Search

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O uso de vigas de aço soldadas constituídas por chapas esbeltas é uma solução eficiente, sobretudo, em construções cujo principal objetivo é superar grandes vãos, como pontes. No entanto, devido à elevada esbeltez, esses elementos são suscetíveis a problemas de instabilidade, sendo essencial o uso de enrijecedores para aumentar a capacidade resistente ao fenômeno de perda de estabilidade. Esse aumento depende, principalmente, da posição e da rigidez relativa à flexão do enrijecedor longitudinal. A norma EN 1993-1-5:2006 e o programa computacional EBPlate 2.01 apresentam procedimentos, amplamente utilizados na prática, para a obtenção dessas tensões críticas. Assim como na maioria das pesquisas acadêmicas no tema, as análises geralmente são realizadas considerando painéis com as 4 bordas apoiadas. Contudo, alguns autores afirmam que nos casos de vigas de seção transversal I, a consideração de simples apoio nas bordas longitudinais para representar as restrições proporcionadas pelas mesas conduz a resultados conservadores. Nesse sentido, o presente trabalho teve o objetivo de estudar numericamente, por meio do programa ABAQUS, baseado no Método dos Elementos Finitos, a flambagem de chapas esbeltas enrijecidas a fim de compreender a influência da razão de aspecto e da quantidade, posição e rigidez dos enrijecedores longitudinais no fenômeno. Para tanto, foram considerados painéis apoiados e submetidos à ação isolada do cisalhamento e de diferentes razões entre tensões normais e à interação de flexão e cisalhamento. Ao final, foram determinadas a posição ótima e a rigidez à flexão mínima do enrijecedor longitudinal. Alguns dos resultados obtidos foram confrontados com os valores encontrados por meio da norma europeia e do EBPlate 2.01 e um estudo inicial foi realizado para compreender a influência das restrições das mesas em vigas I. Foi observado que a rigidez à flexão do enrijecedor é um dos parâmetros de maior impacto no comportamento de flambagem, sendo encontrado um aumento de até 557% para a tensão crítica nos casos em que o enrijecedor rígido é posicionado na posição ótima. Na norma e no EBPlate 2.01, também foi notado o acréscimo das tensões a partir do aumento da rigidez desse elemento, sendo inclusive observada a interferência desse parâmetro nos resultados acerca da influência das restrições impostas pelas mesas à alma em vigas I. The use of welded steel girders with slender web plates is an efficient solution, especially to constructions in which the main goal is to overcome large spans, such as bridges. However, due to the slenderness of some elements, this structure is susceptible to instability problems, making it essential to use stiffeners to increase buckling resistance capacity. This increase depends mainly on the position and flexural rigidity of the longitudinal stiffeners. The standard EN 1993-1-5:2006 and the computer program EBPlate 2.01 present procedures widely used in practice to obtain these critical stresses. As in most academic research on the area, the analyses are usually performed considering panels with all 4 edges supported. However, some authors claim that in cases of I-section girders, the consideration of simple support at the longitudinal edges to represent the constraints provided by the flanges leads to conservative results. In this sense, the present paper studied, using the ABAQUS program based on Finite Element Method, the buckling behavior of stiffened slender plates in order to understand the influence of the aspect ratio and the amount, position, and flexural rigidity of the longitudinal stiffeners on the phenomenon. For this purpose, supported panels were considered and submitted to the isolated action of shear and different ratios between normal stresses and the interaction of bending and shear. Finally, the optimum position and the minimum flexural rigidity of the longitudinal stiffener were determined. Some of the results obtained were compared with the values found using the European standard and EBPlate 2.01, and an initial study was performed to understand the influence of flanges constraints on I-girders. It was observed that the flexural rigidity of the stiffener is one of the parameters with the greatest impact on buckling behavior, and an increase of up to 557% was found for the critical stress in cases where the rigid stiffener is positioned in the optimal position. In the standard and in EBPlate 2.01, the increase in stresses was also noted as the flexural rigidity of this element increases. Furthermore, the interference of this parameter in the results of the influence of the restrictions imposed by the flanges on the web in I-girders was also observed.

