Analysis of the structural behavior of exterior beam-column joints in frames considering bending towards lower column stiffness

As ligações viga-pilar são regiões denominadas descontínuas e, portanto, devem ser dimensionadas pelo método de bielas e tirantes. No entanto, além dessas ligações não serem verificadas em projetos usuais, observa-se uma deficiência de estudos considerando casos em que a viga gera flexão na direção de menor inércia do pilar. Neste trabalho foi analisado o comportamento estrutural de ligações viga-pilar extremo de pórticos de concreto armado considerando essa situação. Foram avaliadas as ancoragens das armaduras positiva e negativa, a configuração do fluxo de tensões no concreto e o modelo de bielas e tirantes. Para isso, foram desenvolvidos modelos numéricos em elementos finitos, de pórticos variando dimensões para a viga e o pilar. Foram consideradas situações com e sem a presença de grampos de ancoragem. Foi constatado que modelos com flexão na direção de maior rigidez do pilar apresentaram maior resistência que quando fletidos na menor rigidez, o que confirma a necessidade de se considerar a rigidez do pilar para a correta determinação dos esforços nas vigas. A armadura negativa apresentou deformações de tração elevadas somente em alguns casos de flexão na direção de maior rigidez do pilar sendo que esses valores não foram significativos ao longo do prolongamento após o gancho. Para todos os casos, a armadura positiva se mostrou comprimida junto ao apoio e os grampos não foram solicitados à tração da maneira esperada e não influenciaram o resultado. Conclui-se que existe uma superestimação dessa armadura pelos critérios normativos, uma vez que não se considera redução da mesma quando se tem momento negativo na ligação. Os modelos de bielas e tirantes apresentaram boa correlação com os valores numéricos, indicando valores a favor da segurança para os momentos negativos na ligação. Palavras-chave: Ligação viga-pilar. Ancoragem. Modelagem numérica. Modelo de bielas e tirantes.The beam-column joints are called discontinuous regions and, therefore, must be dimensioned by the strut and tie method. However, in addition to these joints not being verified in usual projects, there is a lack of studies considering cases in which bending occurs towards the lower inertia of the column. In this study, the structural behavior of exterior beam-column joints in reinforced concrete frames was analyzed. The positive and negative reinforcements anchorages, the stress flow configuration in the concrete and the strut and tie model were evaluated. For this, numerical models in finite elements were developed, considering frames with different dimensions for the beam and the column. Situations with and without the presence of anchorage clamps were considered. It was found that models with bending towards column higher stiffness showed greater strength, which confirms the need to consider the column stiffness to the correct determination of efforts in the beam. The negative reinforcement showed high tensile strain only in some cases of bending towards column higher stiffness, and these values were not significant along the extension of the hook. In all cases, the positive reinforcement close to the support was compressed, the clamps were not requested in tension as expected and did not influence the result. It is concluded that there is an overestimation of this reinforcement by the normative criteria, since it is not considered a reduction of it when there is a negative moment in the joint. The strut and tie models showed good correlation with the numerical values, indicating values in favor of safety for the negative moments in the joint. Keywords: Beam-column joint. Anchorage. Numerical modeling. Strut and tie model