e uso de ferramentas de controle da qualidade na execução de obras prediais.

Este trabalho propõe uma adaptação na metodologia de utilização dos indicadores da qualidade, em conjunto com as ferramentas da qualidade, a fim de obter melhorias no processo construtivo predial. Pretende-se elevar o nível de controle na chegada dos materiais à obra para a construção da superestrutura de concreto armado moldadas in loco e eliminar gradativamente as não-conformidades nas peças acabadas nesta etapa construtiva por meio dos princípios do controle de qualidade e dando ênfase ao ciclo PDCA. As ferramentas da qualidade são utilizadas na indústria, especialmente no setor automobilístico, onde auxiliam no rastreamento e eliminação das causas de nãoconformidade ocorridas em seus produtos. Estas ferramentas permitem também um acompanhamento dos resultados, a fim de reduzir custos e aumentar a qualidade e confiabilidade dos produtos. Contudo, na indústria da construção civil do Brasil ainda são pouco utilizadas onde, aliadas aos princípios da qualidade e a utilização de indicadores de qualidade, identificam as fontes geradoras de não-conformidades no produto final auxiliando na eliminação incremental dos desperdícios e conseqüentemente nos atrasos e redução de custos nas construções. Os resultados do estudo mostram que, o uso de indicadores da qualidade em conjunto com as ferramentas da qualidade torna possível implantar um fluxo de atividades de controle, que permite rastrear as causas de não-conformidade na fase de execução da superestrutura predial de concreto armado.

Verificação experimental da largura colaborante em mesas de lajes nervuradas.

Este trabalho apresenta um estudo experimental para determinação da largura colaborante em mesas de lajes nervuradas de concreto armado. Esta largura é definida comumente utilizando-se as recomendações contidas nas diversas normas e procedimentos já consagrados de estruturas de concreto armado. Visando a determinação da largura da mesa que efetivamente contribui na capacidade resistente da seção de lajes nervuradas, foram instrumentados e ensaiados modelos que buscaram reproduzir faixas de nervuras e painéis de laje. As faixas possuíam dimensões reais de duas nervuras principais, enquanto as lajes reproduziam painéis em escala reduzida (1:2). Em parte dos modelos, foram inseridos extensômetros de resistência elétrica nas armaduras e no concreto, além de transdutores para verificação das flechas. Foram calculadas as larguras a partir das curvas de tensões e flechas verificadas experimentalmente. Verificou-se, também, a influência da presença de tubulação embutida ao longo da mesa das faixas de laje.

Análise estática e dinâmica de lajes nervuradas de concreto armado.

Nesta dissertação desenvolve-se um estudo sobre o comportamento estrutural de lajes nervuradas de concreto armado, tendo em mente o emprego destas em sistemas estruturais na engenharia civil, de forma viável sob o ponto de vista técnico e econômico. No cenário atual, diversos tipos de sistemas estruturais têm sido desenvolvidos, dentre estes as lajes nervuradas de concreto armado com base no sistema Reduzcon. Essas lajes nervuradas têm como principais características o baixo consumo de material e o peso próprio bastante reduzido. Este sistema utiliza cubas cilíndricas invertidas metálicas denominadas BRC (Barrote Redutor de Concreto), que suportam o concreto da laje. Assim sendo, este trabalho de pesquisa apresenta um estudo acerca da resposta estática e dinâmica do sistema estrutural em questão, em relação aos deslocamentos translacionais verticais e tensões; e, bem como, da resposta dinâmica do sistema sob o ponto de vista de conforto humano. Ênfase especial é dada às atividades humanas rítmicas, com base no emprego de modelos de carregamento que representem as ações inerentes à ginástica aeróbica. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados de testes experimentais que levam em conta os efeitos de multidão. A análise numérica fundamenta-se na modelagem computacional do sistema, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), de forma a representar apropriadamente o comportamento estrutural das lajes Reduzcon. São empregadas técnicas usuais de discretização, por meio do programa ANSYS. As vigas de bordo, nervuras e a laje de concreto são simuladas por elementos finitos sólidos tridimensionais.

Influência da Velocidade, do Espaçamento e do Número de Veículos sobre a Resposta Dinâmica de Pontes Rodoviárias de Concreto Armado.