Currently, one of the most used steel bridge assembly methods is the Incremental Launching Method (ILM). Its practical application consists in passing the bridge assembly through a launching shoe as well as over each support pile. For steel plate girders, a concentrate vertical reaction also known as patch loading is generated over one the flanges when ILM is employed, and depending on the geometrical and material properties of the girder, buckling failure in the web panel may occur. To overcome this type of failure, plate girders are reinforced with longitudinal stiffeners. Therefore, this paper aims at investigating the effect of the bearing length on the elastic buckling behavior of longitudinally stiffened girder webs subjected to patch loading. Buckling coefficients of longitudinally stiffened girder webs are calculated by means of linear finite element analysis. Furthermore, a parametric analysis is performed to study the influence of other geometric parameters such as the panel aspect ratio and the geometrical properties of the longitudinal stiffener on the buckling coefficient. The results show that for longitudinally stiffened girder webs the buckling coefficient increases with the loading length. However, this conclusion is considerably affected by other factors such as the position of the stiffener, and panel aspect ratios. RESUMEN Uno de los métodos de ensamblaje de puentes de acero más utilizados en la actualidad es el Método de Lanzamiento por Empujes Sucesivos, también abreviado como ILM por sus siglas en ingles. Su aplicación práctica consiste en pasar el ensamblaje de puentes a través de las zapatas de lanzamiento, así como sobre cada pila de soporte. Para vigas de acero se genera una reacción vertical de carga concentrada sobre una de las aletas cuando se emplea ILM, y dependiendo de las propiedades geométricas y de material de la viga esto puede ocasionar una falla de pandeo localizado sobre el alma. Para evitar este tipo de fallas, las vigas son reforzadas con rigidizadores longitudinales. Muchas investigaciones han estudiado la influencia de diferentes parámetros geométricos sobre el comportamiento de pandeo elástico de vigas sujetas a carga concentrada, sin embargo, el efecto de la longitud de apoyo ha recibido poca atención. Este artículo se enfoca en investigar la influencia de la longitud de apoyo en el comportamiento de pandeo elástico de vigas esbeltas con rigidización longitudinal sujetas a carga concentrada. El coeficiente de pandeo de las vigas esbeltas rigidizadas longitudinalmente fue calculado por medio análisis lineal por elementos finitos. Para ello se realizó un estudio paramétrico con el propósito de evaluar la influencia de otras variables adicionales como la relación de aspecto del panel y las propiedades geométricas de los rigidizadores sobre el coeficiente de pandeo. Los resultados muestran que para una viga rigidizada longitudinalmente el coeficiente de pandeo incrementa con la longitud de carga. Sin embargo, este incremento se ve considerablemente afectado por otros factores tales como la posición del rigidizador y la relación de aspecto del panel.

In comparison with vibrated concrete (VC) of the same strength class, self-compacting concrete (SCC) typically has a lower coarse aggregate content and, eventually, a smaller maximum aggregate size. This may reduce the aggregate interlock between the fracture surfaces in SCC. Since the aggregate interlock plays an important role in the shear strength of slender beams, SCC beams may have a shear strength lower than that of similar VC beams. This article summarizes experimental studies on the shear strength of reinforced SCC slender beams without and with shear reinforcement. The shear strengths of SCC beams are compared with the ones of VC beams and also to the calculated ones according to different code procedures. It is shown that powder-type SCC beams tend to have lower shear strength than similar VC beams and that the difference depends upon the concretes composition and the characteristics of the beams. RESUMO Em comparação com o concreto vibrado (CV) de mesma classe de resistência, o concreto autoadensável (CAA) tipicamente apresenta menor quantidade de agregado graúdo e, eventualmente, menor dimensão máxima deste agregado. Isto pode reduzir o engrenamento de agregados entre as superfícies de ruptura do CAA. Sendo o engrenamento dos agregados um parâmetro de influência importante na resistência à força cortante de vigas esbeltas, as vigas de CAA podem ter resistência à força cortante menor que a de vigas similares de CV. Este artigo resume estudos experimentais sobre a resistência à força cortante de vigas esbeltas de CAA sem e com armadura de cisalhamento. As resistências à força cortante de vigas de CAA são comparadas com as de vigas de CV e também com as calculadas segundo procedimentos de diferentes normas. É mostrado que as vigas de CAA com menor teor de agregados graúdos tendem a ter menor resistência à força cortante que vigas semelhantes de CV e que a diferença depende da composição dos concretos e das características das vigas.

