Comportamento de vigas mistas com protensão externa nas regiões de momento positivo

Ribeiro, Karla Demoner; Turini, Thiago Tononi; Luchi, Lorenzo Augusto Ruschi e; Calenzani, Adenilcia Fernanda Groberio

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Revista IBRACON de Estruturas e Materiais

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Sumário

ORIGINAL ARTICLE • Rev. IBRACON Estrut. Mater. 14 (4) • 2021 • https://doi.org/10.1590/S1983-41952021000400005 copiar

Comportamento de vigas mistas com protensão externa nas regiões de momento positivo

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

A protensão em estruturas mistas de aço e concreto é pouco utilizada pela falta de normas e formulações claras sobre o assunto. Esse trabalho visa apresentar metodologias de análise e dimensionamento de vigas biapoiadas mistas de aço e concreto com protensão externa e cabo de traçado reto (pré-tração). Um programa computacional que efetua a análise e o dimensionamento dessas vigas foi elaborado com base em duas metodologias distintas: a da ABNT NBR 8800:2008, de vigas mistas compactas, ajustada para incluir os efeitos da força de protensão e uma segunda, extraída da literatura internacional, em que o dimensionamento é feito por meio da verificação das tensões atuantes. Noventa vigas mistas protendidas e trinta sem protensão foram calculadas por meio do programa computacional desenvolvido para avaliar a influência do comprimento do vão, do grau de monossimetria da seção transversal do perfil de aço e da excentricidade da força de protensão na capacidade resistente das vigas. Observou-se que embora a protensão gere uma melhora considerável no comportamento à flexão, a força de protensão introduz altas tensões de compressão no perfil de aço, por isso a eficiência da protensão foi comprovada apenas nos casos de vigas mistas com perfil de aço duplamente simétrico.

Palavras-chave:
vigas mistas de aço e concreto protendidas. metodologias de dimensionamento. protensão externa. programa computacional.

Loads	Before Concrete Casting	After Concrete Casting
Weight of the steel beam ( $g_{1}$ )	$γ_{g 1}^{'}$ = 1.15	$γ_{g 1}$ = 1.25
Prestressing force on steel tendons ( $P$ )	$γ_{g 2}^{'}$ = 1.20	$γ_{g 2}$ = 1.20
Weight of the concrete slab ( $g_{3}$ )	$γ_{g 3}^{'}$ = 1.25	$γ_{g 3}$ = 1.35
Serviceability dead load ( $g_{5}$ )	-	$γ_{g 5}$ = 1.35
Serviceability live load ( $q_{6}$ )	-	$γ_{g 6}$ = 1.50

Verification phase	Loads	U.L.S Verification
1^st Phase: Steel Beam	q₁ – Weight of the steel beam	- Compression $(N_{S d 1} \leq N_{R d 1})$ ;
	P – Prestressing force on tendons	- Bending Moment $(M_{S d 1} \leq M_{R d 1})$ ;
	q₃ – Weight of the concrete slab	- Shear force $(V_{S d 1} \leq V_{R d 1})$ ;
	ΔP₄ - Increment of prestressing force due to concrete the weight of the concrete slab	- Flexure-compression Interaction
2^nd Phase: Prestressed steel-concrete composite beam t = 0	Including 1^st phase loads
	q₅ – Serviceability dead load	- Compression $(N_{S d 2} \leq N_{R d 2})$ ;
	q₆ – Serviceability live load	- Bending Moment $(M_{S d 2} \leq M_{R d 2})$ ;
	ΔP₇ - Increment of prestressing force due to serviceability dead load	- Shear force $(V_{S d 2} \leq V_{R d 2})$ ;
$n = \frac{E_{a}}{E_{c}}$	ΔP₈ - Increment of prestressing force due to serviceability live load	- Flexure-compression Interaction
3^rd Phase: Prestressed steel-concrete composite beam t = ∞	Including 1^st and 2^nd phase loads	- Compression $(N_{S d 3} \leq N_{R d 3})$ ;
3^rd Phase: Prestressed steel-concrete composite beam t = ∞	q₉ – Concrete slab shrinkage	- Bending Moment $(M_{S d 3} \leq M_{R d 3})$ ;
$n = \frac{3 E_{a}}{E_{c}}$		- Flexure-compression Interaction

Verification phase	1^st Fase: Steel Beam	2^nd Fase: Prestressed steel-concrete composite beam
Verification phase	1^st Fase: Steel Beam	t = 0 and $n = \frac{E_{a}}{E_{c}}$	t = ∞ and $n = \frac{3 E_{a}}{E_{c}}$
Loads	q₁ – Weight of the steel beam	q₆ – Serviceability live load	q₅ – Serviceability dead load
	P – Prestressing force on tendons	ΔP₈ - Increment of prestressing force due to serviceability live load	ΔP₇ - Increment of prestressing force due to serviceability dead load
	q₃ – Weight of the concrete slab
	ΔP₄ - - Increment of prestressing force due to the weight of the concrete slab
Verifications S.L.S	Immediate deflection: $(δ_{1})$	Short term deflection: $(δ_{2})$	Long term deflection: $(δ_{3})$ .
Verifications S.L.S	Total deflection: $δ_{t o t a l} = δ_{1} + δ_{2} + δ_{3} \leq \frac{L}{350}$

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[1] Corresponding author: Adenilcia Fernanda Groberio Calenzani. E-mail: afcalenzani@gmail.com

(1)	$g_{1}$ – Weight of the steel beam
(2)	$P$ – Prestressing force on steel tendons
(3)	$g_{3}$ – Weight of the concrete slab
(4)	$Δ P_{4}$ - Increment of prestressing force due to the weight of the concrete slab
(5)	$g_{5}$ – Serviceability dead load
(6)	$q_{6}$ – Serviceability live load
(7)	$Δ P_{7}$ - - Increment of prestressing force due to serviceability dead load
(8)	$Δ P_{8}$ - - Increment of prestressing force due to serviceability live load
(9)	$P_{9}$ – Concrete slab shrinkage