Some normative recommendations are conservative in relation to the shear strength of reinforced concrete beams, not directly considering the longitudinal reinforcement rate. An experimental program containing 8 beams of (100 x 250) mm2 and a length of 1,200 mm was carried out. The concrete compression strength was 20 MPa with and without 1.00% of steel fiber addition, without stirrups and varying the longitudinal reinforcement ratio. Comparisons between experimental failure loads and main design codes estimates were assessed. The results showed that the increase of the longitudinal reinforcement ratio from 0.87% to 2.14% in beams without steel fiber led to an improvement of 59% in shear strength caused by the dowel effect, while the corresponding improvement was of only 22% in fibered concrete beams. A maximum gain of 109% in shear strength was observed with the addition of 1% of steel fibers comparing beams with the same longitudinal reinforcement ratio (1.2%). A significant amount of shear strength was provided by the inclusion of the steel fibers and allowed controlling the propagation of cracks by the effect of stress transfer bridges, transforming the brittle shear mechanism into a ductile flexural one. From this, it is clear the shear benefit of the steel fiber addition when associated to the longitudinal reinforcement and optimal values for this relationship would improve results.

Keywords: shear strength; concrete with steel fibers; beams without stirrups

Algumas recomendações normativas são conservadoras em relação à resistência ao cisalhamento de vigas de concreto armado, não levando diretamente em consideração a taxa de armadura longitudinal. Assim, foi realizado um experimento contendo 8 vigas de (100 x 250) mm2 e comprimento de 1.200 mm, com concreto de resistência à compressão de 20 MPa com e sem adição de 1,00% de fibra de aço, sem estribos e variando-se a taxa de armadura de flexão. As capacidades de cisalhamento experimentais em comparação com as estimativas das principais normas foram analisadas. Os resultados mostraram que o aumento da taxa de armadura longitudinal de 0,87% para 2,14% em vigas sem fibra de aço levou a uma melhoria de 59% na resistência ao cisalhamento causada pelo efeito de pino, enquanto a melhoria correspondente foi de apenas 22% em vigas de concreto fibroso. Um ganho máximo de 109% na resistência ao cisalhamento foi observado com a adição de 1% de fibras de aço comparando vigas com a mesma taxa de armadura longitudinal (1,2%). Uma quantidade significativa de resistência ao cisalhamento foi fornecida pela inclusão das fibras de aço e permitiu controlar a propagação de fissuras pelo efeito de pontes de transferência de tensão, transformando o mecanismo de cisalhamento frágil em um mecanismo de flexão dúctil. Assim, fica claro o benefício da adição de fibra de aço para o cisalhamento quando associada à armadura longitudinal e valores ótimos para essa relação podem melhorar os resultados

Palavras-chave: resistência ao cisalhamento; concreto com fibras de aço; vigas sem estribos

The composite floor system, composed of steel deck and concrete slab, generates more efficient and economical structures. On the other hand, the design of this type of structure has a high complexity level due to the consideration of several variables. In this respect, the objective of this paper is to present the formulation of the optimization problem for a composite floor system (steel and concrete) considering such environmental as economic impacts. To formulate the optimization problem, the reduction of environmental impact was adopted as an objective function - assuming the CO2 emission and the finance cost as parameters. The restrictions were taken by the limiting states imposed in standard NBR 8800:2008. The computer program was developed via Matlab R2016a and the optimization process was carried out using the Genetic Algorithm toolbox existing in this platform. Two application examples of the formulation at hand are presented: the first from the literature and the second from an existing building - in both situations the influences of different concrete compressive characteristic strengths were analyzed. The results of the optimization problem show a reduction in geometry and, consequently, in its weight. The solution found by the program reduces by up to 17.70% of CO2 emissions and 17.47% of the finance cost. When was applying different concrete compressive strengths, the optimal solution for environmental impact did not get the lowest cost. In general, the steel deck formwork obtained the highest percentage of environmental impact, while the beams and girders, with the same shape configuration, had the highest finance cost. Therefore, it is shown that the optimal design solution to CO2 emissions is not always the better solution for the finance cost.