espanolEl uso de acero inoxidable en estructuras ha cobrado fuerza en los ultimos anos debido a su gran relacion costo-beneficio en el tiempo, brindando una gran proteccion a la corrosion, resistencia al fuego y una resistencia a la fluencia mayor que la brindada por los aceros estructurales de uso comun en la industria. A pesar de este incremento en su uso todavia existe cierto grado de incertidumbre y desconocimiento de sus aplicaciones, pues los codigos de diseno de acero enfocan su atencion en el acero estructural. Por lo tanto, en el presente trabajo se reportan los resultados del estudio numerico de vigas esbeltas de acero inoxidable utilizado en puentes, sometidos a carga concentrada con el objeto de aumentar el estado del arte de esta aplicacion en particular. Un modelo por elementos finitos es construido tomando en cuenta el comportamiento no lineal del material y las imperfecciones iniciales (deflexiones en el alma y esfuerzos residuales). El modelo es validado utilizando data experimental encontrada en la literatura, empleando el software comercial MSC.Marc. Posteriormente se realiza un estudio parametrico de la influencia de la relacion de espesores (tf / tw) y relacion de zona de carga - largo de viga (ss/a) en la resistencia ultima. Finalmente, se obtiene que el uso del acero inoxidable presenta ventajas en su comportamiento post-critico respecto a paneles geometricamente similares de acero estructural, permitiendo la optimizacion estructural de vigas esbeltas para puentes. EnglishThe use of stainless steel in structures has gained momentum in recent years due to its good cost-benefit over time, protection to corrosion, fire resistance and creep resistance greater than that provided by structural steel commonly used in industry. Despite this increase in use there is still some degree of uncertainty and lack of knowledge regarding their application, as steel design codes focus on structural steel. Therefore, the present work reports the results of the numerical study of thin stainless steel beams used in bridges, subjected to concentrated loads, in order to increase the state of the art of this particular application. A finite element model is constructed taking into account the non-linear behavior of the material and the initial imperfections (deflections in the web and residual stresses). The model is validated using experimental data found in the literature, using commercial software MSC.Marc. Then, a parametric study of the influence of the thickness ratio (tf / tw) and load area – length of beam ratio (ss / a) on the ultimate strength is performed. Finally, it is obtained that the use of the stainless steel presents advantages in its post-critical behavior with respect to geometrically similar panels of structural steel, allowing the structural optimization of slender beams for bridges.

