Avaliação experimental e numérica da resistência ao esforço transverso em lajes mistas

Abstract

As lajes mistas aço-betão com cofragem perfilada são utilizadas com muita frequência na conceção de estruturas metálicas e mistas. A crescente utilização desta solução estrutural deve-se às inúmeras vantagens que apresenta, como sejam: o seu peso reduzido por serem fabricadas com chapa fina, a rapidez de montagem e a dispensa de cofragem perdida. Em Portugal tem-se assistido a esta tendência, existindo já diversas empresas no mercado nacional a produzir este tipo de componente estrutural.O dimensionamento deste tipo de componente estrutural está previsto no Eurocódigo 4, documento onde são apresentadas formulações para verificações dos diversos modos de colapso possíveis. Tendo em conta alguns estudos experimentais e analíticos efetuados, verifica-se que o modelo de cálculo da resistência ao esforço transverso vertical previsto na atual versão do Eurocódigo 4 é bastante conservador, levando a um sobredimensionamento excessivo das lajes mistas, mesmo para vãos da ordem dos 4 a 6 m, não permitindo tirar vantagem das reais capacidades deste tipo de componente. Por conseguinte, e enquadrado com um projeto de investigação atualmente em decurso no DEC em colaboração com uma empresa portuguesa produtora de chapas, pretende-se efetuar um estudo crítico do modelo de verificação do esforço transverso vertical e eventualmente desenvolver uma nova proposta.Este estudo inclui uma pesquisa bibliográfica aprofundada, a realização de ensaios experimentas e estudos numéricos pelo método dos elementos fintos em lajes com vãos curtos e diversas condições de ligação entre a chapa de aço e o betão.

Steel-concrete composite slabs, as profile formwork, are used very frequently in steel and composite structures design. The growing use of this structural solution is due to the innumerable advantages it showcases, such as: its reduced weight given the thin steel sheet, quick assembly times, and the inexistence of wasted formwork. This tendency has been increasing in Portugal, with multiple companies in the national market already producing and commercializing this structural component.Eurocode 4 covers the design of this type of structural component, presenting formulations for verifying the diverse rupture modes possibilities. Taking into account some experimental and analytical studies, it is verifiable the calculation model for vertical shear, provided in the current version of Eurocode 4, is quite conservative. This doesn’t allow to take full advantage of the real capacity of this sort of component, leading to an over-sizing in composite slabs’ calculations, even to spans between 4 and 6 meters. Consequently, this dissertation aims at presenting a critical study of the calculation model for resistant vertical shear effort and at developing a new formulation proposition. This work is integrated into an investigation project currently being developed at DEC in collaboration with a Portuguese company which produces steel profiled sheeting.An extensive bibliographical research, experimental tests, and Finite Element Method numerical studies on short span slabs with various geometries are comprised in the present work.