Análise numérica de cascas de concreto ligadas com conexão deformável a vigas de aço usando elementos finitos de casca e interface.

Abstract

Com o crescente uso do aço na construção civil no Brasil, em especial na confecção de pilares e vigas em edifícios de múltiplos andares, é cada vez mais comum a presença de elementos mistos formados pela associação mecânica entre elementos de superfície de concreto e vigas de aço na construção civil. Geralmente essa associação mecânica é feita por conectores soldados ao elemento de aço e envolvidos pelo elemento de concreto. Devido à deformabilidade existente na ligação surgem deslocamentos relativos entre os elementos conectados. Esses deslocamentos poderão ser mais ou menos significativos dependendo da rigidez da ligação, ou seja, do número e do tipo de conectores utilizados. Nesse trabalho foram desenvolvidos três elementos finitos de interface capazes de associar elementos planos de casca em três diferentes combinações: elementos em planos paralelos sobrepostos; planos ortogonais; e elementos paralelos pertencentes ao mesmo plano. Esses elementos de interface podem ser utilizados para evitar a sobreposição de áreas, ou alteração das dimensões da seção transversal, quando se utiliza um modelo de discretização em elementos de casca para uma análise estrutural qualquer. Eles também têm a função de ligar os elementos de cascas de uma seção mista e simular o comportamento mecânico da conexão deformável. Os elementos de interface deverão ter graus de liberdade compatíveis com os graus de liberdade dos elementos de cascas aos quais serão conectados. Nesse trabalho será utilizado o elemento de casca com nove nós, o elemento unidimensional e bidimensional de interface de seis nós e dezoito nós, respectivamente, sendo todos com cinco graus de liberdade por nó (a nível local). Para viabilizar a montagem do arquivo de entrada de dados usando os elementos finitos propostos, foi desenvolvido um gerador de malha de elementos finitos. Por exemplo, para o caso de uma viga mista, definida a superfície de concreto, sua espessura, as posições das vigas de aço, forma e dimensões de sua seção transversal, o gerador de malha irá discretizar em elementos de casca a superfície de concreto e as vigas de aço inserindo elementos de interface nas regiões de contato entre as vigas de aço e a superfície de concreto. Na validação dos elementos implementados foram utilizadas soluções analíticas, resultados numéricos obtidos de softwares comerciais e resultados experimentais e numéricos da literatura.