Design of concrete-filled steel tubular columns under axial loading according to NBR 8800:2008 and Eurocode 4:2004: tests results and comparisons

In this paper results of tests on 32 concrete-filled steel tubular columns under axial load are reported. The test parameters were the concrete compressive strength, the column slenderness (L/D) and the wall thickness (t). The test results were compared with predictions from the codes NBR 8800:2008 and EN 1994-1-1:2004 (EC4). The columns were 3, 5, 7 and 10 length to diameter ratios (L/D) and were tested with 30MPa, 60MPa, 80MPa and 100MPa concrete compressive strengths. The results of ultimate strength predicted by codes showed good agreement with experimental results. The results of NBR 8800 code were the most conservative and the EC4 showed the best results, in mean, but it was not conservative for usual concrete-filled short columns.

Capacity of an I-beam made of S960 QC based on Eurocode 3

The capacity of beams is a very important factor in the study of durability of structures and structural members. The capacity of a high-strength steel I-beam made of S960 QC was investigated in this study. The investigation included assessment of the service limits and ultimate limits of the steel beam. The thesis was done according to European standards for steel structures, Eurocode 3. An analytical method was used to determine the throat thickness, deformation, elastic and plastic moment capacities as well as the fatigue life of the beam. The results of the analytical method were compared with those obtained by Finite Element Analysis (FEA). Elastic moment capacity obtained by the analytical method was 172 kNm. FEA and the analytical method predicted the maximum lateral-torsional buckling (LTB) capacity in the range of 90-93 kNm and the probability of failure as a result of LTB is estimated to be 50%. The lateral buckling capacity meant that the I-beam can carry a safe load of 300 kN instead of the initial load of 600 kN. The beam is liable to fail shortly after exceeding the elastic moment capacity. Based on results in of the different approaches, it was noted that FEA predicted higher deformation values on the load-deformation curve than the analytical results. However, both FEA and the analytical methods predicted identical results for nominal stress range and moment capacities. Fatigue life was estimated to be in the range of 53000-64000 cycles for bending stress range using crack propagation equation and strength-life approach. As Eurocode 3 is limited to steel grades up to S690, results for S960 must be verified with experimental data and appropriate design rules.

Reliability-based evaluation of design code provisions for circular concrete-filled steel columns

This paper presents an investigation of design code provisions for steel-concrete composite columns. The study covers the national building codes of United States, Canada and Brazil, and the transnational EUROCODE. The study is based on experimental results of 93 axially loaded concrete-filled tubular steel columns. This includes 36 unpublished, full scale experimental results by the authors and 57 results from the literature. The error of resistance models is determined by comparing experimental results for ultimate loads with code-predicted column resistances. Regression analysis is used to describe the variation of model error with column slenderness and to describe model uncertainty. The paper shows that Canadian and European codes are able to predict mean column resistance, since resistance models of these codes present detailed formulations for concrete confinement by a steel tube. ANSI/AISC and Brazilian codes have limited allowance for concrete confinement, and become very conservative for short columns. Reliability analysis is used to evaluate the safety level of code provisions. Reliability analysis includes model error and other random problem parameters like steel and concrete strengths, and dead and live loads. Design code provisions are evaluated in terms of sufficient and uniform reliability criteria. Results show that the four design codes studied provide uniform reliability, with the Canadian code being best in achieving this goal. This is a result of a well balanced code, both in terms of load combinations and resistance model. The European code is less successful in providing uniform reliability, a consequence of the partial factors used in load combinations. The paper also shows that reliability indexes of columns designed according to European code can be as low as 2.2, which is quite below target reliability levels of EUROCODE. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Influence of concrete strength and length/diameter on the axial capacity of CFT columns

This paper presents an experimental analysis of the confinement effects in steel-concrete composite columns regarding two parameters: concrete compressive strength and column slenderness. Sixteen concrete-filled steel tubular columns with circular cross section were tested under axial loading. The tested columns were filled by concrete with compressive strengths of 30, 60. 80, and 100 MPa, and had length/diameter ratios of 3, 5, 7, and 10. The experimental values of the columns` ultimate load were compared to the predictions of 4 code provisions: the Brazilian Code NBR 8800:2008, Eurocode 4 (EN 1994-1-1:2004), AINSI/AISC 360:2005, and CAN/CSA S16-01:2001. According to the results, the load capacity of the composite columns increased with increasing concrete strength and decreased with increasing length/diameter ratio. In general, the code provisions were highly accurate in the prediction of column capacity. Among them, the Brazilian Code was the most conservative, while Eurocode 4 presented the values closest to the experimental results. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Short-term experimental data of drying shrinkage of ground granulated blast-furnace slag cement concrete

This paper presents results of laboratory testing of unrestrained drying shrinkage during a period of 154 days of different concrete mixtures from the Brazilian production line that utilize ground granulated blast-furnace slag in their compositions. Three concrete mixtures with water/cement ratio of 0.78(M1), 0.41(M2), and 0.37(M3) were studied. The obtained experimental data were compared with the analytical results from prediction models available in the literature: the ACI 209 model (ACI), the B3 model (B3), the Eurocode 2 model (EC2), the GL 2000 model (GL), and the Brazilian NBR 6118 model (NBR), and an analysis of the efficacy of these models was conducted utilizing these experimental data. In addition, the development of the mechanical properties (compressive strength and modulus of elasticity) of the studied concrete mixtures was also measured in the laboratory until 126 days. From this study, it could be concluded that the ACI and the GL were the models that most approximated the experimental drying shrinkage data measured during the analyzed period of time.

