Numerical and experimental analysis of the steel-concrete interface behavior of composite slabs

Autor: Yury Ouriques Rodrigues
Přispěvatelé: Ana Lucia Homce de Cresce El Debs, Silvana de Nardin, Pedro Colmar Gonçalves da Silva Vellasco
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: Dentre os possíveis modos de ruptura de lajes mistas, a falha por cisalhamento longitudinal da interface aço-concreto é o mais dominante. Para cada tipo de fôrma de aço os métodos normativos requerem a avaliação experimental da capacidade resistente ao cisalhamento longitudinal por meio de uma série de ensaios de protótipos em escala real. Esse procedimento torna onerosa e demorada a caracterização de lajes mistas, além de não permitirem a análise específica de todas as variáveis envolvidas. Diante disso, o presente trabalho consiste em um estudo numérico e experimental da interface aço-concreto de uma laje mista, com ênfase na aplicação do ensaio de modelos de pequenas dimensões denominado slip-block. A análise experimental contemplou a realização de quatro ensaios slip-block e de dois ensaios flexão de lajes mistas em escala real. Desenvolveu-se uma nova metodologia para caracterização qualitativa e quantitativa da interface, que empregou o ensaio slip-block e permitiu correlacionar seu comportamento de acordo com a configuração da fôrma de aço. Além disso, foi possível correlacionar os resultados fornecidos por essa metodologia com os obtidos por meio do ensaio de flexão. A análise numérica utilizou o pacote computacional DIANA® e consistiu na simulação dos dois tipos de ensaios realizados, em que o modelo da interface aço-concreto foi configurado utilizando os parâmetros experimentais provenientes da metodologia proposta. No caso do modelo numérico do ensaio slip-block, o emprego direto desses parâmetros resultou em um modelo representativo com excelente precisão. Uma estratégia para simulação do ensaio de flexão da laje mista foi desenvolvida para aplicar esses parâmetros de modo a contemplar os efeitos da flexão e da assimetria longitudinal da fôrma de aço utilizada, que resultou em um modelo numérico consistente e representativo. A análise paramétrica realizada sobre a espessura da capa de concreto, a espessura da fôrma de aço, o comprimento efetivo da laje mista e a resistência ao escoamento do aço permitiu verificar como cada uma dessas variáveis influencia o comportamento estrutural da laje. Concluiu-se que a metodologia desenvolvida para caracterização da interface aço-concreto de lajes mistas é consistente, possui baixo custo, pode ser utilizada para o desenvolvimento de fôrmas de aço e, aliada à estratégia de simulação numérica proposta, permite um indicativo do comportamento de lajes mistas. The longitudinal shear failure in the steel-concrete interface is the most common type of rupture in the composite slabs. The experimental assessment of the longitudinal shear resistance involves normative proceedings for each type of steel sheeting that require a series of full-scale tests. It makes the composite slabs characterization costly and time-consuming. In addition, to do not allow the specific analysis of all the variables involved. In this context, the present work consists of numerical and experimental study of the steel-concrete interface of a composite slab, with an emphasis on the application of the small-scale test called slip-block. The experimental analysis included the performance of four slip-block tests and two full-scale bending tests of composite slabs. A new methodology was developed for qualitative and quantitative characterization of the interface. The slip-block test allowed correlating its behaviour according to the geometry of the steel sheeting. Such methodology also provided the correlation of the results with those obtained in the full-scale bending tests. The numerical analysis of the two experimental tests was performed with the DIANA® computational package. The configuration of the parameters related to the steel-concrete interface were resulted from the experimental tests. In the numerical model of a slip-block test such procedure resulted in an adequate representative model with satisfactory accuracy. A strategy was developed for simulating the full-scale bedding test of the composite slab to apply these parameters to contemplate the effects of bending and the longitudinal asymmetry of the steel sheeting. The results of the numerical model were consistent and representative. The parametric analysis carried out taken into account the variation of the thickness of the concrete and the steel sheeting, besides the effective length of the composite slab and the steel yield stress. Such parametric study allowed verifying the influences of each parameter in the structural behaviour of the slab. Finally, it was concluded that the methodology developed to characterize the steel-concrete interface of composite slabs is consistent and has a low cost. Therefore, it can be used in the development stage of steel sheeting. In addition, this new methodology aligned with the proposed numerical simulation strategy provides an adequate knowledgement of the behaviour of the composite steel-concrete slabs.
Databáze: OpenAIRE
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