Shear connection and flexural behavior of steel-UHPC composite members with precast slabs under negative bending

Abstract

A combinação de aço e concreto de ultra-alto desempenho (UHPC) permite desenvolver sistemas mistos leves, duráveis e eficientes, reduzindo o consumo de materiais e prolongando sua vida útil. Entretanto, o comportamento das ligações por cisalhamento e da flexão em elementos mistos aço-UHPC com lajes pré-fabricadas ainda não é plenamente compreendido. Este estudo avalia a resposta de ligações e vigas mistas aço-UHPC sob flexão em momento negativo, com ênfase na eficiência no uso de materiais e no comportamento à fissuração. O programa experimental e numérico abrange três escalas: (i) dosagem e caracterização do UHPC e dos demais materiais empregados; (ii) avaliação do comportamento ao cisalhamento de conectores tipo pino com cabeça em aço de alta resistência (HSS) em lajes delgadas de UHPC com shear pockets, por meio de ensaios push-out; e (iii) análise da resposta à flexão de vigas mistas aço-UHPC em ensaios de três pontos. As composições de UHPC foram definidas com base em modelos de empacotamento de partículas, resultando em desempenho mecânico e trabalhabilidade equilibrados. Os ensaios push-out e as análises numéricas mostraram que o diâmetro dos pinos governou a resistência, enquanto o espaçamento e a resistência do concreto da shear pocket influenciaram significativamente o desempenho da ligação. Assim, para as configurações analisadas, espaçamentos inferiores a 2,7ds e o uso de concreto de menor resistência nas shear pockets devem ser evitados. Os resultados dos ensaios de flexão e das análises numéricas mostraram que teores de 1% e 2% de fibras controlaram de forma eficaz a abertura de fissuras dentro dos limites normativos, com efeito mínimo sobre a capacidade última. O volume de 2% aumentou a rigidez, retardou o escoamento das armaduras e promoveu múltipla fissuração, melhorando o desempenho geral em serviço. Vigas com teores moderados de fibras e taxas equilibradas de armadura apresentaram escoamento próximo ao pico de carregamento, otimizando o uso eficiente de materiais. O modelo analítico previu com precisão os momentos últimos, confirmando sua confiabilidade para uso em projeto. De modo geral, o estudo estabelece uma metodologia integrada que relaciona as propriedades dos materiais, o comportamento das ligações e o desempenho à flexão, fornecendo evidências para o projeto de elementos mistos aço-UHPC com lajes pré-fabricadas que sejam eficientes no uso de materiais e apresentem controle eficaz da fissuração.