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http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17189| Tipo do documento: | Tese |
| Título: | Investigação experimental e numérica sobre o efeito da interação dinâmica pessoa - estrutura e análise de conforto humano de pisos de edifícios submetidos ao caminhar humano |
| Título(s) alternativo(s): | Experimental and numerical investigation of the people - structure dynamic interaction effect and human comfort analysis of building floors subjected to human walking |
| Autor: | Aguiar, Jefferson Viana  |
| Primeiro orientador: | Silva, José Guilherme Santos da |
| Primeiro membro da banca: | Soeiro, Francisco José da Cunha Pires |
| Segundo membro da banca: | Burgos, Rodrigo Bird |
| Terceiro membro da banca: | Carvalho, Hermes |
| Quarto membro da banca: | Silva, Raul Rosas e |
| Quinto membro da banca: | Debona, Gilvan Lunz |
| Resumo: | Este trabalho de pesquisa apresenta como objetivo principal o de avaliar qualitativamente e quantitativamente o efeito da interação pessoa-estrutura sobre o comportamento dinâmico de pisos, mediante o desenvolvimento de testes experimentais e modelagem numérica, considerando-se para tal o emprego de sistemas biodinâmicos associados a sistemas do tipo “massa-mola-amortecedor”, com um grau de liberdade (S1GL), objetivando representar o comportamento dinâmico das pessoas. Assim sendo, o estudo foi desenvolvido sobre o modelo estrutural de um piso misto (aço-concreto), pertencente ao projeto de um edifício composto por 12 pavimentos, existente e projetado para receber um hospital escola, localizado na cidade de Belo Horizonte/MG. O piso investigado apresenta um sistema de pilares e vigas mistas aço-concreto e lajes do tipo steel deck, com área total de 1300 m². Inicialmente, uma campanha de testes experimentais, correspondentes a ensaios de vibração livre e forçada, foi desenvolvida sobre o piso de interesse, referente às lajes de piso do 8º pavimento do edifício. Em paralelo, um modelo numérico em elementos finitos, via emprego do programa computacional ANSYS, foi desenvolvido levando-se em conta as características físicas e geométricas definidas em projeto, visando à calibração dos resultados das análises experimentais. Objetivando avaliar o comportamento dinâmico global do modelo estrutural, uma análise modal numérica foi realizada sobre as lajes de piso do 8º pavimento do sistema, e os resultados foram calibrados com base na resposta experimental obtida nos testes de vibração livre. Em seguida, testes experimentais de vibração forçada foram conduzidos sobre o piso misto, com base na utilização de frequências de passo distintas, além de inúmeras trajetórias adotadas para as pessoas caminhando sobre as lajes. Após a fase de calibração dos resultados experimentais, o nível de conforto humano do piso investigado foi avaliado através do desenvolvimento de um estudo paramétrico, mediante avaliação da influência das frequências de passo das pessoas, do número de pessoas caminhando e estacionárias sobre o piso, da taxa de amortecimento; e, ainda, de diferentes trajetórias das pessoas caminhando sobre a estrutura. A resposta dinâmica do piso misto foi avaliada em função dos valores dos deslocamentos e acelerações, e os resultados foram comparados com aqueles gerados via utilização de modelos matemáticos tradicionais de carregamento dinâmico (modelos de “força dura”); e, também, com os limites para vibrações excessivas recomendados em normas tradicionais de projeto visando um estudo do conforto humano da estrutura. Os resultados encontrados ao longo desta investigação apontam para reduções quantitativas importantes referentes à resposta dinâmica do piso em estudo, quando os sistemas biodinâmicos são considerados na análise dinâmica, em comparação com os resultados fornecidos pelos modelos matemáticos de “força dura”, demonstrando a relevância do efeito da interação dinâmica indivíduo-estrutura para avaliações de conforto humano. |
| Abstract: | This research work aims to evaluate the effect of the people-structure interaction on the dynamic behaviour of floors, qualitatively and quantitatively, based on the development of experimental tests and numerical modelling, considering the use of biodynamic systems associated with “spring-mass-damper” systems with one degree of freedom (SDOF), in order to represent the people’s dynamic behaviour. Therefore, the study was developed considering the structural model of a steel-concrete composite floor, associated to the building project consisting of 12 floors, existing and designed to receive a teaching hospital, located in the city of Belo Horizonte/MG. The investigated floor presents a system of steel-concrete composite columns and beams, and steel deck slabs, with a total area of 1300m². Initially, experimental tests (free and forced vibration tests), were developed on the building 8th floor. On the other hand, a finite element model, developed based on the use of the ANSYS computer program, was developed taking into account the physical and geometric characteristics defined in the project, aiming to calibrating the experimental results. Aiming to evaluate the global dynamic behaviour of the structural model, a numerical modal analysis was performed on the 8th floor slabs of the system, and the results were calibrated based on the experimental response determined in the free vibration tests. Then, the experimental forced vibration tests were carried out on the composite floor, based on the use of different step frequencies, in addition to numerous trajectories adopted for the people walking on the slabs. After the experimental results calibration phase, the human comfort of the investigated floor was assessed through the development of a parametric study, by evaluating the influence of people’s step frequencies, number of people walking and stationary on the floor, structural damping, and also different trajectories of people walking on the structure. The composite floor dynamic response was evaluated based on the displacement and acceleration values, and the results were compared with those calculated using traditional dynamic loading mathematical models (“only-force models”); and with recommended limits for excessive vibrations related to the traditional design codes, aiming to study the human comfort of the structure. The results found throughout this investigation point out to relevant quantitative reductions regarding the floor dynamic response, when the biodynamic systems were considered in the dynamic analysis, when compared with the results provided by the “only-force” mathematical models, demonstrating the importance of the people-structure dynamic interaction effect for human comfort assessments. |
| Palavras-chave: | Civil engineering Floors Structural analysis (Engineering) Vibration Human comfort Finite element method Engenharia civil Pavimentos Análise estrutural (Engenharia) Vibração Conforto humano Método dos elementos finitos |
| Área(s) do CNPq: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Instituição: | Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
| Sigla da instituição: | UERJ |
| Departamento: | Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia |
| Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
| Citação: | AGUIAR, Jefferson Viana. Investigação experimental e numérica sobre o efeito da interação dinâmica pessoa - estrutura e análise de conforto humano de pisos de edifícios submetidos ao caminhar humano. 2021. 304 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021. |
| Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17189 |
| Data de defesa: | 10-Dez-2021 |
| Aparece nas coleções: | Doutorado em Engenharia Civil |
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