Encurvadura lateral em vigas mistas

Abstract

As vigas mistas aço-betão constituem um dos principais elementos estruturais em estruturas mistas. Estas vigas são geralmente compostas por perfis abertos em I ou H, ligados por conectores ao pavimento em betão armado ou em laje mista com chapa colaborante. Na fase definitiva o banzo superior é lateralmente restringido pelo pavimento o que elimina completamente os fenómenos de encurvadura lateral. A encurvadura lateral em vigas mistas restringe-se às zonas de momento flector negativo, junto aos apoios de continuidade em vigas contínuas; devido à restrição do banzo superior, este fenómeno é significativamente diferente do verificado em vigas metálicas com secções abertas. Apesar de a regulamentação europeia (em particular o Eurocódigo 4) fornecer algumas regras simplificadas para assegurar a resistência à encurvadura lateral, fora do âmbito de aplicação destas regras é necessário aplicar um procedimento geral que envolve o cálculo prévio do momento crítico. A formulação atualmente disponível para efetuar este cálculo é bastante complexa pois depende de diversos fatores como as dimensões e forma da secção metálica, tipologia e rigidez transversal do pavimento, entre outras. No presente trabalho pretende-se numa primeira fase fazer uma abordagem teórica sobre o fenómeno de encurvadura lateral em vigas mistas aço-betão e uma recolha das metodologias disponíveis para o cálculo do momento critico. Numa segunda fase pretende-se desenvolver uma ferramenta de cálculo automático (folha Excel) que permita o cálculo do momento crítico em vigas mistas contínuas, considerando diversas configurações para a parte metálica e para o pavimento em betão

Composite steel-concrete beams are one of the main structural elements in composite beams. These beams are generally composed by open sections such as I or H, connected by stubs to the concrete floor or in composite slab with cooperating plate. In the final stage of construction the top flange is laterally restrained by the floor which eliminates completely lateral buckling phenomenon. Lateral-torsional buckling in composite beams occurs only in zones of hogging moment, near the middle supports of the continuous composite beam. Due the restriction of the top flanges, this phenomenon is significantly different than what is verified in open sections in steel structures. Although the European regulation (Eurocode 4 in particular) provides some simplified rules to ensure resistance to lateral-torsional buckling, outside the scope of the application of these rules it is necessary to apply a general procedure in which calculation of the elastic critical moment is required. The current formulation available to carry out this calculation is very complex as it depends of various factors such as the dimensions and the shape of the steel section, the type of the floor, among others. In this document it is intended in a first stage to provide a theoretical approach about the lateral buckling phenomenon in composite beams steel-concrete and to describe a collection of different available methods for the critical moment calculation. In a second stage it is intended to develop an automatic calculation tool (Excel sheet) that allows the critical moment calculation for composite beams, considering several setups for the steel part as well as for the concrete floor.