Abstract This work aims the assessment of the dynamic structural response of reinforced concrete floors subjected to rhythmic human activities, based on the use of biodynamic models, in order to consider the people-structure interaction effect. Initially, an experimental modal analysis on the investigated floor , with dimensions of 16m x 35m, was performed, in order to identify and assess the global dynamic behaviour of the structure. In sequence, a finite element model was developed and calibrated through experimental results. After that, based on forced vibration analyses, the floor dynamic response was determined (displacements and accelerations). It is concluded that the biodynamic systems modelling induced significant attenuations on the structural response when compared to those calculated based on the use of traditional “only force” models.

Resumo Este trabalho tem como objetivo a avaliação da resposta dinâmica de pisos de concreto armado submetidos a atividades humanas rítmicas, com base no uso de sistemas biodinâmicos, a fim de analisar o efeito de interação pessoa-estrutura. Inicialmente, realizou-se uma análise modal experimental sobre o piso investigado, com dimensões de 16m x 35m, visando identificar e avaliar o comportamento dinâmico global da estrutura. Em seguida, um modelo de elementos finitos foi desenvolvido e calibrado com base nos resultados experimentais. Posteriormente, a partir das análises de vibração forçada, a resposta dinâmica do piso foi determinada (deslocamentos e acelerações). Conclui-se que a modelagem dos sistemas biodinâmicos induziu atenuações significativas sobre a resposta estrutural quando comparadas àquelas calculadas via utilização de modelos tradicionais de força-rítmica.

Resumo Lajes com fôrmas metálicas utilizadas durante a concretagem são um sistema estrutural misto composto de aço e concreto. O modo de falha por cisalhamento horizontal é o mais comum em lajes mistas com bases em numerosos estudos experimentais. Esta falha consiste na perda de aderência e contato mecânico do sistema misto e, frequentemente, ocorre antes do sistema atingir sua capacidade máxima à flexão plástica. Assim, o projeto deste sistema construtivo é determinado pela sua resistência ao cisalhamento longitudinal, que pode ser determinada pelo método semiempírico convencional m-k com base no ensaio de flexão de quatro pontos proposto por diversas normas. Um dos fatores conhecidos de maior influência na resistência ao cisalhamento longitudinal é a geometria das mossas presentes na fôrma metálica. Simulações computacionais por meio do método dos elementos finitos calibradas com base em resultados experimentais podem ser uma alternativa à realização deste tipo de ensaio. O presente trabalho modificou e adaptou uma metodologia que inclui explicitamente a geometria das mossas na análise de modo a usar materiais e produtos com características disponíveis para os engenheiros estruturais do Brasil e usou esta metodologia para derivar coeficientes m-k. Isto foi feito com o objetivo de simular numericamente o efeito de parâmetros relevantes para determinar a resistência ao cisalhamento longitudinal na interface aço-concreto de lajes mistas. Gráficos de força versus deslocamentos foram obtidos e os valores dos coeficientes m-k foram comparados com aqueles de outros autores na literatura. As simulações apresentaram valores consistentes com a literatura e, em relação ao modo de ruptura por cisalhamento longitudinal, as simulações numéricas realizadas apresentaram resistências últimas com bom ajuste medido pelo coeficiente de determinação convencional chegando a um valor bom para a relação semiempírica utilizando os resultados dos dados de elementos finitos. concreto frequentemente plástica Assim mk m k normas metálica mk. k. açoconcreto

Abstract Slabs with cast-in-place steel formwork are composite structural elements composed of concrete and steel. The horizontal shear failure mode is the most common in composite slabs based on numerous experimental studies. This failure mode consists of loss of adherence and mechanical contact at the interface of the composite system and often occurs before the system reaches its full bending capacity. Thus, the design of this constructive system is determined by the value of the longitudinal shear strength, which can be computed by the semi-empirical so-called traditional m-k method based on the four-point bending test proposed by several standards. One of the most known factors to influence the longitudinal shear strength is the geometry of embossments present in the steel work. Calibrated computational simulation using the finite element method can be an alternative way to simulate this type of test. The present work modified and adapted a methodology explicitly including the geometry of embossments in the analysis in order to use materials and products with characteristics available to structural engineers in Brazil and used this methodology to derive m-k coefficients. This is being made with the objective of numerically simulating the effect of relevant parameters for determining the longitudinal shear strength at the concrete-steel interface of composite slabs. Force versus slip, force versus displacement graphs were obtained and the m-k coefficient values found were compared with those of other authors in the literature. The simulations presented values consistent with the literature and in relation to the rupture mode by longitudinal shear, the numerical simulations performed presented ultimate strengths with goodness-of-fit measured by the conventional coefficient of determination, reaching a good value for the semi-empirical relation using the results of the finite element data. castinplace cast place studies capacity Thus semiempirical semi empirical socalled so called mk m k fourpoint four point standards coefficients concretesteel slip goodnessoffit goodness fit determination data