Keywords: steel-concrete composite floor system; cost and environmental impact; genetic algorithm

O sistema de piso misto, composto por steel deck e laje de concreto, gera estruturas mais eficientes e econômicas. Por outro lado, o dimensionamento deste tipo de estrutura apresenta um elevado nível de complexidade devido à consideração de várias variáveis. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é apresentar a formulação de um problema de otimização para um sistema de piso misto (aço e concreto) considerando os impactos ambientais e econômicos. Para formular o problema, a redução do impacto ambiental foi adotada como função objetivo - assumindo como parâmetros da otimização a emissão de CO2 e o custo financeiro. As restrições foram atendidas pelos estados limitadores impostos na norma NBR 8800:2008. A rotina foi desenvolvida via Matlab R2016a e o processo de otimização foi realizado utilizando o Algoritmo Genético existente na plataforma. São apresentados dois exemplos de aplicação da formulação em questão: o primeiro da literatura e o segundo de um edifício existente - em ambas as situações foram analisadas as influências de diferentes resistências características à compressão do concreto. Os resultados do problema de otimização mostram uma redução na geometria e, consequentemente, no seu peso. A solução encontrada pelo programa reduz em até 17.70% as emissões de CO2 e até 17.47% o custo financeiro. Quando se aplicou diferentes resistências à compressão do concreto, a solução ótima de impacto ambiental não obteve o menor custo. Em geral, a fôrma de steel deck obteve o maior percentual de impacto ambiental, enquanto as vigas secundárias e principais, com a mesma configuração de forma, tiveram o maior custo financeiro. Portanto, mostra-se que a solução de projeto ideal para as emissões de CO2 nem sempre é a melhor solução para o custo financeiro.

Palavras-chave: sistema de piso misto de aço-concreto; custo e impacto ambiental; algoritmo genético

Abstract

The ultrasonic pulse velocity, obtained by ultrasonic non-destructive testing, has been applied to evaluate the concrete integrity. The attenuation parameters have shown more sensitivity to damage detection in the microstructure of concrete since they consider the entire ultrasonic waveform. However, it is still necessary to evaluate the sensitivity of those parameters to thermally damaged concrete. This work aims to assess the behavior and the sensitivity of the following ultrasonic parameters: pulse and group velocities, maximum amplitude, total energy, accumulated energy, and time instants corresponding to 25%, 50%, and 75% of the energy, in detecting changes due to thermal degradation of the concrete. A sample of 39 cylindrical concrete specimens with 100 mm in diameter and 300 mm in length and C25 strength class was used. The sample was distributed into 5 groups heated between 20 and 400 ºC until the internal temperature of the specimens became homogeneous. The groups were cooled inside a muffle furnace until reaching 150 ºC. Subsequently, they were exposed to the ambient temperature and humidity of the laboratory environment for, at least, 24 hours prior to the tests of mass loss, ultrasound, and compressive strength. The results show that the ultrasonic parameters are sensitive to the thermal degradation of the concrete. The pulse velocity, the accumulated energy, and the time instants corresponding to percentages of the energy decrease monotonically as the temperature increases. The group velocity shows significant dispersions, while the maximum amplitude and the total energy increase at 200 ºC. The results led to the conclusion that the pulse velocity is the least sensitive parameter, while the time instants corresponding to 25%, 50%, and 75% of the energy are the most sensitive parameters in detecting changes due to thermal degradation of the concrete.

Keywords: ultrasound; attenuation parameters; sensitivity; concrete; high temperatures