Longitudinally stiffened I-girders are commonly used to build incrementally launched steel bridges. During the bridge launching, the girders are subjected to concentrated loading at the support points. These loads are generally larger than those the structure would sustain once located in its final operating position. Numerical studies have considered girder segments subjected to concentrated loading where the boundaries are simulated by kinematic constraints. It represents rigid body conditions where elements at the supported end are allowed only to rotate about an axis perpendicular to the girder web. The load is applied on the girder flange along a small length compared to the total width of the evaluated segment. This paper is aimed at investigating the validity of this hypothesis for longer lengths of the applied load. Herein, the ultimate load of a stiffened girder is determined through finite element modeling, considering the boundaries conditions in two different ways: (1) considering kinematic constraints; and (2) simulating a transverse stiffener. In addition, the used model considers the plastic behavior of the material, the existence of imperfections in the web of the girder and the effects of large deformations. The results show that for short length loadings both hypotheses yield similar results. However, as the loading length increases, significant differences in the results are observed. En la actualidad se utilizan vigas rigidizadas longitudinalmente en el lanzamiento de puentes mediante el método de voladizos sucesivos. Durante el lanzamiento las vigas son sometidas a cargas concentradas en los puntos de apoyo. Estas cargas son generalmente mayores a aquellas que soportaría la estructura una vez ubicada en su posición final de funcionamiento. En estudios numéricos se han analizado segmentos de vigas sometidos a cargas concentradas cuyos extremos son modelados considerando restricciones cinemáticas que simulan condiciones de cuerpo rígido. Los elementos en los bordes de la estructura son restringidos cinemáticamente permitiendo sólo la rotación con respecto a un eje perpendicular al alma de la viga. La carga se aplica sobre el ala de la viga a lo largo de una pequeña longitud en comparación con el ancho total del segmento bajo estudio. El objetivo de este trabajo es verificar la validez de dicha hipótesis para grandes longitudes de carga aplicada. La carga última de la viga rigidizada se determina mediante un análisis por elementos finitos modelando los extremos de la viga de dos maneras: (1) considerando restricciones cinemáticas, y (2) simulando un rigidizador transversal. El modelo también considera el comportamiento plástico del material, la existencia de imperfecciones en el alma de la viga y los efectos de grandes deformaciones. Los resultados muestran que para cargas aplicadas sobre longitudes cortas ambas hipótesis arrojan resultados similares, sin embargo al aumentar la longitud de carga ambos resultados divergen.

Neste trabalho é feita uma análise teórica sobre o comportamento de vigas esbeltas. Uma viga esbelta foi dimensionada com base nos critérios da norma americana Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design (AISC, 1994), e depois verificada pela norma brasileira NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (método dos estados limites) (ABNT, 1986), pelo projeto de revisão da norma brasileira Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios (ABNT, 2003), pelo projeto de revisão da norma brasileira Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (ABNT, 2007) e pela norma européia Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for buildings (CEN, 1992). PFEIL (1989) dimensionou uma viga esbelta utilizando a norma brasileira NBR 8800/86. As dimensões calculadas foram verificadas pelas normas citadas. NARAYANAN (1992 apud OWENS, KNOWLES E DOWLING, 1992) dimensionou uma viga esbelta utilizando a norma britânica BS 5950: Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design in simple and continuous construction: hot rolled sections (BSI, 1990), a qual foi também verificada pelas normas citadas. Também foram consideradas análises teóricas relativas ao cálculo de vigas esbeltas apresentadas por diversos autores. O objetivo principal é avaliar os critérios utilizados pelas normas para o cálculo de vigas esbeltas. A partir dos resultados obtidos, para as vigas analisadas, pelas normas e pelas teorias existentes, foi feita uma análise comparativa entre os critérios utilizados pelas normas. A conclusão a que se pôde chegar é que a norma brasileira e seus projetos de revisão apresentam critérios idênticos aos da norma americana para o cálculo de vigas esbeltas. A norma européia apresenta critérios um pouco diferenciados dos critérios da norma americana, mas fornecem resultados aproximados entre si. As teorias utilizadas também forneceram resultados aproximados dos resultados obtidos pelas normas. This work contains a theoretical analysis of the behavior of plate girders. A plate girder has been calculated based on the criteria of the American standard Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design (AISC, 1994), and checked by the Brazilian standard NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (método dos estados limites) (ABNT, 1986), the revision project of the Brazilian standard Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios (ABNT, 2003), the revision project of the Brazilian standard Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (ABNT, 2007) and