Abstract The construction of high-rise buildings has emerged as a constructive trend worldwide, and excessive vibration problems due to wind actions are becoming increasingly frequent. The Brazilian design standard NBR 6123 recommends that the transfer of wind actions used for structural analysis be carried out based on the pressure coefficients along the building facades for static analyses and considers their non-deterministic dynamic behaviour through a stochastic modelling method of the wind velocity field. To present an alternative approach to this methodology, this study aims to investigate the non-deterministic dynamic structural response of a real reinforced concrete building, considering the soil-structure interaction effect, using the pressure coefficients obtained through different methodologies such as numerical simulations using Computational Fluid Dynamics (CFD), international databases, and the recommendations of the Brazilian standard NBR 6123.

Resumo A construção de edifícios altos tem se mostrado uma tendência construtiva ao redor do mundo, e vibrações excessivas oriundas das ações do vento tem se tornado cada vez mais frequentes. A norma brasileira de projeto NBR 6123 recomenda que a transferência das ações de vento utilizadas para análise estrutural seja realizada com base nos coeficientes de pressão ao longo das fachadas do edifício, para análises estáticas, e considera o seu comportamento dinâmico não determinístico através de um método de modelagem estocástica do campo de velocidade do vento. Objetivando apresentar uma abordagem alternativa para esta metodologia, este estudo tem como objetivo investigar a resposta estrutural dinâmica não determinística de um edifício real de concreto armado, considerando o efeito da interação solo-estrutura, utilizando coeficientes de pressão obtidos por intermédio de metodologias distintas, tais como: simulações numéricas utilizando CFD (Computational Fluid Dynamics), bases de dados internacionais, e utilizando as recomendações da norma brasileira NBR 6123.

resumo As pontes rodoviárias geralmente estão sujeitas a ações dinâmicas aleatórias de magnitude variável devido aos comboios de veículos que cruzam o tabuleiro da ponte ao longo de sua vida útil. Diante deste contexto, a condição de deterioração da superfície do pavimento asfáltico da estrutura torna-se relevante para avaliar os valores de deslocamentos e tensões. Deste modo, este trabalho de pesquisa tem como objetivo desenvolver uma metodologia de análise para avaliação da resposta estrutural dinâmica de pontes rodoviárias mistas (aço-concreto), considerando-se as ações dinâmicas oriundas do tráfego de comboios de veículos sobre a superfície irregular, além do efeito da deterioração progressiva da superfície do pavimento. As conclusões desta investigação indicam que os valores de deslocamentos e tensões são consideravelmente superiores, com amplificações de até quatro vezes, quando o efeito da deterioração do pavimento da pista é considerado na análise dinâmica da ponte.

abstract: Highway bridges are usually subjected to random dynamic actions of variable magnitude due to vehicles convoys crossing on the bridge pavement deck along their service life. In this context, the asphalt pavement deteriorated road surface condition represents a key issue to assess the bridge displacement and stress values. This way, this research work aims to develop an analysis methodology in order to assess the dynamic structural behaviour of steel-concrete composite highway bridges including the vehicles convoys dynamic actions and the pavement progressive deterioration effect. The conclusions of this investigation have indicated that the displacements and stresses values are considerably higher, with relevant amplifications up to four times, when the road pavement deterioration effect is considered in the bridge dynamic analysis.

resumo or resumen: O presente trabalho apresenta a avaliação experimental do comportamento dinâmico de pisos mistos (aço-concreto), sob o ponto de vista do conforto humano, quando submetidos ao caminhar humano. O modelo estrutural investigado foi um sistema de piso misto (aço-concreto) real e em fase de construção, com área total aproximada de 1300 m2. Um modelo numérico preliminar foi elaborado visando nortear o posicionamento ideal da excitação e instrumentação a ser adotada no ensaio experimental in loco. A partir do programa experimental definido, testes de vibração livre foram realizados para determinar os parâmetros modais da estrutura. Cerca de 180 ensaios de vibração forçada sob a excitação causada pelo caminhar de uma pessoa em diferentes frequências de passo e direções foram realizadas para determinar as respostas máximas do piso. Os resultados encontrados foram comparados com critérios de conforto humano recomendados por normas e guias de projeto nacionais e internacionais. Posteriormente, realizou-se uma análise da influência do número de pessoas na resposta dinâmica do piso, sendo observado que o aumento da quantidade de usuários caminhando sobre o piso acarretou no acréscimo do valor da aceleração de pico. Tal fato enfatiza a necessidade da realização de avaliações experimentais considerando a variação da quantidade de pessoas exercendo atividades sobre o piso, de forma a representar as vibrações induzidas nas situações reais de serviço da estrutura.