A velocidade de pulso ultrassônico, obtida por meio do ensaio não destrutivo do ultrassom, tem sido usada para avaliar a integridade do concreto. Os parâmetros de atenuação têm apresentado maior sensibilidade na detecção de danos na microestrutura do concreto, visto que consideram todo o formato da onda ultrassônica. Porém, ainda é necessária a avaliação da sensibilidade desses parâmetros ao concreto danificado termicamente. Este trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento e a sensibilidade dos seguintes parâmetros ultrassônicos: velocidades de pulso e de grupo, amplitude máxima, energia total, energia acumulada e tempos de propagação correspondentes a 25%, 50% e 75% da energia, na detecção de mudanças devidas à degradação térmica do concreto. Uma amostra de 39 corpos de prova cilíndricos de concreto de 100 mm de diâmetro e 300 mm de comprimento e de classe de resistência C25 foi usada. Ela foi distribuída em 5 grupos aquecidos entre 20 e 400 ºC, até que a temperatura interna dos corpos de prova se tornasse homogênea. Os grupos foram resfriados dentro do forno elétrico até 150 ºC. Em seguida, eles foram expostos à temperatura e à umidade do laboratório por, no mínimo, 24 horas antes dos ensaios de perda de massa, de ultrassom e de resistência à compressão. Os resultados mostram que os parâmetros do ultrassom são sensíveis à degradação térmica do concreto. A velocidade de pulso, a energia acumulada e os tempos correspondentes às porcentagens de energia decrescem monotonicamente conforme a temperatura aumenta. A velocidade de grupo apresenta dispersões significativas, enquanto a amplitude máxima e a energia total aumentam aos 200 ºC. Os resultados permitem concluir que a velocidade de pulso é o parâmetro que possui menor sensibilidade, enquanto os tempos correspondentes a 25%, 50% e 75% da energia são considerados os parâmetros de maior sensibilidade na detecção de mudanças devido à degradação térmica do concreto.

Palavras-chave: ultrassom; parâmetros da atenuação; sensibilidade; concreto; altas temperaturas

Abstract

The development of numerical and computational resources that can present reliable models for the analysis of reinforced concrete structures is mainly driven by its widespread use. Considering that reinforced concrete is a composite material and bond is the load-carrying mechanism, these models must consider that the structural behavior is affected by the interaction between concrete and reinforcement. On this basis, the Finite Element Method (FEM) is a well-established method able to provide consistent results for reinforced concrete modeling through reinforcement and bond models. Nevertheless, to simplify the analysis, the hypothesis of strain compatibility between concrete and reinforcement is usually considered. Under certain loads and specific geometries, this hypothesis is not valid, and the bond-slip phenomenon must be considered to fully characterize the structural behavior. To fulfill this need, this paper presents a graphic interface that enables the modeling of reinforced concrete structures through discrete and embedded reinforcement models, with the possibility to include the bond-slip phenomenon based on several constitutive laws proposed in the literature. The computational implementations were held in the INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment), an open-source software based on the Object-Oriented Programming paradigm, which enclosures several constitutive models for nonlinear concrete modeling and different numerical techniques, and a post-processing application able to represent the results by way of a friendly-user graphic interface.

Keywords: reinforced concrete; finite element method; reinforcement models; bond models; nonlinear analysis

O desenvolvimento de recursos numéricos e computacionais capazes de apresentar modelos confiáveis para a análise de estruturas de concreto armado é impulsionado principalmente pelo seu uso generalizado. Considerando que o concreto armado é um material composto e a ligação entre eles é o mecanismo de transmissão de carga, estes modelos devem levar em conta que o comportamento estrutural é afetado pela interação entre concreto e armadura. Neste sentido, o Método dos Elementos Finitos (MEF) é um método bem estabelecido capaz de fornecer resultados consistentes para modelagem de concreto armado através de modelos de armadura e aderência. No entanto, a fim de simplificar a análise, a hipótese de compatibilidade de deformação entre concreto e aço é geralmente considerada. Sob certas cargas e geometrias, esta hipótese não é válida, e o fenômeno de escorregamento da armadura deve ser considerado para caracterizar plenamente o comportamento estrutural. Para atender a essa necessidade, este artigo apresenta uma interface gráfica que permite a modelagem de estruturas de concreto armado por meio de modelos de armadura discreta e embutida, com a possibilidade de incluir a perda de aderência com base em uma série de leis constitutivas propostas na literatura. A implementação computacional foi realizada no sistema INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment), um programa de código aberto baseado no paradigma da programação orientada a objetos, que engloba vários modelos constitutivos para modelagem não-linear de estruturas de concreto, diferentes métodos numéricos e também uma aplicação de pós-processamento capaz de representar os resultados por meio de uma interface gráfica amigável.

