Computational simulation of the structural behavior of steel-concrete composite monosymmetric cellular beams

Nas últimas duas décadas, tem-se observado em diversos países um ressurgimento do interesse pelos perfis de aço alveolares, devido às vantagens técnicas e arquitetônicas que eles oferecem em relação aos perfis I de alma cheia. Este fenômeno se dá numa época em que ocorre uma grande difusão dos sistemas de piso misto de aço e concreto, hoje largamente utilizados no contexto da construção civil, por suas vantagens estruturais e construtivas em relação a outras soluções estruturais. Nos últimos anos, tem crescido o interesse pelo uso de vigas celulares mistas, incluindo a alternativa com perfil monossimétrico. Como a fabricação de vigas celulares já envolve processos de corte e solda, torna-se prática a montagem de perfis monossimétricos, onde o tê mais robusto é disposto na parte inferior da seção e o mais esbelto na parte superior, já que esta última fica solicitada por esforços de menor magnitude do que a metade inferior. Dada a escassez de estudos sobre o assunto, o objetivo deste trabalho é a avaliação do comportamento estrutural de vigas mistas celulares com perfil monossimétrico e do comportamento estrutural de vigas celulares monossimétricas quanto à flambagem do montante de alma, por meio de simulação numérica usando o Método dos Elementos Finitos, considerando análise não-linear geométrica e de material. A modelagem numérica foi validada com resultados experimentais disponíveis na literatura. A partir dos resultados numéricos obtidos, propõe-se uma adaptação para uma formulação de cálculo existente, destinada a perfis celulares duplamente simétricos, que a generaliza para vigas mistas celulares com perfil monossimétrico ou duplamente simétrico. Por fim, é apresentada uma análise do rendimento estrutural de vigas celulares mistas com perfil monossimétrico em relação a vigas similares com perfil duplamente simétrico. Palavras-chave: Estruturas de aço. Vigas celulares. Vigas mistas. Perfil monossimétrico. Flambagem do montante de alma.For the past two decades, in many countries, there has been a renewed interest for castellated steel beams due to their technical and architectural advantages in comparison to solid-web beams. This phenomenon is happening due to a large diffusion of composite steel and concrete flooring systems, largely employed in civil construction today for their structural and constructive advantages. In recent years, the interest in composite cellular beams has increased, including the monosymmetric option. Since the manufacturing of cellular beams already involves cutting and welding processes, monosymmetric beams are practical to assemble, with the robust ‘T’ on the bottom of the section and the slender ‘T’ on top, since this latter part is subject to smaller forces than the bottom half. Given the scarce research available on this subject, the purpose of this work is to evaluate the structural behavior of composite castellated beams with a monosymmetric cross-section through a finite elements numerical simulation, employing geometric and material non-linear analysis. The numerical model was validated through experimental results available in previous works. An adaptation for an existing calculation formula is proposed based on the numerical results obtained, appropriate for doubly symmetric cellular beams, which makes the formula applicable to both monosymmetric and doubly symmetric composite cellular beams. Finally, an analysis of the structural performance of monosymmetric composite cellular beams in comparison to similar, doubly symmetric beams is presented. Keywords: Steel structures. Cellular beams. Composite beams. Monosymmetric beam. Web- post buckling.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerai