Publicação: Capacidade resistente de vigas mistas de aço e concreto com aberturas de base elíptica submetidas a momento fletor negativo
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
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Rossi, Alexandre
Resumo
O uso de vigas de aço com aberturas sequenciais na alma oferece vantagens como redução de
peso, maior compatibilidade com instalações e construção de vãos maiores. A combinação
dessas vigas com lajes de concreto por conectores de cisalhamento resulta em elementos mistos
com maior capacidade resistente e melhor desempenho contra vibrações e deslocamentos.
Entretanto, sob momentos negativos, esses sistemas estão sujeitos a um modo de instabilidade
conhecido como flambagem lateral com distorção (FLD). Este trabalho avalia o comportamento
estrutural de vigas mistas de aço-concreto com aberturas sequenciais de base elíptica na alma
sob momento fletor negativo. Para isso, foi desenvolvido um modelo numérico em elementos
finitos no programa Abaqus, validado com base nos ensaios experimentais de Salah (2009) e
Tong et al. (2014). Conduziu-se um estudo paramétrico com 360 modelos, variando os
principais parâmetros das aberturas, o vão livre entre apoios, as dimensões do perfil I de aço e
a distribuição do momento negativo. Além disso, avaliou-se a acurácia preditiva das normas
ABNT NBR 8800:2024 e prEN 1994-1-1:2024 na estimativa do momento último resistente à
FLD, mesmo que tais documentos não tenham sido elaborados para vigas com aberturas de
base elíptica. Foram consideradas diferentes abordagens para a determinação do momento
crítico elástico (Mcr). Os resultados mostraram que a distribuição do momento negativo afeta
significativamente a capacidade resistente, sendo o caso de momento uniforme o mais crítico.
Vãos livres maiores aumentaram a suscetibilidade à FLD, enquanto perfis com mesas e alma
mais espessas apresentaram maior capacidade resistente à instabilidade lateral, embora sujeitos
à plastificação e instabilidade localizada no montante de alma. A utilização de valores de Mcr
obtidos por meio de análise linear demonstraram melhorar acurácia na previsão do momento
último resistente, especialmente quando associada ao uso do fator de redução específico,
conforme previsto no EN 1993-1-1:2022. Embora tenham sido identificados alguns resultados
não conservadores, essa abordagem apresentou desempenho superior em relação aos demais
métodos avaliados. Na comparação entre os procedimentos normativos, a ABNT NBR
8800:2024 mostrou maior concordância com as previsões numéricas em comparação com a
prEN 1994-1-1:2024, quando utilizada a formulação para o caso geral.
Abstract
The use of steel beams with sequential web openings offers advantages such as weight
reduction, greater compatibility with building services, and the ability to span longer distances.
When combined with concrete slabs through shear connectors, these beams form composite
elements with enhanced load-bearing capacity and improved performance against vibrations
and deflections. However, under negative bending moments, such systems may be susceptible
to a stability failure mode known as lateral-distortional buckling (LDB). This study investigates
the structural behavior of steel–concrete composite beams with sequential elliptical web
openings under negative bending. A finite element model was developed in Abaqus and
validated against experimental results from Salah (2009) and Tong et al. (2014). A parametric
study was conducted with 360 models, considering variations in elliptical opening geometry,
unbraced length, steel I-section dimensions, and moment distribution. Additionally, the
predictive accuracy of current design codes, namely ABNT NBR 8800:2024 and prEN 1994-1
1:2024, was evaluated for estimating the ultimate moment under LDB, even though these
standards were not originally developed for beams with elliptical openings. Different
approaches were adopted to determine the elastic critical moment (Mcr). The results indicated
that the moment distribution significantly influences the ultimate capacity, with the uniform
moment scenario being the most critical. Longer unbraced lengths increased susceptibility to
LDB, while thicker flanges and webs improved lateral stability, despite localized plastification
and web-post buckling. The use of Mcr values from linear buckling analysis improved the
accuracy of ultimate moment predictions, especially when combined with the specific reduction
factor from EN 1993-1-1:2022. Although some non-conservative results were observed, this
approach outperformed other methods. Among the design codes, ABNT NBR 8800:2024
showed better agreement with numerical predictions than prEN 1994-1-1:2024 when using the
general-case formulation.
Palavras-chave
Vigas mistas de aço e concreto, Steel-concrete composite beams, Aberturas de base elíptica, Elliptically-based web openings, Momento fletor negativo, Hogging moment, Instabilidade lateral com distorção, Lateral distortional buckling, Momento fletor variável, Variable hogging moment
Citação
ZONTA, Juliano Branjão. Capacidade resistente de vigas mistas de aço e concreto com aberturas de base elíptica submetidas a momento fletor negativo. 2025. 130 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.427
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