Palavras-chave: concreto armado; método dos elementos finitos; modelos de armadura; modelos de aderência; análise não-linear

Abstract

Delayed Ettringite formation (DEF) is an internal expansive reaction that can damage concrete. DEF is strongly influenced by the temperature, above about 60-65°C, and other factors involving cement chemistry especially, but also its physical characteristics. The exposure environment over time also promotes a condition to increase deterioration from DEF. Expansions results from secondary ettringite formation are progressive and can lead concrete to microcracking impacting its performance and durability over time. Several concrete structures are pointed to be severely attacked by DEF, and test method as well a better comprehension on this pathology is necessary to promote specific and proper preventive measures to avoid future damages. Furthermore, compared to alkali-silica reaction, DEF occurs more readily and aggressively, and sometimes prematurely, depending on several factors, such as type of cement, concrete mix design, exposure conditions, among others. This paper involves an overall analysis of the behavior of concretes with two types of Portland cements (High early-strength cement and a Portland pozzolanic cement, with fly-ash) in relation to DEF process. Several data from a laboratory study where DEF was induced through a specific thermal curing procedure are presented and discussed. The analyses involved the assessment of physical, mechanical, and expansive properties besides microstructural monitoring of samples from concretes over time. These experiments allowed detecting high values of expansions from DEF (up to 1.2%) in the concrete without fly ash. The mechanical properties were severely impacted from this deleterious process; as expansions increased, losses in the mechanic and elastic properties were verified. Expansion levels in the order of 0.5% prompted remarkably high reductions and, at about 1% the losses were relevant for both strengths (tensile and compressive) and modulus of elasticity, of 60% and 80%, respectively, in the presence of cement without fly-ash. Concrete microstructure has indicated massive formations of ettringite as well as micro-cracking and the fragility of the cement matrix because of DEF. On the other hand, expansion up to 0.2% did not promote important negative effects on the properties of concrete, especially with the pozzolanic cement tested. Furthermore, an overall approach with several correlations between physical and mechanical properties was taken to obtain different levels of deterioration for a concrete presenting DEF.

Keywords: concrete; delayed ettringite formation (DEF); expansion; mechanical and physical properties; microstructure; fly-ash; damage

A formação da etringita tardia (DEF) é uma reação expansiva que ocorre no interior do concreto já endurecido, podendo danificá-lo. A DEF é fortemente influenciada pela temperatura, quando acima de 60-65°C, e outros fatores envolvendo a química do cimento, principalmente, características físicas e os materiais constituintes do cimento. O ambiente de exposição ao longo do tempo também promove uma condição propícia para aumentar a deterioração por DEF. As expansões resultantes da formação da etringita tardia são progressivas e podem levar o concreto a microfissuras, afetando seu desempenho e durabilidade ao longo do tempo. Diversas estruturas de concreto são apontadas como severamente atacadas por DEF, sendo necessário um melhor entendimento desta patologia a fim de promover medidas preventivas específicas e adequadas para evitar danos futuros. Além disso, em comparação com a reação álcali-sílica, a DEF ocorre de forma mais rápida e agressiva, e muitas vezes de modo prematuro, dependendo de vários fatores, como tipo de cimento, concreto, condição de exposição, entre outros. Este trabalho envolve uma análise geral do comportamento de concretos com dois tipos de cimentos Portland (cimento de alta resistência e outro cimento pozolânico, com cinza volante) em relação ao processo DEF. Várias informações de estudo laboratorial são apresentadas e discutidas após a indução de DEF por um procedimento específico com cura térmica. As análises envolveram a avaliação das propriedades físicas, mecânicas e expansivas, além do monitoramento microestrutural de amostras de concretos ao longo do tempo. Esses experimentos permitiram detectar altos valores de expansões de DEF (até 1,2%), principalmente no concreto sem pozolana. As propriedades mecânicas foram severamente afetadas por esse processo deletério; com o aumento das expansões, foram constatadas perdas nas propriedades. Considerando níveis de expansão da ordem de 0,5%, a redução foi muito elevada e, em cerca de 1% as perdas foram relevantes tanto para as resistências (tração e compressão) e módulo de elasticidade, de 60% e 80%, respectivamente, na presença de cimento sem cinzas volantes. A microestrutura do concreto indicou formações maciças de etringita bem como microfissuras e a fragilidade da matriz de cimento como consequências da DEF. Por outro lado, a expansão de até 0,2% não promoveu efeitos negativos importantes nas propriedades do concreto, principalmente com o cimento pozolânico testado. Além disso, uma abordagem geral com várias correlações entre as propriedades físicas e mecânicas foi feita para obter diferentes níveis de deterioração do concreto por DEF.