abstract: This work presents the experimental evaluation of the dynamic behavior of Steel and concrete composite floors, from a human comfort point of view, when submitted to human walking. The structural model investigated was a real composite floor system under construction, with a total area of approximately 1300 m2. A preliminary numerical model was developed in order to guide the ideal positioning of excitation and instrumentation to be adopted in the experimental “in situ” evaluation. Next, free vibration tests were carried out to obtain the modal parameters of the structure. More than 180 forced vibration tests with excitation caused by a person walking at different step frequencies and directions were performed to determine de maximum structure’s response. The results found were compared with human comfort criteria recommended by national and international standards and design guides. Subsequently, a people quantity influence analysis on the dynamic response of the floor was carried out, where it was noticed that the increase in the number of users walking on the floor also increased the peak acceleration value. This fact emphasizes the need to carry out experimental evaluations considering the variation of people quantity on floor activity in order to evaluate the real scenario of human vibrations induced in the structure under service.

RESUMO: Uma avaliação confiável do conforto humano depende da descrição correta das cargas dinâmicas de vento, quando comparadas com estudos acerca do vento natural. Assim sendo, neste trabalho de pesquisa foi desenvolvida uma metodologia de análise com o objetivo de gerar cargas dinâmicas não determinísticas de vento, com base no emprego de uma função de densidade espectral de potência e função de coerência. Deste modo, objetivando testar a metodologia de análise proposta, foi realizada uma análise dinâmica de vibração forçada, com base no uso de um modelo tridimensional de elementos finitos desenvolvido para representar um edifício de concreto armado com trinta pavimentos, real e existente, com altura total de 90 m, pé-direito de 3 m e dimensões em planta de 21,50 m x 17,30 m. A resposta estrutural dinâmica do edifício investigado foi avaliada, as acelerações no topo da estrutura foram calculadas, e o conforto humano foi verificado. Os resultados obtidos ao longo deste trabalho de pesquisa indicam que os picos de aceleração calculados para períodos de recorrência de 10 anos e 1 ano, respectivamente, superam os limites recomendados propostos pela NBR 6123 e ISO 10137.

ABSTRACT A reliable human comfort assessment depends on the correct description of the wind dynamic loads when compared with studies of natural wind. Thus, in this research work an analysis methodology was developed aiming to generate nondeterministic dynamic wind loadings, based on a power spectral density function and coherence function. This way, aiming to test the developed analysis methodology, a forced vibration dynamic analysis was carried out, based on a three-dimensional finite element model developed to represent a real and existing thirty-storey reinforced concrete building, with total height of 90 m, store height equal to 3 m and rectangular dimensions of 21.50 m by 17.30 m. The dynamic structural response of the investigated building was evaluated, the accelerations at the top of the structure were calculated and the human comfort was verified. The results obtained along this research work indicate that the peak accelerations calculated for periods of recurrence equal to 10 years and 1 year, respectively, overpass the recommended limits proposed by the NBR 6123 and ISO 10137.

As normas atuais de projeto de estruturas em aço inoxidável, como o Eurocódigo 3, parte 1.4 (2006), são, em grande parte, baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas desenvolvidas com aço carbono. A ruptura da seção transversal representa um dos estados-limites últimos usualmente verificados para elementos estruturais submetidos a tensões normais de tração. Esse artigo apresenta uma investigação para se avaliar a resistência à tração de elementos aparafusados em aço carbono e aço inoxidável. Os resultados são discutidos e comparados em termos de distribuição de tensões, curvas carga-deslocamento, entre outros. Esses resultados foram comparados com as recomendações de projeto do Eurocódigo 3, para aço carbono e aço inoxidável, respectivamente. Essa investigação indicou que, quando o aço inoxidável é utilizado em certas aplicações da engenharia estrutural, como ligações submetidas a esforços de tração, o critério atual de dimensionamento, baseado em deformações-limites precisa de ser reavaliado, especialmente devido às diferenças elevadas de tensões de escoamento e de ruptura, respectivamente.

Current stainless steel design codes, like the Eurocode 3, part 1.4, (2006), are still largely based on analogies with carbon steel structural behavior. The net section rupture represents one of the ultimate limit states usually verified for structural elements submitted to normal tension stress. An investigation aiming to evaluate the tension capacity of carbon and stainless steel bolted structural elements was performed and in this article, the results are discussed and compared in terms of stress distribution, and force-displacement curves, among others. The result assessment was done by comparisons to the Eurocode 3 (2003) provisions for carbon and stainless steels. The investigation indicated that when stainless steel is used in certain structural engineering applications like joints under tension forces, the current design criteria based on deformation limits need to be re-evaluated, especially due to the differences in the yields for ultimate deformation and stress ratios.