Nesta dissertação são avaliados os efeitos dinâmicos provenientes da travessia de comboios de veículos sobre o tabuleiro irregular de obras de arte rodoviárias de concreto armado. O modelo matemático empregado para simular o comportamento do sistema veículo-ponte considera a participação da massa e da rigidez das viaturas na definição das freqüências do sistema e, conseqüentemente, a força de interação entre os veículos e a ponte é afetada pela flexibilidade desta. A ponte é modelada a partir do emprego de elementos finitos de barra unidimensionais e discretizado com massas concentradas e flexibilidade distribuída. O modelo de veículo empregado baseia-se no veículo TB-12 preconizado pela norma brasileira NBR 7188. Este veículo é simulado por sistemas de massas, molas e amortecedores sendo descrito por graus de liberdade à translação e rotação no plano. As irregularidades da pista são definidas por um modelo não-determinístico com base na densidade espectral do pavimento. O carregamento sobre a ponte é constituído por sucessões de veículos deslocando-se com velocidade constante sobre a obra. Devido à própria natureza das irregularidades da pista e do comboio de veículos, atenção especial é concentrada na fase permanente da resposta do sistema. São estudadas as respostas de dois modelos estruturais existentes, com base em tabuleiros isostáticos, em concreto armado, com e sem balanços, em seção do tipo T e duplo T, respectivamente, em termos de deslocamentos e esforços nas seções onde ocorrem os efeitos máximos. As conclusões do trabalho versam sobre a influência da velocidade, espaçamento e do número de veículos, referentes a situações distintas de carregamento, no que tange a resposta dinâmica das pontes rodoviárias de concreto armado. A magnitude dos efeitos dinâmicos associados à interação dos veículos com o pavimento irregular também é investigada.

Verificação à fadiga estrutural de ponte em concreto armado.

As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas à ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas nem sempre são corretamente consideradas pelos projetistas. Deste modo, a correta consideração destes aspectos mostra-se de fundamental importância, de forma a se avaliar os esforços dinâmicos oriundos do tráfego de veículos sobre o tabuleiro. De acordo com este contexto, a ponte rodoviária investigada nesta dissertação é constituída por duas vigas longitudinais, três transversinas, sendo uma central e duas sobre os apoios, e por um tabuleiro em concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Os veículos são representados a partir de sistemas do tipo "massa-mola-amortecedor". O tráfego destes veículos é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As técnicas para a contagem de ciclos de tensões e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas e recomendações internacionais vigentes que versam sobre o tema. As conclusões deste trabalho de pesquisa se referem à análise da resposta dinâmica bem como da vida útil de serviço da obra de arte rodoviária de concreto armado investigada, quando submetida às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro.

Dimensionamento e análise numérica de pisos industriais de concreto.

Os pisos industriais devem atender aos critérios de segurança, funcionalidade e durabilidade das estruturas de concreto. A fim de analisar o desempenho de placas de concreto apoiadas sobre base elástica quando submetidas a ações diretas e indiretas, foram elaborados diversos modelos analíticos e empíricos. Com o avanço tecnológico e o advento de softwares desenvolvidos através de processos numéricos como o método dos elementos finitos (MEF), a aplicação desses modelos foi facilitada. Este trabalho aborda os métodos de cálculo existentes e utilizados na execução dos projetos estruturais de pisos industriais de concreto.

Estudo do comportamento e otimização do projeto estrutural de edifícios de concreto armado.

Com base no crescimento exponencial das populações urbanas, a demanda por espaço para habitação tem crescido vertiginosamente. Para atender a estas necessidades, edificações cada vez mais altas e mais esbeltas são projetadas e vãos cada vez maiores são utilizados. Novos materiais são criados e aprimorados para que seja extraído o máximo de desempenho com o menor custo. Deste modo, esta dissertação tem como objetivo o estudo do comportamento e otimização do projeto estrutural de edifícios. Para tal, considera-se ao longo do estudo o projeto de uma edificação de concreto armado com 47 metros de altura e 15 pavimentos, submetida às ações das cargas usuais de projeto atuantes sobre edifícios residenciais, além das cargas de vento. No que tange ao desenvolvimento do modelo computacional são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa ANSYS. Inicialmente, a resposta estática e dinâmica do modelo estrutural é obtida e comparada com base nos valores limites propostos por normas de projeto. A partir de análises qualitativas e quantitativas desenvolvidas sobre a resposta estrutural do modelo em estudo são utilizadas técnicas de otimização com o objetivo de modificar e aprimorar o desempenho estrutural do edifício analisado.

Estudo do comportamento estrutural e análise de conforto humano de edifícios de concreto armado.