Palavras-chave:concreto; formação da etringita tardia (DEF); expansão; propriedades físicas e mecânicas; microestrutura; cinza volante; deterioração

Abstract

Steel-concrete slim flooring system using precast concrete hollow core slabs and steel beam with web openings is an innovative construction system designed to combine the high bending resistance of both precast prestressed hollow core slabs and steel beam with web openings. This system can provide floor systems with a minimum constructional depth in comparison with ordinary composite floors. The aim of this study was to evaluate in an exploratory way the shear transferring mechanism between the steel beam with circular web opening and the precast hollow-concrete slab. The shear connection is formed by in-situ concrete passes through the web openings and infill the voids of the precast slabs. One push-out test was conducted to investigate the shear transferring mechanism of shear connection and the experimental results were compared to analytical methods. The shear resistance of the shear connection was predicted with good accurate by analytical methods.

Keywords: slim floor; push-out test; concrete hollow core slabs; beam with web opening; shear connection

Piso misto de pequena altura com lajes alveolares e viga em aço com aberturas na alma é um tipo inovador de sistema construtivo projetado para aliar o alto desempenho estrutural das lajes pré-fabricadas de concreto protendido e das vigas em aço com aberturas na alma, proporcionando um pavimento de altura reduzida, comparado aos pisos convencionais. Este artigo tem como objetivo avaliar de forma exploratória a contribuição do efeito de pino de concreto como dispositivo mecânico de conexão entre a seção de aço e a laje de concreto. A análise foi realizada com base no resultado experimental de um ensaio de cisalhamento direto, que simula uma tipologia de conexão ao cisalhamento em pisos mistos com lajes alveolares de concreto e viga em aço com abertura circular na alma. Os resultados foram comparados com métodos analíticos. A capacidade resistente da conexão de cisalhamento apresentou boa aproximação com os valores previstos por métodos analíticos.

Palavras-chave: piso misto de pequena altura; ensaio de cisalhamento direto; lajes alveolares pré-moldadas de concreto protendido; viga com abertura na alma; estrutura mista

Abstract

Corrosion is one of the main phenomena that lead to pathological manifestations in reinforced concrete structures under aggressive environments. with the chloride ion being the most responsible for its occurrence. In this way, understanding the transport mechanisms of this ion through the microstructure of the concrete is of fundamental importance to prevent or delay the penetration of these aggressive agents to guarantee a durable structure. In the literature, there are extensive studies concerning the diffusion of chlorides in concrete and the influence of pozzolanic additions in this mechanism. However, only a few correlate the different methods of analysis. This work aims to determine the chloride ion diffusion coefficients in concrete containing various levels of silica fume (5%, 10%, and 15%) or varying the mortar content (54%, 80%, and 100%), and compares the results obtained through column tests and chloride migration tests. It was observed that, although the techniques used were quite distinct, the diffusion values obtained were similar, contributing to the validation of both techniques. Furthermore, the variation in the mortar ratio causes a reduction in the interfacial transition zone of coarse aggregate/mortars and an increase in the content of aluminates, which promotes a similar effect to the use of silica fume.