the European standard Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for buildings (CEN, 1992). PFEIL (1989) has calculated a plate girder by using the Brazilian standard NBR 8800/86. The calculated dimension have been checked by the mentioned standards. NARAYANAN (1992 apud OWENS, KNOWLES E DOWLING, 1992) has dimensioned a plate girder by using the British standard BS 5950: Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design in simple and continuous construction: hot rolled sections (BSI, 1990), which has also been checked by the mentioned standards. Furthermore, theoretical analyses related to the calculus of plate girders presented by many authors have been considered. The main goal is to assess the criteria utilized by the standards for the calculus of plate girders. From the obtained results, for the checked girders, by the standards and related theories, a comparative analysis among the utilized criteria by the standards has been made. The reached conclusion is that the Brazilian standard and its revision projects has identical criteria compared to the American standard for the calculus of plate girders. The European standard presents slightly different criteria compared to the American standard; however, both provide close results one compared to another. The theories utilized have also provided close results from those obtained by the standards.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A utilização de vigas esbeltas de aço é alternativa favorável ao dimensionamento estrutural de pontes e viadutos, uma vez que proporciona alta resistência e baixo consumo de material. Entretanto, a elevada esbeltez de seus elementos é responsável por ocasionar problemas de instabilidade estrutural. Como solução, enrijecedores longitudinais são aplicados ao longo de placas que constituem almas esbeltas de perfis metálicos, aumentando a resistência ao fenômeno de flambagem. Os procedimentos existentes para calcular a tensão crítica global e, assim, indicar o início da instabilidade estrutural de placas enrijecidas, em sua maioria, são práticos, porém conservadores e pouco gerais, assim como é o caso da norma europeia EN 1993-1-5:2006 e do programa computacional EBPlate. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi compreender o comportamento de flambagem elástica e a capacidade resistente última de placas enrijecidas que compõem a alma de vigas esbeltas de aço com seção transversal do tipo I, por meio de um modelo numérico confiável. Logo, a partir da análise de flambagem elástica, a tensão crítica global para placas com um, dois e três enrijecedores longitudinais submetidas à tensão normal, ao cisalhamento e à combinação entre tensões normais e cisalhantes foi investigada. Além disso, o coeficiente de redução e a contribuição da alma para a resistência ao cisalhamento foram determinados, a partir de uma análise numérica avançada que considera imperfeições iniciais. Na sequência, os procedimentos supracitados foram avaliados, verificando-se respostas inconsistentes e superestimadas. Quando os resultados normativos são confrontados aos numéricos, os desvios chegam a ser superiores a e a presença do segundo enrijecedor chega a ser desprezada pela norma. Ao fim, este trabalho resultou em uma abordagem numérica capaz de contribuir com maior exatidão ao estudo do comportamento estrutural de placas enrijecidas longitudinalmente com diferentes geometrias e diversas configurações de enrijecedores. The use of slender steel girders is a favorable alternative to optimize the design of bridges and viaducts because it provides high resistance coupled with low material consumption. However, special attention is needed to the buckling problems related to these structures. As a solution, stiffeners are commonly applied along plate girder web panels, increasing the resistance related to the buckling. There are several possibilities to compute the elastic critical stress of stiffened plates and determine the beginning of the structural instability. Despite the existence of practical methodologies, most part of them is inaccurate and limited, such as EN 1993-1-5:2006 code and EBPlate computer program. They are also responsible for oversizing and unnecessary expenses. Therefore, it was aimed to comprehend the critical and post-critical behavior of longitudinally stiffened web panels of slender steel I-girders. For this, a consistent numerical model was proposed, ensuring the reliability in correspondence to the real behavior of the structure. In this sense, a linear buckling analysis was performed to calculate the global critical stresses of plates stiffened by one, two or three longitudinal stiffeners and subjected to bending, shear and interaction of both. Furthermore, the reduction factor and the contribution from the web to the design shear resistance were measured by a geometrically and materially nonlinear analysis with initial imperfections (GMNIA). Then, the numerical model was confronted with the aforementioned approaches. In general, they set an inconsistent and overestimated analysis. The deviation surpassed 40% to the safe side. Moreover, the code even disregarded the presence of the second stiffener, leading to lower critical global stresses than in cases of plates stiffened by just one stiffener. At the end, this work resulted in a numerical approach capable to contribute for an in-depth study about the structural behavior of longitudinally stiffened plates, covering a large range of geometries with diverse stiffener configurations.

