Modelação 3D do comportamento de ligações viga-pilar de estruturas porticadas de betão armado

Abstract

As ligações viga-pilar de estruturas porticadas quando submetidas a ações horizontais são solicitadas por elevados esforços de corte, sendo os seus efeitos particularmente relevantes em estruturas de betão armado. Como tal, em situação sísmica, estes elementos são frequentemente condicionantes para a capacidade resistente da estrutura.A presente dissertação engloba uma revisão bibliográfica onde foram estudados trabalhos relativos ao comportamento de ligações viga-pilar de estruturas porticadas de betão armado, tendo-se constatado que os modelos existentes na literatura para modelar estes elementos se destinam exclusivamente à análise de estruturas planas.A capacidade computacional dos equipamentos usados atualmente no cálculo de estruturas permite realizar com facilidade análises estruturais complexas. Deste modo, um dos vetores de investigação na área estrutural passa pelo desenvolvimento de modelos estruturais para campos de esforços tridimensionais. O estudo desenvolvido foca-se no comportamento das ligações viga-pilar de estruturas de betão armado, considerando o feito combinado das forças de corte horizontais atuantes nas duas direções ortogonais.Para o efeito, são analisadas duas substruturas com ligações viga-pilar – interior e de extremidade – à escala real, com recurso ao programa numérico de elementos finitos ATENA 3D, submetidas a esforços induzidos por dois pórticos ortogonais.Os resultados obtidos demonstram que a existência de esforços nas duas direções ortogonais condiciona significativamente a resistência e rigidez das ligações viga-pilar e que, portanto, deve ser tida em consideração na conceção e dimensionamento das estruturas porticadas de betão armado.Palavras-chave: ligação viga-pilar; estruturas porticadas; betão armado; ações horizontais bidirecionais; elementos finitos; ATENA 3D.

The horizontal forces in moment resistant reinforced concrete framed structures may lead to high shear demands beam-column joints. Accordingly, in seismic conditions, these elements are often critical for the load capacity of the structure. In this study a bibliographical review was carried out about the behavior of reinforced concrete beam-column joints in moment resistant framed structures. The review showed that the models available in the literature for these elements do not account with the biaxial behavior that these elements usually face.The computational capacity of equipment currently used in the design of structures makes it easy to carry out complex analyzes. Thus, nowadays one of the research vectors in the structural concrete area is the development of models for elements under three-dimensional stress fields. The study reported in this thesis deals with the behavior of reinforced concrete beam-column joints considering the combined effect of the horizontal shear forces acting in the two orthogonal directions.For this purpose, two substructures with beam-column joints, interior and exterior, subjected to stresses-fields coming from two orthogonal beams, are analyzed using the finite element analysis program ATENA 3D.The results show that the simultaneous presence of biaxial loads significantly influences the strength and stiffness of reinforced beam-column joints. Accordingly, the biaxial interation in these elements must be taken into account in their design.Keywords: beam-column joint; reinforced concrete; framed structures; bidirectional horizontal actions; finite element; ATENA 3D.