Keywords: Diffusion coefficient; concrete; mortar; chloride penetration; corrosion

A corrosão é um dos principais fenômenos que geram manifestações patológicas nas estruturas de concreto armado em ambientes agressivos, sendo o íon cloro o maior responsável por sua ocorrência. Desta forma, entender os mecanismos de transporte deste íon através da microestrutura do concreto é de fundamental importância para impedir ou retardar a penetração destes agentes agressivos, visando garantir uma estrutura durável. Na literatura são vastos os estudos referentes à difusão de cloretos em concreto e a influência das adições pozolânicas neste mecanismo, entretanto, poucos correlacionam os diferentes métodos de análise. Assim, este trabalho visa determinar os coeficientes de difusão do íon cloro em concretos contendo diversos teores de adição de sílica ativa (5%, 10% e 15%) ou com variação do teor de argamassa (54%, 80% e 100%), comparando os resultados obtidos por meio dos ensaios de migração iônica e de coluna. Observou-se que, apesar das técnicas utilizadas serem bastante distintas, os valores de coeficientes de difusão obtidos foram semelhantes, colaborando para a validação de ambas as técnicas. Além disso, a variação no teor de argamassa acarreta uma redução na zona de transição interfacial agregado graúdo/argamassas e um aumento no teor de aluminatos, o que promove efeito semelhante ao uso de sílica ativa.

Palavras-chave: Coeficiente de difusão; concreto; argamassa; penetração de cloreto; corrosão

Abstract

To analyze the reliability of slender columns subjected to axial force and uniaxial bending moment, with a slenderness index between 100 and 140, 216 columns were modeled. The square cross-section was adopted, with three different configurations for longitudinal reinforcement. In the calculation, the general method with the linear creep theory was applied. Several factors were varied: slenderness index, reinforcement ratio, steel bars arrangement, compressive strength of concrete, and first-order relative eccentricity. For analysis purposes, the Monte Carlo method was adopted, followed by the First Order Reliability Method (FORM). Considering the results obtained, it was observed that the reliability index is usually higher for lower reinforcement ratios and varies according to the configuration of the cross-section.

Keywords: slender columns; reliability; general method; Monte Carlo; FORM

Buscando-se analisar a confiabilidade de pilares esbeltos submetidos a flexo-compressão normal, com índice de esbeltez entre 100 e 140, realizou-se a modelagem de 216 elementos. Adotou-se a seção transversal quadrada, com três configurações distintas para armadura longitudinal. No cálculo, aplicou-se o método geral com a teoria linear da fluência. Efetuou-se a variação de diversos fatores, incluindo-se: índice de esbeltez, taxa de armadura, disposição das barras de aço, resistência do concreto e excentricidade relativa de primeira ordem. Para fins de análise, adotou-se o método de Monte Carlo seguido pelo FORM. Considerando-se os resultados obtidos, observou-se que o índice de confiabilidade comumente é maior para taxas de armadura inferiores e sofre variação de acordo com a configuração da seção transversal.

Palavras-chave: pilares esbeltos; confiabilidade; método geral; Monte Carlo; FORM

Abstract

The increase in temperature reduces the strength of steel and concrete, in such a way that it is essential to verify concrete-filled steel tube columns in fire situations. Numerical simulations, with lower costs than laboratory tests, have great importance in checking resistance and defining simplified methods for design practice. However, peculiarities of the thermal and mechanical behavior of heated confined concrete and the air-gap effect (a phenomenon inherent to concrete-filled steel columns) must still be better understood. Therefore, this study presents the development of a numerical model performed in the ABAQUS software (Dassault Systemes SIMULIA Corp., 2014) for the thermomechanical analysis of short columns composed of circular and square concrete-filled steel tubes considering the air-gap effect. The air-gap phenomenon is presented and analyzed according to possibilities of implementation to the numerical model and, finally, the proposed numerical model is validated with experimental results presented in the literature. According to the study results, the numerical model can be used to define and adjust simplified methods for verification of composite columns in fire situation. The importance of considering the air-gap effect in numerical modeling was confirmed, taking into account that disregarding its effect may result in overestimated responses of the steel tube resistance in fire situations. Moreover, it was suggested thermomechanical joint analysis and the use of the explicit solver as a strategy to minimize processing time.

