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Tipo do documento: Tese
Título: Análise estrutural dinâmica de pisos de edifícios submetidos a atividades humanas rítmicas com base no uso de modelos biodinâmicos: modelagem experimental e numérica
Título(s) alternativo(s): Dynamic structural analysis of building floors subjected to rhythmic human activities using biodynamic models: experimental and numerical modelling
Autor: Sousa, Felipe Almeida de 
Primeiro orientador: Silva, José Guilherme Santos da
Primeiro membro da banca: Burgos, Rodrigo Bird
Segundo membro da banca: Pereira, Fernanda Lins Gonçalves
Terceiro membro da banca: Ribeiro, Diogo Rodrigo Ferreira
Quarto membro da banca: Silveira, Ricardo Azoubel da Mota
Quinto membro da banca: Faisca, Renata Gonçalves
Resumo: O trabalho de pesquisa tem como objetivo principal a avaliação da resposta estrutural dinâmica de pisos de edifícios, considerando-se a aplicação de carregamentos humanos rítmicos (atividades aeróbicas). Neste sentido, é proposto um modelo biodinâmico composto por massa, amortecimento e rigidez, constituído por um grau de liberdade (SDOF), para simular as ações humanas rítmicas sobre os pisos de edificações, objetivando a avaliação do efeito da interação dinâmica pessoa-estrutura. Deste modo, no âmbito da análise dinâmica, o estudo investiga um piso de concreto armado real existente, localizado no 8° andar da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), com dimensões de 16 m x 36 m e área de 576 m2. De acordo com este contexto, são realizadas inicialmente análises modais experimentais, utilizando estratégias distintas, objetivando a avaliação do comportamento global dinâmico do piso do edifício investigado, com o propósito de calibrar o modelo de elementos finitos desenvolvido para a representação da estrutura. Em seguida, são realizados testes de monitoração experimental dinâmica com base em análises de vibração forçada desenvolvidas sobre as lajes de concreto do piso, visando assim uma análise comparativa entre a resposta estrutural dinâmica experimental e os resultados obtidos por meio da modelagem numérica. Para tal, são utilizadas inúmeras funções matemáticas tradicionais representativas das ações dinâmicas humanas rítmicas, correspondentes aos modelos de “força-dura”, além do emprego dos sistemas biodinâmicos. Com base nas respostas dinâmicas obtidas, constata-se que os modelos biodinâmicos produzem resultados mais próximos daqueles observados nos testes experimentais realizados sobre o piso, uma vez que estes modelos incorporam o efeito da interação dinâmica pessoa-estrutura, além das características de cada indivíduo (massa, amortecimento e rigidez), resultando em atenuações sobre os valores dos deslocamentos e acelerações. Além disso, foi realizado um estudo paramétrico, com o intuito de analisar o comportamento estrutural dinâmico em relação aos critérios de conforto humano, considerando-se para tal os limites estabelecidos via utilização de normas e critérios de projeto. Desta forma, os resultados alcançados indicam que os modelos tradicionais de carregamento dinâmico (“força-dura”) tendem a apresentar respostas dinâmicas mais conservadoras, enquanto que a modelagem com base no emprego de sistemas biodinâmicos fornece valores de resposta (deslocamentos e acelerações) mais próximos da resposta determinada via monitoração experimental dinâmica do piso investigado. Finalmente, destaca-se que a metodologia de análise proposta neste trabalho de pesquisa pode ser considerada como sendo uma alternativa viável para a caracterização das ações dinâmicas humanas rítmicas sobre pisos de edifícios.
Abstract: This research paper aims to evaluate the dynamic structural response of building floors under rhythmic human loading (aerobic activities). To achieve this objective, a biodynamic model consisting of mass, damping, and stiffness, represented as a Single Degree of Freedom (SDOF) system, is proposed to simulate rhythmic human actions on building floors and assess the dynamic human-structure interaction effect. The study focuses on the dynamic analysis of an existing reinforced concrete floor located on the 8th floor of the University of the State of Rio de Janeiro (UERJ), with dimensions of 16 m x 36 m and an area of 576 m². Initially, experimental modal analyses are performed using different strategies to evaluate the overall dynamic behavior of the investigated floor, aiming to calibrate the finite element model developed to represent the structure. Subsequently, dynamic experimental monitoring tests are conducted based on forced vibration analyses applied to the concrete slabs of the floor, allowing a comparative analysis between the experimental dynamic structural response and the results obtained through numerical modelling. Traditional mathematical functions representing rhythmic human dynamic actions, corresponding to "force-only" models, as well as biodynamic systems, are employed in the study. Based on the dynamic responses obtained, it is observed that the biodynamic models produce results closer to those observed in the experimental tests on the floor. These models consider the dynamic human-structure interaction effect, as well as individual characteristics such as mass, damping, and stiffness, resulting in attenuations of displacement and acceleration values. Additionally, a parametric study is conducted to analyze the dynamic structural behavior in relation to human comfort criteria, considering the limits established by relevant standards and design criteria. The results indicate that traditional dynamic loading models (only force) tend to yield more conservative dynamic responses, while modelling based on biodynamic systems provides response values (displacements and accelerations) closer to those determined through dynamic experimental monitoring of the investigated floor. Finally, it is emphasized that the proposed analytical methodology in this research work can be considered a viable alternative for characterizing rhythmic human dynamic actions on building floors, taking into account the dynamic human-structure interaction.
Palavras-chave: Civil engineering
Structural analysis (Engineering)
Floors, Concrete
Human comfort
Finite element method
Engenharia civil
Análise estrutural (Engenharia)
Pisos de concreto
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: SOUSA, Felipe Almeida de. Análise estrutural dinâmica de pisos de edifícios submetidos a atividades humanas rítmicas com base no uso de modelos biodinâmicos: modelagem experimental e numérica. 2023. 301 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20740
Data de defesa: 11-Ago-2023
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Civil

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