Avaliação numérico-experimental do comportamento de vigas mistas pré-moldadas tipo Crestbeam sujeitas a flexão simples - Petrauski, Mateus Couri (Universidade Federal de Viçosa, 2021)
Este trabalho consistiu em um estudo sobre o comportamento estrutural de vigas mistas constituídas de um perfil de aço em forma de T invertido com conectores de cisalhamento tipo Crestbond incorporados na sua alma. Esta tipologia de viga mista foi denominada de Crestbeam e apresenta potencial para ser empregada em sistemas de piso mistos e tabuleiros de pontes, viadutos e passarelas de pedestres, figurando como uma alternativa para estruturas de edifícios e obras de infraestrutura. A pesquisa envolveu um programa experimental no qual seis vigas mistas com diferentes vãos, configurações de armadura na região da conexão e graus de conexão foram ensaiadas à flexão simples. O processo de análise experimental envolveu diversas etapas como a fabricação dos perfis e do sistema de fôrmas, montagem das armaduras, concretagem dos protótipos, instrumentação, realização dos ensaios e tratamento de dados. Com os dados obtidos dos experimentos foi possível calibrar modelos numéricos pelo método dos elementos finitos para simular vigas mistas tipo Crestbeam, utilizando o software ABAQUS. Os resultados obtidos das análises experimental e numérica permitiram elucidar algumas questões relacionadas ao comportamento estrutural de vigas tipo Crestbeam. Além disso, com o auxílio dos modelos numéricos, foi possível investigar de forma mais aprofundada os modos de falha observados. Para as vigas com menor vão ficou claro que o mecanismo de falha envolveu a ocorrência do fenômeno de pry-out, de acordo com o esperado com base na literatura disponível. Para as vigas de maior vão observou-se falha por plastificação da seção transversal. Já para os modelos com vão intermediário constatou-se um mecanismo de falha combinando os dois modos citados, por plastificação da seção, mas com a região de conexão apresentando dano considerável relacionado à ocorrência de pry-out. Foi realizado um estudo piloto simplificado comparando-se a solução proposta da Crestbeam com a solução convencional de vigas mistas em perfil I e conectores tipo pino com cabeça para composição de um tabuleiro de ponte com vão de 13 metros. As particularidades da solução proposta indicam que ela pode proporcionar maior agilidade na fabricação e montagem da viga mista, dispensando a instalação de conectores de cisalhamento e reduzindo o consumo de aço, em função da eliminação da mesa superior do perfil, consistindo em uma solução inovadora e mais sustentável. Palavras chave: Viga mista. Análise experimental. Análise numérica. Conexão parcial. Conector de cisalhamento.

This thesis consists in a study about the structural behavior of composite beams built with a steel T section with Crestbond shear connectors cut directly from the profile’s web. This configuration was called Crestbeam and has potential applications as components for floor systems in buildings and as bridge girders. The research was composed by an experimental program in which six composite beams were tested under bending. The varied parameters were the beam spans, the reinforcement configuration in the connection openings and the connection degree. The experimental analysis involved several phases such as the manufacturing of the steel profiles and the concrete framework, the reinforcement assembly, the casting of the concrete slabs, the sensor placement in the composite beam and the data processing. The results allowed the calibration of numerical models using FEM to simulate the behavior of Crestbeam composite beams which was done using ABAQUS. The experimental and numerical results presented the answers for a few questions related to the structural behavior of the composite beams. Furthermore the numerical results allowed to deeply investigate the failure mechanisms of the experimental specimens. For the beams with smaller spans the occurrence of pry-out failure was clearly observed which was in accordance with expected results based on the available state of the art. For the larger span beams failure by plastification of the composite section was noticed. As for the beams with intermediate span values the collapse inducing mechanism turned out to be a combination of the previously mentioned failures. The concrete section was mostly under plastic regime, however it was noted that the connection region had considerable damage related to the pry-out occurance. Furthermore, a case study was presented to compare the proposed Crestbeam solution with conventional composite beams built with steel I sections with double symmetry and stud bolt connectors. This study was based on a previously built bridge. The results of the study indicate that the proposed solution consists in a faster way to manufacture and assemble the composite beam, dismissing the installation of shear connectors and reducing the amount of steel in the profile by eliminating the superior flange, therefore being a more rational and sustainable solution. Keywords: Composite beam. Experimental analysis. Numerical modelling. Partial connection. Shear connector.
Numerical and experimental investigation of Crestbeam precast composite beams subjected to bending
Keywords: Aço - Estruturas; Construção civil - Medição; Construção mista; Vigas de alma cheia; Estruturas Metálicas