Comportamento e capacidade resistente de vigas celulares em aço de alta resistência

dc.contributor.advisor-co1Ferreira, Felipe
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5933034803347448
dc.contributor.advisor1De Nardin, Silvana
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5587716781980132
dc.contributor.authorPazin, Vítor Augusto
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/6587880030202881
dc.contributor.refereeDe Nardin, Silvana
dc.contributor.refereeCalenzani, Adenilcia
dc.contributor.refereeDe Lima, Luciano
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/5587716781980132
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/9959808218883879
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2151919861612154
dc.date.accessioned2025-10-17T17:10:07Z
dc.date.issued2025-09-26
dc.description.abstractSteel cellular beams are characterized by profiles with sequential circular openings in the web, resulting in structural elements capable of spanning large distances, providing greater flexural stiffness, and enabling faster construction. Worldwide, studies on cellular beams are largely limited to normal strength steels. In Brazil, research on this type of beam is scarce and relatively recent. Thus, the use of high-strength steels, with yield strength exceeding 460 MPa, in cellular beams remains unexplored. The application of high-strength steels contributes to sustainability due to the reduction of the carbon footprint. Although their use in cellular beams is attractive from both structural and sustainability perspectives, such steels are not addressed by NBR 8800 (ABNT, 2024). The same limitation applies to cellular beams. This research aims to investigate the influence of steel strength variation on the failure modes and structural behavior of high-strength steel cellular beams under simply supported conditions. For this purpose, cellular beams were modeled using the ABAQUS® software, and the results were compared with the design procedures of BS EN 1993-1-13 (ECS, 2024). Given the lack of experimental data on high-strength steel cellular beams, the numerical model validation was conducted in two stages: considering high-strength steel solid-webbed beams and cellular beams made of normal strength steel. The sensitivity analysis of geometric imperfections and residual stresses in high-strength steel cellular beams showed that the influence of residual stresses decreases as steel strength increases. Moreover, the results indicated that the residual stress model accounting for the manufacturing process of normal strength steel cellular beams can be effectively applied to describe residual stresses in high-strength steel cellular beams. The parametric study demonstrated that increasing steel strength may alter the failure mode, as numerical models exhibiting interaction between local and global instabilities may develop only global instabilities as steel grade increases. The use of high-strength steels proved more relevant for less slender cellular beams, in which local failure modes governed the load-bearing capacity. For slenderer beams, effectiveness was reduced, as the increase in resistance capacity was often marginal compared to the gain associated with the higher strength steel. Furthermore, the use of reduced web-posts due to closely spaced openings, combined with the absence of stiffeners, may lead to the occurrence of web-post buckling under compressive stresses.eng
dc.description.resumoAs vigas celulares de aço são caracterizadas por perfis com aberturas sequenciais circulares na alma, resultando em elementos estruturais com possibilidade de vencer grandes vãos, maior rigidez à flexão e velocidade de construção. Mundialmente, os estudos de vigas celulares se limitam, em grande parte, a aços de resistência comum. No Brasil, são escassos e recentes os estudos sobre este tipo de viga. Assim, o uso de aços de alta resistência, cuja resistência ao escoamento supere 460 MPa, em vigas celulares é um tema praticamente inexplorado até o momento. O emprego de aços de alta resistência agrega aspectos sustentáveis devido à redução da pegada de carbono. Embora seu uso em vigas celulares seja interessante do ponto de vista estrutural e de sustentabilidade, tais aços não são abordados pela NBR 8800 (ABNT, 2024). O mesmo acontece com as vigas celulares. A presente pesquisa tem o objetivo de investigar a influência da variação da resistência do aço nos modos de falha e comportamento estrutural de vigas celulares de aço de alta resistência na configuração biapoiada. Para isso, vigas celulares foram modeladas por meio do software ABAQUS® e os resultados foram comparados com os procedimentos de cálculo da norma BS EN 1993-1-13 (ECS, 2024). Dada à inexistência de dados experimentais sobre vigas celulares em aço de alta resistência, a validação do modelo numérico foi realizada em duas etapas: considerando vigas de alma cheia em aço de alta resistência e vigas celulares de aço comum. A análise de sensibilidade de imperfeições geométricas e tensões residuais em vigas celulares de aço de alta resistência mostrou que a influência das tensões residuais diminui à medida que a resistência do aço aumenta. Além disso, os resultados indicaram que o modelo de tensão residual que considera o processo de fabricação de vigas celulares de aço comuns pode ser usado com eficácia para descrever tensões residuais em vigas celulares de aço de alta resistência. O estudo paramétrico produziu resultados que indicaram que o aumento da resistência do aço pode alterar o modo de falha, visto que modelos numéricos que apresentaram interação entre instabilidades locais e globais, podem apresentar apenas instabilidades globais conforme o aumento da classe de aço. O emprego de aços de alta resistência mostrou-se mais relevante em vigas celulares menos esbeltas, nas quais modos de falha locais governaram a capacidade resistente. Para vigas mais esbeltas, a efetividade foi reduzida, uma vez que o incremento na capacidade última se mostrou frequentemente marginal em comparação ao aumento da resistência do aço. A utilização de montantes de alma reduzidos em função do pequeno espaçamento entre aberturas, aliada à ausência de enrijecedores, pode conduzir à ocorrência de FMA devido aos esforços de compressão.
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.description.sponsorshipId2024/12417-8 e 2023/12901-4
dc.identifier.citationPAZIN, Vítor Augusto. Comportamento e capacidade resistente de vigas celulares em aço de alta resistência. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22925.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22925
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECiv
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectVigas celulares de aço
dc.subjectAços de alta resistência
dc.subjectInstabilidade
dc.subjectSimulação numérica
dc.subjectTensões residuais
dc.subjectImperfeições geométricas
dc.subjectSteel cellular beamseng
dc.subjectHigh-strength steeleng
dc.subjectBucklingeng
dc.subjectNumerical modelingeng
dc.subjectResidual stresseseng
dc.subjectGeometric imperfectionseng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
dc.titleComportamento e capacidade resistente de vigas celulares em aço de alta resistência
dc.title.alternativeBehavior and resistance capacity of high-strength steel cellular beamseng
dc.typeDissertação

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