Capacidade resistente de vigas celulares mistas de aço de alta resistência e concreto à instabilidade no montante da alma
| dc.contributor.advisor-co1 | Ferreira, Felipe Piana Vendramell | |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5933034803347448 | |
| dc.contributor.advisor-co1orcid | https://orcid.org/0000-0001-8007-789X | |
| dc.contributor.advisor1 | Nardin, Silvana De | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/5587716781980132 | |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-8736-4987 | |
| dc.contributor.author | Ferreira, Lucas Gomes | |
| dc.contributor.authorlattes | https://lattes.cnpq.br/5991867134405037 | |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0009-0005-4867-0788 | |
| dc.contributor.referee | Milani, Margot Fabiana Pereira | |
| dc.contributor.referee | Rossi, Alexandre | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/9324192204449423 | |
| dc.contributor.refereeLattes | http://lattes.cnpq.br/3946998323160911 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0001-6432-3931 | |
| dc.contributor.refereeorcid | https://orcid.org/0000-0001-9590-1554 | |
| dc.date.accessioned | 2026-06-18T19:02:21Z | |
| dc.date.issued | 2026-03-27 | |
| dc.description.abstract | This study aims to investigate the resistance capacity of high-strength steel composite cellular beams with concrete slabs against web-post buckling. To this end, nonlinear geometric and material analyses were performed using the ABAQUS® software. The numerical model was validated against experimental data from physical models of composite cellular beams with concrete slabs. Four reference models were used as a basis for a parametric study carried out in two stages. In the first stage, the influence of the steel yield strength was investigated for S460, S690, and S960 steels (with yield strengths of 460 MPa, 690 MPa, and 960 MPa, respectively), without geometric variations. In the second stage, variations in steel strength were combined with variations in the following ratios: the opening diameter to the unexpanded steel profile height (Do/d), taking values of 0.8, 0.9, 1.0, and 1.1; and the center-to-center spacing to opening diameter ratio (p/Do), taking values of 1.2, 1.3, 1.4, and 1.5. For the variations of the validated symmetric profile models, CCB1 from Nadjai et al. (2007) and CCB3 from Müller et al. (2006), as well as the asymmetric model CCB2 (asymmetry ratio of 1.13) also from Nadjai et al. (2007), web-post buckling remained the predominant failure mode across all steel grades during the first stage, with maximum strength gains ranging from 24.6% to 60.8% for S690 and from 54.0% to 83.4% for S960. For variations of model CCB4, also from Müller et al., (2006), which has a top-to-bottom tee asymmetry ratio of 2.8, only local web buckling of the top tee was observed in the first stage, regardless of yield strength, with strength gains of 28% for S690 and 68% for S960. In the second stage, increasing Do/d tended to reduce the maximum strength, while increasing p/Do generally increased it, although complex interactions between geometry and steel yield strength were observed. For the CCB1, CCB2, and CCB3 variations, as steel strength increased, failure modes shifted toward those involving the formation of Vierendeel plastic mechanisms, either in isolation or combined with web-post buckling. For the CCB4 variations, the failure mode shifted from pure local web buckling of the top tee to an interaction between this failure mode and the Vierendeel plastic mechanism. The numerically obtained maximum strength values were compared with four analytical verification models: Panedpojaman et al. (2014), Grilo et al. (2018), AISC Steel Design Guide 31 (2016), and BS EN 1993-1-13 (2024). The comparison shows that most formulations underestimate the maximum resistance capacity of high-strength steel–concrete composite cellular beams. When analyzing the effect of increasing steel yield strength on maximum strength, the AISC Steel Design Guide 31 (2016) method showed an increase in the F_numerical/F_analytical ratio, while the other methods showed a decrease in this ratio as strength increased. Furthermore, all methods exhibited high coefficients of variation, often exceeding 40%, indicating high relative data dispersion. This level of variability compromises the reliability of predictions for high-strength steels, suggesting that current formulations do not adequately capture the instability and plastification phenomena in composite cellular beams with high-strength steel profiles. | eng |
