Avaliação do comportamento estrutural de vigas mistas de slim floor com aberturas na alma

Abstract

Os sistemas de piso mistos convencionais sao formados por Vigas de aço e lajes de diferentes tipos, posicionadas sobre o perfil de aço. Nestes sistemas, o comportamento misto entre aço e concreto é “ativado” por meio de conectores mecanicos tipo pino com cabeça, que são colocados sobre a mesa superior do perfil de aço. Os sistemas slim floor são formados por Vigas de aço e lajes de diferentes tipos, integradas dentro do piso, proporcionando uma redução na altura total do sistema de piso. Contudo, ao reduzir a altura do sistema de piso a utilização dos conectores tipo pino com cabega sobre o perfil de aço torna-se inviável, uma vez que a capa de concreto sobre o perfil de aço não possui espessura suficiente para que esses conectores desempenhem de forma adequada sua função. Assim, ao longo dos útimos anos, foram realizadas diversas pesquisas com o objetivo de desenvolver mecanismos capazes de “ativar” o comportamento misto entre aço e concreto em Vigas de slim floor. Uma destas pesquisas resultou nas Vigas de slim floor com aberturas na alma que compõem o sistema Composite Slim-floor Beam (CoSFB). Neste trabalho, avaliou-se o comportamento estrutural a flexão de Vigas mistas de slim floor com aberturas na alma a partir de modelos de elementos finitos, criados com o auxilio do software ABAQUS e da metodologia proposta por Paes (2003). A fim de validar esta metodologia realizaram-se estudos de comparação entre os resultados obtidos a partir dos modelos numéricos com os resultados experimentais de Vigas mistas de slim floor obtidos por Lawson et a]. (1997), Leskel'a e Hopia (2000) e Braun et al. (2014), por meio dos quais verificou-se que os modelos numéricos desenvolvidos são capazes de representar os diversos fenomenos que ocorrem nas Vigas mistas de slim floor a medida que estas são carregadas. A partir dos modelos numéricos validados, foram feitos estudos de variação de parâmetros de projeto, os quais permitiram avaliar a influência de algumas caracteristicas geométricas e mecânicas sobre o comportamento estrutural à flexão das Vigas mistas de slim floor com aberturas na alma que compéem o sistema COSFB. Por meio destes estudos, pode-se verificar que, em função dos meios de conexão utilizados (pinos de concrete, barras passantes através das aberturas e aderência), as Vigas mistas de slim floor com aberturas na alma conseguem atingir diversos graus de interação, podendo atingir a condição de interação completa.

The conventional composite floor systems are formed by steel beams and slabs of different types placed over the steel profile. In these systems, the composite behavior between steel and concrete is “activated” through headed stud shear connectors welded onto the steel section’s top flange. The slim-floor system consists of steel beams and slabs of different types, integrated within the floor, allowing the reduction of the floor system’s total height. However, this reduction will render the utilization of headed stud shear connectors unviable, since the concrete layer above the steel profile will no longer be thick enough for these connectors to work adequately. Because of this, over the past few years, several studies envisioning the development of mechanisms capable of “activating” the composite behavior between steel and concrete in slim-floor beams were performed. One of these studies resulted in slim-floor beams with web openings, which form the Composite Slim-Floor Beam system (CoSFB). This paper evaluates the structural behavior of composite slim-floor beams with web openings subjected to bending, through finite elements models, created with the aid of the ABAQUS software and of the methodology proposed by Paes (2003). In order to validate this methodology, studies comparing results obtained through numerical models and through experiments with composite slim-floor beams obtained by Lawson et al. (1997), Leskel'a and Hopia (2000) and Braun et al. (2014) were conducted. Through these studies, it was possible to verify that the numeric models developed are capable of representing the various phenomena that occur in composite slim-floor beams during loading. Through the validated numeric models, studies of project parameter variations were conducted, which enabled the evaluation of the influence of some geometric and mechanical characteristics over the structural behavior of composite slim-floor beams with web openings that compose the CoSFB system when subjected to bending. Through these studies, it was possible to verify that composite slim-floor beams with web openings can reach several degrees of interaction in function of the type of connection employed (concrete studs, bars passing through the openings and adherence), with the possibility of reaching a condition of full interaction.