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ORCID:  http://orcid.org/0009-0000-5476-8507
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Capacidade resistente de vigas mistas de aço e concreto com aberturas de base elíptica submetidas a momento fletor negativo
Alternate title (s): Resistance capacity of composite steel–concrete beams with elliptical web openings subjected to negative bending moment
Author: Zonta, Juliano Branjão
First Advisor: Ferreira, Felipe Piana Vendramell
First coorientator: Rossi, Alexandre
First member of the Committee: Nicoletti, Renato Silva
Second member of the Committee: Nardin, Silvana de
Summary: 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.
Keywords: 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
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
Subject: Engenharia civil
Vigas de concreto
Construção mista
Construção metálica
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
Quote: 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
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.427
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46566
Date of defense: 16-Jul-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Civil

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