Dimensionamento de estruturas de suporte rígidas

A Norma Portuguesa EN 1997-1:2007 - Eurocódigo 7 (EC 7) quando comparada, quer com a versão anterior ENV 1997-1:1994, cujo estatuto foi de pré-norma, quer com a prática tradicional corrente, introduz alterações significativas na abordagem ao dimensionamento geotécnico de estruturas de suporte. Assim, neste trabalho pretende-se aplicar a abordagem por meio de cálculos preconizada na Norma ao caso do dimensionamento de estruturas de suporte rígidas, comparando-a com os critérios tradicionais de dimensionamento utilizados em Portugal. Para tal realizou-se o plano de estudos seguinte: i) recensão bibliográfica síntese sobre o tema; ii) formulação geral do problema da verificação da segurança de estruturas de suporte rígidas de acordo com o preconizado no EC 7 e: iii) desenvolvimento de uma aplicação em Excel para a verificação da segurança daquelas estruturas nos moldes preconizados no EC 7. A folha de cálculo foi utilizada para comparar, através de dois exemplos - um relativo a um muro gravidade, e o outro relativo a um muro em T invertido - as diferenças entre a via tradicional e o EC 7 no respectivo dimensionamento.

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.

Influência da modelação de núcleos de betão armado no cálculo automático de estruturas de edifícios

O presente trabalho aborda a questão do comportamento e influência estrutural da modelação de um núcleo de secção aberta de parede fina no modelo tridimensional de elementos finitos de um edifício de betão armado, composto por 5 pisos sujeito à acção sísmica regulamentar. Para o efeito, foram considerados os Eurocódigos estruturais, nomeadamente o Eurocódigo 0, Eurocódigo 1 e Eurocódigo 8. A fim de avaliar a importância do tipo de modelação destes elementos estruturais, elemento fundamental para a caracterização da resposta dinâmica, foi desenvolvido um estudo paramétrico, fazendo-se a análise de quatro formas distintas de modelação do mesmo núcleo. Para os mesmos casos de carregamento, é feita uma análise comparativa entre os resultados obtidos a nível de períodos, percentagem de armadura nos pilares e no próprio núcleo bem como os deslocamentos para os modelos em estudo, com recurso a um programa de cálculo automático. O edifício considerado neste trabalho foi modelado com base no programa comercial de cálculo automático SAP 2000 versão 14.4. Posteriormente apresentam-se e discutem-se os resultados obtidos nos vários modelos em causa e para as várias situações propostas ao longo do trabalho.

Análise comparativa dos modelos regulamentares de previsão da retracção do betão

A adequada previsão do comportamento diferido do betão, designadamente da retracção, é essencial no projecto de uma obra de grandes dimensões, permitindo conceber, dimensionar e adoptar as disposições construtivas para um comportamento estrutural que satisfaça os requisitos de segurança, utilização e durabilidade. O actual momento é marcado por uma transição em termos da regulamentação de estruturas, com a eminente substituição da regulamentação nacional por regulamentação europeia. No caso das estruturas de betão, o Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado (REBAP), em vigor desde 1983, será substituído pelo Eurocódigo 2. Paralelamente, a Federation International du Betón publicou o Model Code 2010 (MC2010), um documento que certamente terá forte influência na evolução da regulamentação das estruturas de betão. Neste contexto, o presente trabalho tem como objectivo estabelecer uma comparação entre os diferentes modelos de previsão da retracção incluídos nos documentos normativos referidos, identificando as principais diferenças e semelhanças entre eles e quantificando a influência dos diferentes factores considerados na sua formulação, de forma a avaliar o impacto que a introdução destes modelos de previsão irá ter no projecto de estruturas de betão. Com o propósito de aferir a forma como estes modelos reflectem a realidade do fenómeno em estudo, procedeu-se à aplicação destes modelos de previsão ao betão de duas obras cujo comportamento estrutural é observado pelo LNEC, concretamente a ponte Miguel Torga, sobre o rio Douro, na Régua, e a ponte sobre o rio Angueira, no distrito de Bragança. Em ambas as obras tinha sido efectuada a caracterização in situ da retracção, tendo-se comparado os valores experimentais assim obtidos com os valores provenientes da aplicação dos modelos de previsão considerados neste trabalho. Finalmente são apresentadas algumas conclusões obtidas com o trabalho desenvolvido nesta dissertação, bem como algumas sugestões para desenvolvimentos futuros.

Projecto de fundações e estrutura de um edifício de 4 pisos em Lisboa, destinado a habitação

O objectivo deste trabalho consiste na elaboração de um projecto de estruturas de um edifício, desde a fase de concepção estrutural até à fase de pormenorização, passando obviamente pelo dimensionamento. O trabalho foi motivo para aplicação dos conhecimentos adquiridos durante o curso, na prática de projecto de estruturas, nomeadamente na utilização da regulamentação europeia de estruturas que está para entrar em vigor. O projecto foi elaborado a partir do projecto base de arquitectura e diz respeito a um conjunto de 4 edifícios de habitação separados por junta de dilatação, a construir em Lisboa. A estrutura em betão armado constituída por lajes fungiformes maciças apoiadas em pilares, paredes de betão e vigas, foi analisada com recurso a um programa de cálculo automático de elementos finitos SAP 200 V14.2.4. Para a execução deste trabalho recorreu-se à regulamentação europeia, nomeadamente o Eurocódigo 0, o Eurocódigo 1, o Eurocódigo 2 e o Eurocódigo 8, na sua versão final de Norma Portuguesa. Os critérios de dimensionamento bem como as disposições construtivas relativas a armaduras de betão são detalhadamente referidos ao longo do trabalho. Embora a análise estrutural tenha sido efectuada para quatro edifícios, os desenhos de pormenorização de betão armado são apresentados relativamente apenas ao edifício Nº1. Optou-se por esta solução em virtude de os edifícios serem semelhantes.

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.