Avaliação do efeito do microconfinamento do concreto na região de introdução de carga para ligações simples entre viga e pilar circular de aço preenchido com concreto

Abstract

Acerca de vantagens como aumento de rigidez, capacidade resistente e ductilidade, o uso de elementos mistos de aço e concreto tem crescido em edifícios de múltiplos pavimentos, sendo muito comum o emprego de pilares mistos tubulares contínuos, incluindo os de seção circular, neste tipo de construção. O objetivo deste trabalho é analisar numericamente a ligação simples, por meio single plate, entre um pilar tubular de aço de seção circular preenchido com concreto e duas vigas em perfil I adjacentes, sob carregamento típico de edifícios de múltiplos pavimentos, com foco na influência do pinching na introdução de carga. A análise numérica foi realizada por meio do software ABAQUS, o qual se fundamenta no Método dos Elementos Finitos. Para a definição dos materiais foram utilizados modelos que levam em conta as propriedades de plastificação e encruamento para o aço e plastificação com dano para o concreto, além das não-linearidades geométricas e de contato. Foram analisados três modelos diferentes com base no ensaio experimental de Shakir-Khalil (1993), variando entre eles a espessura da chapa e a presença de imperfeições geométricas locais na parede do tubo. Os resultados numéricos não apresentaram boa concordância com as curvas de deslizamento do ensaio experimental, mas os modelos apresentaram o comportamento mecânico compatível com o esperado. O estudo verificou o pinching e sua influência na resistência do concreto, apresentando ganho na compressão e perda na tração. A espessura das chapas influenciou significativamente os resultados, enquanto a imperfeição geométrica não teve impacto relevante.

Regarding advantages such as increased stiffness, load-carrying capacity, and ductility, the use of composite steel and concrete elements has increased in multi-story buildings, it is common to incorporate continuous composite tubular columns, including those with circular sections, in such constructions. This study aims to numerically analyze the simple connection, through the use of a single plate, between a circular steel tubular column filled with concrete and two adjacent I-section beams, under typical multi-story building loads, focusing on the influence of pinching on load introduction. The numerical analysis was conducted using the ABAQUS software, based on the Finite Element Method. The material definitions included models considering steel's yielding and strain hardening properties, concrete's plasticity with damage, as well as geometric and contact nonlinearities. Three different models were analyzed based on the experimental test by Shakir-Khalil (1993), varying the plate thickness and the presence of local geometric imperfections in the tube wall. Numerical results did not fully match the experimental load-slip curves, but the models exhibited mechanical behavior consistent with expectations. The study examined pinching and its impact on concrete strength, showing gains in compression and losses in tension. Plate thickness significantly influenced the results, while geometric imperfections had minimal impact