Numerical analysis of beams composed of concrete and wood

Resumo: O desenvolvimento tecnológico do projeto em estruturas de madeira permitiu melhorar o conhecimento de suas propriedades mecânicas e dos sistemas de conexões em estruturas. Estruturas mistas de madeira com concreto ou aço e os reforços do material com fibras de polímeros estruturais passaram a ser realidade. As estruturas mistas, constituídas por materiais de diferentes propriedades mecânicas associados, são uma solução alternativa às estruturas de uso corrente na construção civil. Essa medida busca obter redução de custos de construção, mantendo também a segurança estrutural, com um desempenho arquitetônico e ambiental vantajoso. A integração de uma estrutura mista deve-se, em geral, à eficiência do sistema de ligação, podendo ser do tipo rígido ou flexível. Esse sistema é responsável por transmitir a força de cisalhamento longitudinal na interface dos dois materiais combinados ao longo do comprimento da viga e também, impedir o desprendimento vertical dos mesmos. Esta pesquisa contribui para a análise do comportamento mecânico de vigas mistas de três maneiras: via programa de elementos finitos bidimensionais, via resolução analítica das equações de equilíbrio e via a equação do princípio dos trabalhos virtuais. A última abordagem foi concebida a partir de pesquisas de teoria das estruturas, expandindo seus conceitos para vigas mistas. A formulação proposta satisfaz as equações de equilíbrio mostrando-se consistente e seus resultados são condizentes com dados experimentais. Essa formulação pode ser facilmente integrada a códigos de elementos finitos requerendo apenas elementos unidimensionaisAbstract: The technologycal development of the design in wood structures has improved the knowledge of the material mechanical properties and the connection systems applied to structures. Composite structures of wood with concrete or steel and structural reinforcement using polymer fibers have become a reality. These structures, constituted by associating materials with different mechanical properties are an alternative solution for current using structures in civil construction. This arrangement aims at obtaining a reduction of construction costs also maintaing the structural safety with advantageous environmental and architectural performance. The integration of a composite structure is, in general, due to the efficiency of the connection system that can be rigid or flexible type. This system is responsible to transfer the longitudinal shear force on the interface of the associated materials along the beam length and to avoid the vertical detachment of them as well. This research contributes to the analysis of the mechanical performance of the composite beams in three ways: bidimensional finite element program, analytical solution of the equilibrium equations and virtual work principle equation via. The last approach was conceived from structural theory researches, expanding their concepts for composite beams. The proposal formulation fulfils the equilibrium equation showing to be consistent and the results fit with the experimental data. This formulation can be easily integrated to a finite element procedure requiring unidimensional elements onl