En la construcción tradicional de puentes mixtos acero-concreto cuya estructura consiste en vigas tipo placa, las losas de hormigón de las cubiertas son a menudo vaciadas antes del ensamblaje. Siendo estas estructuras de espesor delgado reforzadas con rigidizadores longitudinales para incrementar la resistencia a corte y pandeo, y soportar las fuerzas presentes durante la erección del puente. Estos rigidizadores también proveen una mejora a la resistencia de carga concentrada. En la literatura, en muchos estudios se ha investigado el comportamiento del pandeo lineal de vigas esbeltas simplemente apoyadas sometidas a carga concentrada, demostrando que la resistencia a carga crítica aumenta con el uso de rigidizadores longitudinales. Por otra parte, también se ha demostrado que un rigidizador colocado a una quinta parte de la altura de la viga aumenta considerablemente la resistencia a carga crítica de una viga sometida a carga concentrada. Sin embargo, en estos estudios la carga concentrada solamente es aplicada usando un rango limitado de valores. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo es investigar la influencia de la longitud de carga sobre el coeficiente de pandeo, en vigas esbeltas con un rigidizador longitudinal sujetas a carga concentrada. Los coeficientes de pandeo serán calculados numéricamente por medio de un análisis lineal en elementos finitos, la carga concentrada se variará con el propósito de estudiar diferentes casos de gran longitud. Los resultados muestran que el coeficiente de pandeo incrementa con la longitud de carga para diferentes relaciones de aspecto de la viga.

Durante la erección de puentes de acero usando el método de empujes sucesivos, el ensamble de la cubierta se mueve a través de las zapatas de desplazamiento y también sobre cada pila de soporte. Como resultado de esto se genera una reacción vertical que actúa sobre la aleta de la viga, transmitiendo esta fuerza al alma de la viga lo que puede inducir un pandeo localizado. Para evitar este problema de inestabilidad, una alternativa es el uso de rigidizadores longitudinales. En la práctica las vigas esbeltas hacen uso de múltiples rigidizadores para incrementar su resistencia a corte y flexión. En la literatura la influencia de un solo rigidizador sobre la resistencia a cargas concentradas en vigas esbeltas ha sido ampliamente investigada, sin embargo el impacto de múltiples rigidizadores longitudinales y grandes cargas concentradas ha recibido poca atención. Por lo tanto el objetivo de este trabajo se enfoca en estudiar la influencia de rigidez a flexión y posición relativa de los rigidizadores sobre la carga critica de pandeo de una viga con rigidización múltiple. La carga crítica es calculada por medio de un análisis por Elementos Finitos. Igualmente, se realizará un análisis paramétrico para determinar la influencia de los parámetros geométricos así como de la longitud de carga y varias relaciones de aspecto.

Uno de los métodos de ensamblaje de puentes de acero más utilizados en la actualidad es el Método de Lanzamiento por Empujes Sucesivos, también abreviado como ILM por sus siglas en ingles. Su aplicación práctica consiste en pasar el ensamblaje de puentes a través de las zapatas de lanzamiento, así como sobre cada pila de soporte. Para vigas de acero se genera una reacción vertical de carga concentrada sobre una de las aletas cuando se emplea ILM, y dependiendo de las propiedades geométricas y de material de la viga esto puede ocasionar una falla de pandeo localizado sobre el alma. Para evitar este tipo de fallas, las vigas son reforzadas con rigidizadores longitudinales. Muchas investigaciones han estudiado la influencia de diferentes parámetros geométricos sobre el comportamiento de pandeo elástico de vigas sujetas a carga concentrada, sin embargo, el efecto de la longitud de apoyo ha recibido poca atención. Este artículo se enfoca en investigar la influencia de la longitud de apoyo en el comportamiento de pandeo elástico de vigas esbeltas con rigidización longitudinal sujetas a carga concentrada. El coeficiente de pandeo de las vigas esbeltas rigidizadas longitudinalmente fue calculado por medio análisis lineal por elementos finitos. Para ello se realizó un estudio paramétrico con el propósito de evaluar la influencia de otras variables adicionales como la relación de aspecto del panel y las propiedades geométricas de los rigidizadores sobre el coeficiente de pandeo. Los resultados muestran que para una viga rigidizada longitudinalmente el coeficiente de pandeo incrementa con la longitud de carga. Sin embargo, este incremento se ve considerablemente afectado por otros factores tales como la posición del rigidizador y la relación de aspecto del panel.