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Publicada em 02/03/2018
Discente: Priscila Brandão Silva
Resumo:Os edifícios de múltiplos andares são cada vez mais comuns em grandes cidades para diversas finalidades, como edifícios residenciais e comerciais. As lajes de concreto com fôrma de aço incorporada são largamente utilizadas nesse tipo de edifícios. O comportamento das lajes mistas é governado pelo cisalhamento longitudinal na interface entre o aço e o concreto, que é desenvolvido em lajes sob flexão simples. O método m-k e o método da interação parcial, utilizados no cálculo da resistência ao cisalhamento na interface aço-concreto de lajes mistas, são baseados em ensaios experimentais caros e de longa duração. O uso do método dos elementos finitos apresenta vantagens como alta eficiência e baixo custo, logo, a análise numérica das lajes mistas se apresenta como uma alternativa interessante. O objetivo principal desse trabalho é implementar um modelo de elementos finitos para análise numérica não linear de lajes de concreto com fôrma de aço incorporada. Dessa forma, dois elementos finitos planos de casca para análise numérica não linear de placas de concreto estrutural simples ou armado e placas de aço são implementados. Na formulação do primeiro é utilizada a teoria de placas de Reissner-Mindlin (placas espessas) definindo um elemento plano de casca com nove nós e cinco graus de liberdade por nó a ser utilizado na modelagem de placas de concreto. O segundo elemento plano de casca é baseado na teoria de placas de Kirchoff (placas finas) considerando quatro nós e cinco graus de liberdade por nó, e é utilizado na análise numérica de placas de aço ou de concreto simples ou armado. Nas análises numéricas apresentadas no presente trabalho a laje de concreto, de espessura dada pela altura total da laje menos a altura da forma de aço, e a fôrma de aço são modeladas com elementos planos de casca. A nervura de concreto é modelada com elementos de barra. O contato entre o aço e o concreto é modelado através de elementos de interface. As não linearidades geométrica e do material são consideradas na análise numérica. Os exemplos analisados validam o modelo numérico sugerido neste trabalho apresentando a vantagem de usar uma discretização bidimensional do problema enquanto que os modelos numéricos comparativos utilizam de uma discretização tridimensional da laje de concreto.
Abstract:Multi-storey buildings are increasingly common in large cities for various purposes such as residential and commercial buildings. Composite slabs with steel decking are widely used in this type of building. The behavior of composite slabs is governed by longitudinal shear at the interface between the steel deck and concrete, which is developed in slabs under simple bending. The m-k method and the partial connection method, that are used in the evaluation of shear strength at the steel-concrete interface of composite slabs, are based on expensive and long-term experimental tests. The use of the finite element method presents advantages such as high efficiency and low cost, so the numerical analysis of composite slabs is an interesting alternative. The main objective of this work is to implement a finite element model for nonlinear numerical analysis of concrete with steel decking. Thus, two finite shell elements for nonlinear numerical analysis of reinforced or unreinforced concrete plates and steel plates are implemented. In the formulation of the first element, the Reissner-Mindlin plate theory (thick plates) is used to define flat shell element with nine nodes and five degrees of freedom per node to be used in the modeling of reinforced concrete slabs or unreinforced concrete. The second flat shell element is based on the Kirchoff plate theory (thin plates) considering four nodes and five degrees of freedom per node, and it is used in the numerical analysis of steel plates or reinforced concrete or unreinforced concrete. In the numerical analyzes presented in the present work, the slab of concrete, of thickness given by the total height of the slab less the height of the steel deck, and the steel deck are modeled with flat shell elements. The concrete rib is modeled with bar elements. The contact between steel deck and concrete is modeled through interface elements. The geometric and material nonlinearities are considered in the numerical analysis. The analyzed examples validate the numerical model suggested in this work, presenting the advantage of using a two-dimensional discretization of the problem while in comparative numerical models are uses a three-dimensional discretization of the concrete slab. Key words: Composite slabs, Flat shell elements, Partial connection, Longitudinal shear.
Palavras-chave:Lajes mistas, Elementos planos de casca, Conexão parcial, Cisalhamento longitudinal
Áreas de Concentração: - Mestrado: Estruturas e Construção
Prof. Amilton Rodrigues da Silva (UFOP, Presidente)
Prof. Cláudio José Martins (UFOP)
Prof. Ricardo Azoubel da Mota Silveira (UFOP)
