Análise paramétrica da distribuição de conectores de cisalhamento stud bolt no comportamento de vigas mistas aço-concreto

Abstract

A utilização de estruturas mistas evidencia as diversas vantagens do emprego inteligente dos materiais na construção civil. Fazer o uso de vigas mistas de aço-concreto acentua o desempenho dos materiais, convertendo essa maior eficiência em vantagens estruturais, redução de custos, aumento da velocidade de construção e diminuição na geração de resíduos, tornando assim as soluções construtivas em estruturas mistas competitivas frente aos métodos construtivos tradicionais. Considerando que a ligação entre os elementos da viga mista é extremamente influente no seu comportamento, os conectores de cisalhamento desempenham papel fundamental na eficácia do conjunto, isto posto, somado a uma variação das recomendações normativas nacionais e internacionais quanto ao efeito do número e distribuição dos conectores de cisalhamento este trabalho faz-se muito importante. O objetivo do mesmo é analisar a influência da disposição de conectores de cisalhamento do tipo stud bolt em vigas mistas. Este trabalho baseia-se no fato de existir estudos que identificaram grandes variações no deslizamento relativo entre os componentes, deslocamento máximo e capacidade resistente quando impostas mudanças na disposição dos conectores, seja de acordo com o fluxo de cisalhamento, diagrama de corte, diagrama de momento fletor ou concentração de maior número próximo a aberturas em almas de vigas. Para apurar as circunstâncias, efeitos e mecanismos destas variações foram realizadas análises numéricas através de um modelo de elementos finitos, com a utilização do software VIMIS desenvolvido no CEMACOM-UFRGS. Foi analisado o comportamento de vigas mistas para diversos cenários, efeitos em vigas sob cargas de curta duração e em vigas que consideram efeitos diferidos no concreto, vigas simplesmente apoiadas e vigas continuas. Dentre estas possibilidades ainda foram feitos acoplamentos destes efeitos. Foi também considerado para fins de comparação as disposições estabelecidas nas normativas: NBR 8800 (2008); AASHTO (2007); NBR 16694 (2020). Para isso foi desenvolvida uma rotina em python que executa a verificação do perfil e demais avaliações do conjunto de acordo com as prescrições normativas e possibilita ao usuário que selecione o modelo de disposição dos conectores de acordo com as normas acima citadas. Após as verificações concluiu-se que a distribuição dos conectores de maneira não uniforme melhorou a resistência última para as vigas simplesmente apoiadas, mas apresentou pouca variação para vigas contínuas. Verificou-se também que a deflexão máxima e deslizamento relativo na interface foram reduzidos satisfatoriamente com destaque para as vigas com distribuição de acordo com o fluxo de cisalhamento que demostraram desempenho acima das demais vigas

The use of composite structures highlights the various advantages of the intelligent use of materials in civil construction. Using steel-concrete composite beams enhances the performance of materials, converting this greater efficiency into structural advantages, reducing costs, increasing construction speed, and reducing waste generation, thus making constructive solutions into competitive composite structures to traditional construction methods. Considering that the connection between the elements of the composite beam is extremely influential in its behavior, the shear connectors play a fundamental role in the effectiveness of the set, that is, added to the wide diversification and inconsistency of national and international normative recommendations regarding the effect of the number and distribution of shear connectors this work is very important. Its objective is to analyze the influence of the arrangement of stud bolt shear connectors in composite beams. This work is based on the fact that there are studies that have identified large variations in the relative slip between components, maximum displacement and resistant capacity when imposed changes in the arrangement of connectors, either according to the shear flow, shear diagram, moment diagram or higher number concentration near openings in beam webs. To determine the circumstances, effects, and mechanisms of these variations, numerical analyzes were carried out through a finite element model using the VIMIS software developed at CEMACOM-UFRGS. The behavior of composite beams was analyzed for different scenarios, effects on beams under short duration loads and beams considering deferred effects on concrete, simply supported beams, and continuous beams. Among these possibilities, merges of these effects were still made. The provision established in the regulations was also considered for comparison purposes: NBR 8800 (2008); AASHTO (2007); NBR 16694 (2020). For this, a routine in python was developed that performs the profile verification and other evaluations of the set according to the normative prescriptions and allows the user to select the connector layout model according to the above mentioned norms. After the verifications, it was concluded that the distribution of the connectors in a non-uniform way optimized the ultimate strength for the simply supported beams but presented little variation for continuous beams, it was also verified that the maximum deflection and relative slip at the interface were satisfactorily reduced with emphasis stops the beams with distribution according to the shear flow that showed performance above the other beams