Análise e modelação avançada de vigas mistas aço-betão utilizando a Teoria Generalizada de Vigas

Abstract

Neste trabalho mostra-se que os elementos finitos de barra baseados na Teoria Generalizada de Vigas (GBT, Generalised Beam Theory), constituem uma alternativa viável e vantajosa — i.e., conduzem a resultados precisos com reduzido esforço computacional — face aos elementos de volume e de casca, para modelar o comportamento linear e não-linear de vigas mistas aço-betão. Para o efeito, desenvolvem-se, implementam-se e validam-se três elementos finitos com diferentes âmbitos de aplicação e níveis de complexidade. O primeiro elemento destina-se a modelar o comportamento fisicamente não-linear de vigas mistas, incluindo as fases de pré- e pós-colapso, tendo em conta a fendilhação e esmagamento do betão, a plastificação do aço e o efeito de shear lag. O segundo elemento finito permite determinar cargas de bifurcação e modos de instabilidade locais/distorcionais de vigas mistas, tendo em conta a fendilhação e a deformação da secção transversal (incluindo o efeito de shear lag). A fluência do betão e o faseamento construtivo podem também ser considerados, muito embora de maneira simplificada. Finalmente, o terceiro elemento finito tem em conta a fluência e a fendilhação (modelo de fenda fixa distribuída) de uma forma rigorosa, para além da deformação da secção, incluindo o efeito de shear lag. Os exemplos numéricos apresentados mostram claramente que os elementos finitos propostos, para além de serem muito precisos, envolvem um custo computacional bastante reduzido. Para além disso, as características únicas de decomposição modal da GBT permitiram retirar algumas conclusões significativas sobre o comportamento estrutural de vigas mistas aço-betão e obter, por exemplo, fórmulas analíticas para quantificar o efeito de shear lag elástico