A Flambagem Lateral com Distorção em Vigas Mistas de Aço Concreto

Flambagem Lateral com Distorção em Vigas Mistas de Aço Concreto

Alexandre Rossi*

* Universidade Federal de São Carlos – Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, [e-mail],

Lateral Distorcional Buckling for Steel-Concrete Composite Beams

Resumo

Vigas mistas de aço-concreto submetidas a ação de momento fletor negativo estão sujeitas ao fenômeno de instabilidade lateral denominado de Flambagem Lateral com Distorção (FLD). A correta determinção do momento crítico elástico responsável por esse fenômeno de instabilidade é fundamental para a determinção do momento resistente a FLD de vigas mistas de aço concreto. Por meio do desenvolvimento de análise de estabilidade elástica com o software GBTul determinou-se o momento crítico elástico para a situação de distribuição uniforme e linear de momento fletor. Verificou-se que os procedimentos de Roik et al. e Hanswille et al. apresentam situações não conservadores para a maioria dos modelos analisados, sendo que o primeiro é utilizado pelo procedimento da ABNT NBR 8800:2008. Portanto, conclui-se que existe a necessidade de adequação dos procedimeno da norma brasileira.

Palavras-chave: Vigas mistas; Flambagem Lateral com Distorção; Momento Crítico.

Abstract

Steel-concrete composite beams subjected to negative bending moment action are subject to the lateral instability phenomenon called Lateral Distorcional Buckling (LDB). The correct determination of the elastic critical moment responsible for this instability phenomenon is fundamental for the determination of the LDB resistant moment of steel-concrete composite beams. By means of the development of elastic stability analysis with GBTul software, the elastic critical moment was determined for the situation of uniform and linear distribution of bending moment. It has been found that the procedures of Roik et al. and Hanswille et al. presented non-conservative situations for most of the analyzed models, the first being used by the procedure of ABNT NBR 8800: 2008. Therefore, it is concluded that there is a need to adapt the procedures of the Brazilian standard.

Keywords: Composite Beams; Lateral Distorcional Buckling; Critical Bending.

1. Introdução

É de grande conhecimento que vigas, as quais apresentam uma grande rigidez a flexão no seu plano de carregamento e uma baixa rigidez no plano ortogonal a esse, tais como vigas em perfis I e vigas casteladas, que a flambagem lateral com distorção da alma e/ou a flambagem lateral com torção dependem das condições de restrição e do parâmetro de esbeltez da alma e mesas [1-9]. A carga responsável pela ocorrência dos fenômenos de instabilidade é consideravelmente menor que a capacidade de resistência das vigas em seu plano de maior rigidez à flexão. Nota-se que a flambagem lateral com distorção da alma geralmente ocorre em vigas na qual a mesa tracionada é totalmente ou parcialmente restrita na direção lateral das vigas e a mesa comprimida é completamente livre, enquanto isso, a flambagem lateral com torção frequentemente ocorre em vigas que não possuem restrições ao deslocamento lateral e a rotação.

        As vigas mistas de aço e concreto aproveitam as melhores qualidades de cada um de seus materiais constituintes: a alta resistência à compressão do concreto, sua massividade, rigidez e resistência ao fogo; e a alta capacidade de resistência a tração do aço e sua ductilidade. Este casamento ideal dos dois materiais é, até certo ponto, violado em vigas mistas de aço-concreto contínuas e semicontínuas sobre um ou mais apoios. Ao contrário das vigas simplesmente apoiadas, as vigas contínuas, quando carregadas, são submetidas a momentos de flexão positivos nas regiões entre os apoios e a momentos negativos na região de apoios internos, conforme Figura 1. As características de flambagem de tais configurações estruturais nas regiões de momento negativo são muito mais complexas e muito menos compreendidas do que as de vigas mistas simplesmente apoiadas.

[pic 1]

Figura 1: Distribuição de momento fletor

        De acordo com [10], a complexibilidade nas regiões de momento negativo em uma viga composta é que o modo de flambagem da viga de aço é a flambagem lateral com distorção, na qual a mesa superior é totalmente contida pela laje de concreto e a mesa inferior é contida somente por meio da rigidez da alma como mostrado na Figura 2. A flambagem lateral com distorção em regiões de momento negativo de vigas mistas geralmente ocorre com valores de carga que não são significativamente menor do que a da flambagem lateral [10].

[pic 2]

Figura 2: Flambagem lateral com distorção em vigas mistas

        A determinação da carga última de vigas mistas na região de momento negativo, sujeitas a flambagem lateral com distorção, é um problema complexo que envolve diversos mecanismos como a fissuração do concreto tracionado, a plastificação dos componentes de aço (armadura negativa, conectores de cisalhamento e perfil de aço) e fenômenos de instabilidade locais e globais como a flambagem lateral com distorção. Para a determinação da capacidade resistente de vigas mistas em regiões de momento negativo faz-se necessária a correta determinação do momento crítico elástico na flambagem lateral com distorção. A ABNT NBR 8800:2008 [11] fornece para a determinação do momento crítico elástico para a flambagem lateral com distorção a equação propostas por Roik et. al. [12]. Contudo, de acordo com [13] pesquisas mostram divergências entre os valores de momento crítico obtidos pelas equação de Roik et. al. e modelos numéricos.

        Pode-se destacar duas principais teorias presentes na literatura para a determinação do momento crítico elástico, a proposta de Roik et al. e a de Hanswille et al. [14], a primeira utiliza do método da energia para a determinação do momento crítico elástico, já a última se utiliza da teoria de barras em base elástica. De acordo com [13], na situação de solicitações de momento uniforme a proposta de Hanswille et al. fornece um desvio médio de 16,51% para a solicitação de momento uniforme.