Atualmente, os projetos de edifícios altos necessitam cada vez mais de sistemas estruturais simples, que agilizem sua montagem, reduzindo os custos e promovendo maior flexibilidade de utilização para os espaços construídos. Com essa finalidade, estruturas com poucas vigas vêm sendo muito utilizadas. Entretanto, o sistema estrutural com poucas vigas pode ocasionar dois tipos de problemas, relacionados entre si, a saber: diminuição do sistema de contraventamento da edificação e vibrações excessivas. Portanto, é fundamental, nesses casos, a verificação da estabilidade global da estrutura, utilizando índices de sensibilidade além de outros parâmetros de projeto, como também, o desenvolvimento de um estudo minucioso acerca do conforto humano da edificação. Assim sendo, neste trabalho de pesquisa foram investigados quatro modelos estruturais de edifícios altos de concreto armado, com base no estudo da variação entre o número de pavimentos e a quantidade de vigas existentes em cada modelo, objetivando-se verificar quais os efeitos que tais variações podem vir a gerar sobre a estabilidade global e, bem como, sobre o conforto humano dos sistemas estruturais investigados. A modelagem numérica dos edifícios em estudo foi realizada através do emprego do programa ANSYS e, para tal, foram utilizadas técnicas básicas de discretização, por meio do método dos elementos finitos. As conclusões alcançadas ao longo da investigação versam acerca do estudo da resposta estrutural estática e dinâmica dos edifícios, no que diz respeito as variações dos valores dos parâmetros de instabilidade, dos valores dos deslocamentos e esforços, e, bem como, dos níveis de conforto humano de cada modelo estrutural analisado.

Modelagem do comportamento estrutural estático e dinâmico e avaliação de conforto humano de edifícios de concreto armado.

Nas últimas décadas, a partir do crescimento substancial da população das grandes cidades, a demanda por espaço para habitação tem crescido de maneira importante. Para atender a estas necessidades, edificações cada vez mais altas e mais esbeltas são projetadas e vãos cada vez maiores são utilizados. Novos materiais são criados e aprimorados para que seja extraído o máximo de desempenho com o menor custo. Deste modo, esta dissertação tem como objetivo o estudo do comportamento estrutural e avaliação de conforto humano de edifícios de concreto armado. Para tal, são considerados ao longo do estudo quatro projetos de edificações de concreto armado distintos, com alturas variando na faixa de 30m a 70m (11 a 24 pavimentos), submetidos às ações das cargas usuais de projeto atuantes sobre edifícios residenciais, além das cargas de vento. No que tange ao desenvolvimento dos modelos computacionais são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa ANSYS. Inicialmente, a resposta estrutural estática (deslocamentos e esforços) e dinâmica (acelerações de pico) dos modelos é obtida e comparada com base nos valores limites propostos por normas e recomendações de projeto. A partir de análises qualitativas e quantitativas desenvolvidas sobre a resposta dos modelos em estudo o desempenho estrutural dos edifícios analisados é avaliado, no que diz respeito ao conforto humano.

Generating the Sparse Point Cloud of a Civil Infrastructure Scene Using a Single Video Camera under Practical Constraints

Automating the model generation process of infrastructure can substantially reduce the modeling time and cost. This paper presents a method to generate a sparse point cloud of an infrastructure scene using a single video camera under practical constraints. It is the first step towards establishing an automatic framework for object-oriented as-built modeling. Motion blur and key frame selection criteria are considered. Structure from motion and bundle adjustment are explored. The method is demonstrated in a case study where the scene of a reinforced concrete bridge is videotaped, reconstructed, and metrically validated. The result indicates the applicability, efficiency, and accuracy of the proposed method.

Closely correlating lower and upper bound plastic analysis of real slabs

An engineer assessing the load-carrying capacity of an existing reinforced concrete slab is likely to use elastic analysis to check the load at which the structure might be expected to fail in flexure or in shear. In practice, many reinforced concrete slabs are highly ductile in flexure, so an elastic analysis greatly underestimates the loads at which they fail in this mode. The use of conservative elastic analysis has led engineers to incorrectly condemn many slabs and therefore to specify unnecessary and wasteful flexural strengthening or replacement. The lower bound theorem is based on the same principles as the upper bound theorem used in yield line analysis, but any solution that rigorously satisfies the lower bound theorem is guaranteed to be a safe underestimate of the collapse load. Jackson presented a rigorous lower bound method that obtains very accurate results for complex real slabs.

Static response of UHPFRCC slab specimens

The aim of this study is to present the results of an extended work on the development of an Ultra High Performance Fibre Reinforced Cementitious Composite (UHPFRC) and the experimental determination of the mechanical properties of the produced material. Furthermore, the paper will present preliminary experimental results on the static response of Reinforced Concrete and UHPFRCC slab specimens.