[en] AN INVESTIGATION OF ANGELINA BEAMS FAILURE MODES AND THE DEVELOPMENT OF A NEW APPROACH FOR THEIR ASSESSMENT

[pt] INVESTIGAÇÃO DOS MODOS DE FALHA DE VIGAS ANGELINAS E DESENVOLVIMENTO DE UM NOVO MÉTODO PARA SUA AVALIAÇÃO

[pt] GABRIELA DE MORAIS FRANCA

[pt] ESTABILIDADE ESTRUTURAL

[pt] FUROS NA ALMA

[pt] VIGAS ANGELINA

[pt] VIGAS CASTELADAS

[pt] FLAMBAGEM LOCAL

[en] STRUCTURAL STABILITY

[en] WEB OPENINGS

[en] ANGELINA BEAM

[en] CASTELLATED BEAMS

[en] LOCAL INSTABILITY

[pt] O objetivo desta pesquisa é investigar o modo de falha da viga Angelina submetida à flexão e propor um método simplificado para verificar a capacidade de carga para cada um dos quatro modos de colapso. Análise por elementos finitos foi realizada em quatro vigas Angelinas com seções transversais diferentes. As vigas foram submetidas à flexão em quatro pontos, considerando vão grandes e pequenos. Os resultados mostraram que a medida que a esbeltes aumenta, o mecanismo de Vierendeel e a plastificação dos tês tendem a interagir com a flambagem do montante de alma e flambagem torsional do tê. Além disso, as análises não lineares mostraram que existe um caminho de tensões principais nas vigas Angelinas, os quais inspiraram o desenvolvimento de um modelo simplificado bidimensional para estimar sua capacidade. O cálculo da capacidade de carga do modelo simplificado inclui a implementação do modelo de bielas e tirantes para verificar a carga crítica das barras e a avaliação dos resultados não lineares da ferramenta SAP2000 para obter a carga plástica. A similaridade observada entre as curvas de carga e deslocamento do modelo simplificado e do modelo de elementos finitos explica o processo de redistribuição de tensões e formação de rótulas plásticas observadas na análise não linear no ABAQUS. Apesar de muitos artigos caracterizarem o mecanismo de Vierendeel como a formação de quatro rótulas plásticas nas bordas dos furos, este estudo mostra que existe uma redistribuição de tensões após a plastificação inicial e que a condição última acontece em apenas duas seções críticas.

[en] The aim of this research is to investigate the failure modes of typical Angelina beams subject to bending and to propose a simplified approach to assess the ultimate load to each of the relevant collapse modes. Finite element analyses were conducted in four Angelina beams with different cross sections. The beams were subjected to four-point bending load, and both short and long spans were considered. Results show that as slenderness increases, the Vierendeel mechanism and plastification of tees tend to interact with webpost buckling and tee torsional buckling. Also, nonlinear finite element analyses revealed a unique principal stress pattern in Angelina beams that inspired the development of a simple two-dimensional model to estimate Angelina beam capacity. The calculation of beam capacity in the simplified model include the implementation of the strut and tie model to verify the buckling capacity of critical members and the evaluation of nonlinear analyses results in the structural analysis program SAP 2000 to obtain the plastic load. The similarity observed between load-displacement curves of the finite element model and the simplified model explains the process of stress redistribution and hinges formation observed in the material nonlinear analyses performed using the finite element program ABAQUS. Although many authors have characterized the Vierendeel mechanism as the formation of four plastic hinges at openings corners, this study concluded that for the studies Angelina beams there is a stress redistribution after the initial yielding and that the final failure condition happens at two critical sections.

ELISA DOMINGUEZ SOTELINO

DANIEL CARLOS TAISSUM CARDOSO

RAUL ROSAS E SILVA

EDUARDO DE MIRANDA BATISTA

ELISA DOMINGUEZ SOTELINO

DANIEL CARLOS TAISSUM CARDOSO

2022-02-08

2018-12-17

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