| dc.description.resumo | O presente trabalho objetiva investigar a capacidade resistente de vigas celulares mistas de aço de alta resistência e laje mista de concreto à instabilidade no montante de alma. Para isso, foram realizadas análises não lineares físicas e geométricas no software ABAQUS®. O modelo numérico foi validado utilizando dados experimentais de modelos físicos de vigas celulares mistas com lajes mistas. Quatro modelos básicos foram utilizados como referência para um estudo paramétrico foi realizado em duas etapas. Na primeira, foi investigada a influência da resistência ao escoamento do aço, para aço S460, S690 e S960 (com resistência ao escoamento de 460 MPa, 690 MPa e 960 MPa, respectivamente), sem variações geométricas. Na segunda etapa, a variação da resistência do aço foi combinada com variações nas seguintes relações: o diâmetro da abertura e a altura do perfil de aço não expandido (Do/d), nos valores de 0,8, 0,9, 1,0 e 1,1, assim como a relação entre o espaçamento entre os centros e o diâmetro das aberturas (p/Do) nos valores de 1,2, 1,3, 1,4 e 1,5. Para as variações dos modelos validados de perfil simétrico CCB1 do estudo de Najdai et al. (2007) e CCB3, do estudo de Müller et al. (2006), assim como o modelo CCB2, proveniente do estudo de Nadjai et al. (2007), com razão de assimetria de 1,13, durante a primeira etapa, a instabilidade no montante de alma permanece predominante em todas as classes de aço, com ganhos de força máxima variando entre 24,6% e 60,8% para S690 e entre 54,0% e 83,4% para S960. Para as variações do modelo CCB4, também do estudo de Müller et al. (2006) e com razão de assimetria entre os Tês superior e inferior de 2,8, foi observada, na primeira etapa, exclusivamente a falha por instabilidade local na alma do Tê superior, independente da resistência ao escoamento, com ganhos de 28% para S690 e 68% para S960. Na segunda etapa, o aumento de Do/d tende a reduzir a força máxima, enquanto o aumento de p/Do geralmente a eleva, porém com interações complexas entre geometria e resistência ao escoamento do aço. Nas variações de CCB1, CCB2 e CCB3, observa-se que, conforme o aumento da resistência do aço, há uma mudança nos modos de falha, com uma transição para modos de falha que envolvem a formação de mecanismos plásticos devido ao momento de Vierendeel, seja de forma isolada ou combinada com a instabilidade no montante de alma. Nas variações de CCB4, o modo de falha passa da instabilidade local na alma no Tê superior pura para a interação entre esse modo de falha com o mecanismo plástico devido ao momento de Vierendeel. Os valores de força máxima obtidos numericamente foram comparados com 4 modelos analíticos de verificação: Panedpojaman et al. (2014), Grilo et al. (2018), AISC Steel Design Guide 31 (2016) e BS EN 1993-1-13 (2024). A comparação com métodos analíticos demonstra que a maioria das formulações subestima a capacidade resistente máxima das vigas celulares mistas de aço de alta resistência e concreto. Ao analisar o efeito na força máxima do aumento da resistência ao escoamento do aço, o método do AISC Steel Design Guide 31 (2016) teve aumento na relação entre F_Numérico/F_analítico, enquanto as demais verificações apresentaram diminuição nessa relação conforme esse aumento. Foi ainda observado que todos os métodos apresentaram elevados valores nos coeficientes de variação, frequentemente acima de 40%, evidenciando alta dispersão relativa dos dados. Tal nível de variabilidade compromete a confiabilidade das previsões para aços de alta resistência, sugerindo que as formulações atuais não capturam adequadamente os fenômenos de instabilidade e plastificação em vigas celulares mistas com perfis em aço de alta resistência. | por |
| dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | |
| dc.description.sponsorshipId | 001 | |
| dc.identifier.citation | FERREIRA, Lucas Gomes. Capacidade resistente de vigas celulares mistas de aço de alta resistência e concreto à instabilidade no montante da alma. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24253. | * |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/24253 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus São Carlos | |
| dc.publisher.center | Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECiv | |
| dc.relation.uri | https://publicacoes.softaliza.com.br/cilamce/article/view/10419 | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Viga mista celular | por |
| dc.subject | Aço de alta resistência | por |
| dc.subject | Modos de falha | por |
| dc.subject | Instabilidade no montante de alma | por |
| dc.subject | Modelagem em elementos finitos | por |
| dc.subject | Cellular composite beam | eng |
| dc.subject | High-strength steel | eng |
| dc.subject | Gailure modes | eng |
| dc.subject | Web-post buckling | eng |
| dc.subject | Finite element modeling | eng |
| dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS | |
| dc.subject.ods | 9. Indústria, Inovação e Infraestrutura | |
| dc.title | Capacidade resistente de vigas celulares mistas de aço de alta resistência e concreto à instabilidade no montante da alma | por |
| dc.title.alternative | Resistance of high-strength steel–concrete composite cellular beams to web-post buckling | eng |
| dc.type | Dissertação |
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