Estudo de vigas híbridas vidro-aço

Abstract

O tema aborda o estudo de vigas híbridas vidro-aço, um sistema relativamente inovador e com claras vantagens estéticas. Para além disso, fornece um bom equilíbrio entre alta capacidade de carga, viabilidade de conexão fácil e transparência. As vigas híbridas são elementos de construção inovadores que podem ser aplicáveis como elementos estruturais, em vigas e pilares, e elementos de fachada. O trabalho contém uma componente analítica, uma componente experimental e uma componente numérica, com recurso ao programa de elementos finitos “ABAQUS”. Foram realizados ensaios de vigas híbridas com a alma em vidro laminado e os banzos em aço, ligados por sistemas de adesivos, também estudados no âmbito desta tese. Na primeira fase fizeram-se ensaios à escala reduzida do material interveniente no sistema estrutural em estudo para caracterizar o comportamento reológico do mesmo, ou seja, o aço, o vidro e o sistema de ligação entre a alma de vidro e os banzos em aço. Na segunda fase ensaiaram-se, à escala real, vigas híbridas até à rotura através de ensaios à flexão de 4 pontos. As conclusões foram definidas com base nos resultados obtidos experimentalmente, numericamente e analiticamente, sendo realizado uma comparação desses mesmos resultados. Os resultados obtidos mostram que nos sistemas híbridos, a inclusão do reforço em aço permite ultrapassar as desvantagens inerentes à utilização das vigas de vidro simples, modificando-lhes o comportamento em três requisitos relevantes para a segurança das estruturas, a saber: incremento da resistência; introdução de rotura dúctil, com aumento significativo deformação após a fendilhação inicial do vidro; evitar o colapso explosivo do vidro.

The work developed during this thesis is related with the characterization of hybrid glass-steel beams, which is a relatively innovative system with several aesthetic advantages. Besides the visual properties this hybrid system provides a good balance between high load capacity, easy connection viability and transparency. These hybrid beams are innovative construction elements that can be applied as structural elements, pillars, beams and facade elements. This work contains an analytical, experimental and numeric component that were developed using a program of finite elements, “ABAQUS”. The experiments were performed with hybrid beams in which the web is made out of plate glass and the flanges are made out of steel, connected by adhesive systems, which were also studied in this thesis work. In a first phase experiments at a small scale were performed to the material composing the structural system to characterize its rheological behaviour. Such materials include the steel, plate glass and the connection system between the glass web and the steel flanges. In a second phase the experiments were performed at a real scale in which the hybrid beams were brought to rupture through 4 points flection experiments. Final conclusions were obtained through the results obtained in the experimental, numerical and analytic analysis and their comparison. The results show that the inclusion of a steel reinforcement in the hybrid system surpasses the intrinsic disadvantages related with the use of simple glass beams. This reinforcement modifies three relevant behaviours of the beam that are important for the security of structures, such as: resistance increase; introduction of ductile rupture with the significant increase of deformation after initial cracking of the glass; avoiding the explosive collapse of the glass