A crescente competitividade do mercado da engenharia civil tem induzido projetistas de estruturas a desenvolverem sistemas estruturais compostos por peças mais leves e com menor custo final. A conseqüência direta dessa filosofia de projeto foi o aumento considerável dos problemas de vibrações em pisos. Assim sendo, o principal objetivo desse trabalho é o de desenvolver uma metodologia de análise para avaliação do conforto humano em pisos de edificações, com base em modelos de carregamento representativos do caminhar das pessoas. Os modelos estruturais foram compostos por pisos mistos com vão variando de 5,0m a 10,0m. Um estudo paramétrico extenso foi desenvolvido e os resultados, com base nos valores das acelerações de pico, foram comparados com valores-limites propostos por diversos autores e normas de projeto. Os resultados encontrados indicaram que a ação do caminhar das pessoas pode vir a gerar níveis elevados de vibração sobre os pisos, não satisfazendo os critérios de conforto humano.

The competitive trends of the civil engineering market have long been forcing structural engineers to develop minimum weight and labor cost solutions. A direct consequence of this new design trend is a considerable increase in floor vibration problems. The main objective of this paper is to present an analysis methodology to evaluate the composite floor's human comfort criteria, considering a more realistic loading model incorporating the dynamic effects induced by people walking. The investigated models were based on floors, with main spans varying from 5m to 10m. Based on an extensive parametric study the composite floors dynamic response was obtained and compared to limiting values proposed by several authors and design standards. The results of the present study indicated that the walking loads could induce the composite floors to reach significant vibration levels implying and violating the human comfort criteria.

Sistemas mistos aço-concreto têm sido largamente utilizados na construção civil e vêm motivando o desenvolvimento de sistemas de lajes de piso com forma de aço incorporado, usando-se perfis formados a frio com corrugações na alma. O sistema aqui investigado baseou-se em protótipos de fôrmas metálicas, usando várias formas de ligação na interface aço/concreto. Para desenvolver um novo perfil metálico, que apresentasse uma boa aderência mecânica entre o concreto e o aço e com comportamento dúctil, avaliou-se uma seção transversal ideal. Diversas variáveis foram consideradas, tais como: peso, altura, espessura e tensão de escoamento. A investigação, também, contemplou ensaios em escala real de forma a validar, experimentalmente, o sistema de laje mista (aço-concreto) proposto.

The composite steel-concrete system has been used in various major projects motivating the development of an efficient composite floor system using cold-formed steel sections with web corrugations. The system was based on previous investigations that involved the development of steel deck prototypes using various types of interlocking mechanisms in the concrete to steel deck interface. An ideal section evaluation was made to determine an efficient steel profile that presented a good mechanical adherence to the concrete interface while keeping a ductile behavior. Variables like weight, height, thickness and yield stress amongst others were investigated. An experimental program consisting of a full-scale composite slab test was executed to validate the proposed composite cold-formed system.

Apresenta-se uma metodologia de análise com o objetivo de avaliarem-se os efeitos de irregularidades superficiais no tabuleiro sobre o comportamento de pontes rodoviárias submetidas à passagem de veículos. A resposta do sistema veículo-estrutura é obtida no domínio da freqüência segundo modelo probabilístico. Simula-se o tabuleiro das pontes com modelo de elementos finitos unidimensionais com massas discretizadas nos nós, o veículo por um sistema de massas, molas e amortecedores, e as irregularidades da pista são definidas por modelo não-determinístico com base na densidade espectral do perfil do pavimento. O carregamento é constituído por uma sucessão infinita de veículos igualmente espaçados deslocando-se com velocidade constante sobre o tabuleiro e a atenção é concentrada na fase permanente da resposta do sistema. Deduzem-se as expressões das densidades espectrais dos elementos da resposta a partir da densidade espectral do perfil irregular do pavimento e integram-se numericamente tais expressões para se chegar às médias quadráticas desses elementos. Observa-se a resposta do modelo matemático, com base em uma ponte rodoviária de concreto armado simplesmente apoiada, com seção tipo caixão e inércia constante, em termos de deslocamentos e esforços nas seções onde ocorrem os efeitos máximos. As conclusões versam sobre a adequação da metodologia desenvolvida e do modelo matemático empregado.

An analysis methodology is proposed to evaluate the dynamical effects, displacements and stresses, on highway bridge decks, due to vehicles crossing on the rough pavement surfaces defined by a probabilistic model. To this purpose, the methodology is developed to evaluate the vehicle-structure response under a full probabilistic formulation, running in the frequency domain. The mathematical model assumes a finite element representation of the beam like deck and the vehicle simulation uses concentrated parameters of mass, stiffness and damping. The deck surface roughness is defined by a well known power spectrum density of road pavement profiles. The moving load is formed by an infinite succession of equally spaced vehicles moving with constant velocity. Only steady-state response is considered. Response data are produced on concrete box girder elements assembled as a simple beam. Conclusions are concerned with the fitness of the developed analysis methodology and the mathematical model adequacy.