Keywords: composite column; fire; numerical model

A verificação da resistência ao fogo de pilares tubulares preenchidos com concreto é necessária, uma vez que há uma drástica redução na resistência do aço e do concreto com a elevação da temperatura. A simulação numérica, com inquestionáveis vantagens econômicas em relação aos ensaios em laboratório, tem grande importância na verificação da resistência e na definição e ajustes de modelos analíticos para uso na prática de projeto. Entretanto, parâmetros intervenientes como o comportamento térmico e mecânico do concreto confinado quando aquecido ou mesmo do chamado “air-gap”, fenômeno inerente a pilares de aço preenchidos com concreto quando aquecidos, ainda carecem de melhor aprofundamento quanto à modelagem numérica. Para tanto, neste trabalho, apresenta-se o desenvolvimento de um modelo numérico no software ABAQUS (Dassault Systemes SIMULIA Corp., 2014), para análise térmico-mecânica de pilares curtos compostos por tubos de aço de seção circular e quadrada, preenchidos com concreto, considerando o efeito do“air-gap”. O fenômeno do “air-gap” é apresentado e discutido em função das possibilidades de implementação no modelo numérico e, por fim, o modelo desenvolvido é validado por meio de resultados experimentais retirados da literatura. Com base nos resultados obtidos, se conclui que o modelo numérico pode ser utilizado para avaliação, ajustes e desenvolvimento de processos simplificados para verificação de pilares mistos em situação de incêndio; sendo recomendada a análise conjunta térmico-mecânica e a utilização do solver explicit como estratégia para minimizar o tempo de processamento. Aimportância da consideração do efeito do “air-gap” foi confirmada e desprezar o seu efeito pode resultar em avaliação superestimada da capacidade resistente do tubo de aço em situação de incêndio.

Palavras-chave: pilare misto; fogo; modelo numérico

Abstract

This paper presents a numerical study of the Crestbond shear connector, characterized by a steel plate with regular cuttings, when used as a load transfer element in concrete filled composite columns in fire. The developed numerical model was calibrated with experimental results of composite columns in fire and later the load transfer devices were inserted. Numerical analyzes were performed with the software Abaqus and comprised the variation of the composite column diameter and of the loading levels, as well as the comparison with the results obtained when is used a through steel plate without cuttings (Shear Flat) as a load transfer device. With the analyzes performed, it was observed that the Crestbond shear connector and the Shear Flat present very similar thermomechanical performance in relation to the load transfer capacity. Thus, the Crestbond shear connector has the potential to be applied alternatively to the Shear Flat as a load transfer device in concrete filled composite columns, with the advantage of the possibility of associate use of longitudinal and manly transverse reinforcement.

Keywords: concrete filled composite column; load transfer; shear connector; shear flat; fire

Esse trabalho apresenta um estudo numérico do conector Crestbond, caracterizado por uma chapa de aço com recortes regulares trapezoidais, quando utilizado como elemento para transferência de cargas em pilares mistos preenchidos com concreto em situação de incêndio. O modelo numérico desenvolvido foi calibrado com resultados experimentais de pilares mistos em situação de incêndio e posteriormente foram inseridos os elementos de transmissão de carga. As análises numéricas foram realizadas com o auxílio do software Abaqus e compreenderam a variação do diâmetro do pilar misto e dos níveis de carregamento, bem como a comparação com os resultados obtidos quando é utilizada uma chapa de aço passante sem recortes como dispositivo de transferência de carga. Com as análises realizadas, observou-se que o conector Crestbond e a chapa passante apresentam desempenho termomecânico muito semelhantes em relação à capacidade de transferência de carga. Sendo assim, o conector Crestbond tem potencial para ser aplicado em alternativa à chapa passante como dispositivo de transferência de carga em pilares mistos preenchidos, tendo como vantagem a possibilidade do uso associado de barras de armadura longitudinais e, principalmente, transversais.

Palavras-chave: pilar misto preenchido com concreto; transferência de carga; conector de cisalhamento; chapa passante; incêndio