As vigas mistas de aço e concreto são elementos estruturais que resultam da associação de um perfil de aço laminado, formado a frio ou soldado, e de uma laje de concreto podendo esta ser moldada in loco, pré-fabricada ou com forma de aço incorporada. A construção de vigas mistas com laje de vigotas pré-moldadas de concreto não é prevista pela norma brasileira de dimensionamento de elementos de aço NBR 8800:2008 e poucos estudos foram realizados até o momento. Geralmente, os estudos realizados sobre vigas mistas são feitos em modelos compostos por perfil de aço e uma faixa de laje denominada largura efetiva. Neste trabalho foi desenvolvido um estudo teórico e experimental de vigas mistas fazendo parte de um pavimento tipo. O objetivo principal foi o estudo do comportamento das vigas mistas pertencentes a um pavimento tipo quando submetidas a diferentes tipos de carregamentos, distribuídos e concentrados, verificação da formação de fissuras na laje e a importância de considerar uma faixa de laje maciça na região da largura efetiva sobre as vigas. A análise numérica foi realizada utilizando o pacote comercial ANSYS e por meio das expressões de cálculo fornecidas pela norma brasileira de aço e adaptações para consideração da pré-laje de concreto. Os resultados mostraram um bom desempenho das vigas mistas comparadas com a resistência de cálculo de acordo com as expressões fornecidas pela norma para vigas mistas com pré-laje de concreto e a importância da execução de uma faixa maciça na região da largura efetiva. / The composite steel and concrete beams are structural elements witch results of association by a hot rolled, cold formed or welded steel beam and concrete slab which can be made in site, precast or with steel deck. The design of composite beams made with slab made with precast type lattice joist isn\'t anticipated by the brazilian code and a few studies has been made up to now. Usually, the studies about composite beams are made with steel beam and a concrete\'s zone called a slab\'s effective width. In this work a teorical and experimetal studies were presented with a frame\'s composite beams. The aim of this work was investigate the behaviour when differents loads, distributed and concentrated, were apllied, find out if cracks appeared and the importance of design a solid slab on the effective width\'s regions. The theorical analysis made using the code ANSYS v.10.0 and with expressions of brazilian code for composite beams with precast slabs. The results have shown a good agreement with code\'s analitical models and teh importance of design a solid slab on the effective width\'s regions.

As vigas mistas de aço e concreto são elementos estruturais que resultam da associação de um perfil de aço laminado, formado a frio ou soldado, e de uma laje de concreto podendo esta ser moldada in loco, pré-fabricada ou com forma de aço incorporada. A construção de vigas mistas com laje de vigotas pré-moldadas de concreto não é prevista pela norma brasileira de dimensionamento de elementos de aço NBR 8800:2008 e poucos estudos foram realizados até o momento. Geralmente, os estudos realizados sobre vigas mistas são feitos em modelos compostos por perfil de aço e uma faixa de laje denominada largura efetiva. Neste trabalho foi desenvolvido um estudo teórico e experimental de vigas mistas fazendo parte de um pavimento tipo. O objetivo principal foi o estudo do comportamento das vigas mistas pertencentes a um pavimento tipo quando submetidas a diferentes tipos de carregamentos, distribuídos e concentrados, verificação da formação de fissuras na laje e a importância de considerar uma faixa de laje maciça na região da largura efetiva sobre as vigas. A análise numérica foi realizada utilizando o pacote comercial ANSYS e por meio das expressões de cálculo fornecidas pela norma brasileira de aço e adaptações para consideração da pré-laje de concreto. Os resultados mostraram um bom desempenho das vigas mistas comparadas com a resistência de cálculo de acordo com as expressões fornecidas pela norma para vigas mistas com pré-laje de concreto e a importância da execução de uma faixa maciça na região da largura efetiva. / The composite steel and concrete beams are structural elements witch results of association by a hot rolled, cold formed or welded steel beam and concrete slab which can be made in site, precast or with steel deck. The design of composite beams made with slab made with precast type lattice joist isn\'t anticipated by the brazilian code and a few studies has been made up to now. Usually, the studies about composite beams are made with steel beam and a concrete\'s zone called a slab\'s effective width. In this work a teorical and experimetal studies were presented with a frame\'s composite beams. The aim of this work was investigate the behaviour when differents loads, distributed and concentrated, were apllied, find out if cracks appeared and the importance of design a solid slab on the effective width\'s regions. The theorical analysis made using the code ANSYS v.10.0 and with expressions of brazilian code for composite beams with precast slabs. The results have shown a good agreement with code\'s analitical models and teh importance of design a solid slab on the effective width\'s regions.

Este trabalho aborda o estudo da aderência aço-concreto em pilares mistos preenchidos através de revisão bibliográfica e de investigação experimental. De modo esquemático, a aderência é dividida em três parcelas: adesão, aderência mecânica e atrito, que em conjunto compõem a aderência natural. Adicionalmente, podem ser empregados conectores de cisalhamento, que são dispositivos mecânicos fixados nas superfícies internas dos tubos, como meio de ampliar a resistência ao escorregamento. Foram realizados ensaios do tipo pushout em alguns tipos de modelos de pilar preenchido: modelos simples, com adição de conectores tipo pino com cabeça, com cantoneiras na interface aço-concreto e semelhantes aos anteriores mais elementos de ligação. Com os resultados obtidos traçaram-se comportamentos força x escorregamento do concreto, força x deformações axiais nos materiais e curvas de distribuição de força ao longo do comprimento dos modelos. Concluiu-se que conectores tipo pino com cabeça e cantoneiras são uma excelente alternativa como dispositivos auxiliares na transferência de tensões de cisalhamento na interface aço-concreto. Entretanto, é necessário garantir resistência à ligação para que esses mecanismos sejam mobilizados / This research presents a study of influence of bond on concrete-filled steel tubes by means of a bibliography review and an experimental investigation. The bond strength counts on three mechanisms: adhesion of the concrete to the steel surface, friction and wedging of the concrete core. In order to improve the shear resistance of the steel-concrete interface, shear connectors can be used. A series of push-out tests of rectangular concrete-filled steel tubes was conducted in the specimens without mechanical shear connectors, specimens with stud bolt shear connectors and specimens with angles. They were also tested the corresponding beam-column connections. The results are shown in curves force x slip of concrete, force x axial strain of materials and distribution of axial load to the steel and to the concrete. The results of the tests permitted identify the mechanisms of natural bond and indicated that the stud bolts and the angles are excellent alternatives as auxiliary mechanisms to transfer shear between the concrete and steel in the concrete filled composite column. However, it is necessary to guarantee the connection enough strength in order to permit these resistance be developed

Usualmente, em situações práticas de projeto de lajes mistas, procura-se uniformizar ao máximo a espessura das fôrmas de aço, normalmente por razões econômicas (produção em larga escala). Entretanto, em alguns casos, há a necessidade de se especificarem algumas fôrmas com maior espessura, solução essa pouco competitiva no mercado brasileiro. Uma alternativa economicamente interessante em relação ao aumento de espessura é a inserção de armadura adicional, mantendo-se assim a espessura padrão (em geral 0,80 mm) e obtendo-se aumento da área de aço por meio de vergalhões. No entanto, por se tratar de uma solução inusual, o comportamento estrutural das lajes mistas com armadura adicional e seus critérios e diretrizes de dimensionamento não são previstos em normas e manuais técnicos: a ABNT NBR 8800 (2008, p. 226) e o Eurocode 4 (2004, p. 104) mencionam que, caso haja armadura para resistir ao momento fletor positivo, a formulação apresentada deverá ser adequadamente ajustada, mas não apresentam os respectivos critérios e equacionamentos. O ANSI/ASCE 3-91 (1992), o CSSBI S2-2008 (2008) e o ANSI/SDI C-2011 (2011) não mencionam a possibilidade de armadura adicional. Diante desse cenário, investigou-se o comportamento estrutural de lajes mistas com vergalhões e, por meio de uma extensão matemática das formulações já existentes para o caso sem armadura, foram propostos critérios de dimensionamento para os estados-limites últimos (momento fletor e cisalhamento longitudinal) e de serviço (deslocamento vertical). Foram realizados ensaios de flexão em doze protótipos de lajes mistas de dimensões usuais, sendo oito sem barras adicionais e quatro com, variando-se as dimensões (altura e vão, conforme Eurocode 4 (2004)) e com quatro taxas de armadura. A partir desses resultados, pôde-se analisar o comportamento estrutural dos protótipos com armadura adicional, os quais apresentaram ductilidade e capacidade consideravelmente maiores que as correspondentes lajes sem as barras. Por fim, também foram validadas as formulações referentes ao cisalhamento longitudinal (extensões do Método m-k e do Método da Interação Parcial) e ao deslocamento vertical, para os casos mais usuais. / Usually, on the design of composite slabs with profiled steel decking, it is tended to standardize as much as possible the thickness of the steel decking, generally because of economic reasons (large-scale production). Nevertheless, in a few cases it must be necessary to specify thicker steel decking, which is not a competitive solution in the Brazilian market. An economic alternative regarding the increase of thickness is the insertion of additional bottom reinforcement, thus, keeping the standard thickness (in general 0.80 mm) and obtaining the steel area increment through rebars. Notwithstanding, since that is an unusual solution, the structural behavior of composite slabs with additional reinforcement, their criteria and design guidelines are not provided in standards and technical manuals: ABNT NBR 8800 (2008) and Eurocode 4 (2004) state that, if there are additional bars to resist positive bending moment, the formulation should be adapted, however they do not present the respective criteria and equating. CSSBI S2-2008 (2008), ANSI/ASCE 3-91 (1992) and ANSI/SDI C-2011 (2011) do not mention the possibility of using additional reinforcement. In this scenario, the structural behavior of composite slabs with rebars was investigated and, through a mathematic extension of the formulation already used to the unreinforced situation, design criteria were proposed for the ultimate (flexure and longitudinal shear) and serviceability (deflection) limit states. In addition, flexure tests were carried out in twelve composite slabs with usual dimensions, eight of those without additional bars and four with, following the recommendations by Eurocode 4 (2004) about the variation of the dimensions (height and span), with the latter having four reinforcement rates. With the results of those tests, the structural behavior of the reinforced prototypes was analysed, which have showed considerably higher ductility and resistance when compared to those with the unreinforced ones. Finally, the formulations for the usual cases related to longitudinal shear (extensions of the m-k Method and the Partial Interaction Method) and deflection were validated.

Este trabalho tem por objetivo investigar as ligações viga-pilar misto preenchido, no tocante à transferência de forças de cisalhamento na região de ligação. O estudo engloba uma investigação experimental com ensaios do tipo push-out com carregamento centrado no núcleo de concreto e uma simulação numérica no pacote computacional DIANA visando obter dados de comportamento do mecanismo de transferência de forças de cisalhamento, aplicado à região de ligação viga-pilar. Foram utilizados modelos com 800 mm de altura e seção quadrada de dimensão (200 x 200 x 6,3) mm obtida a partir da composição de dois perfis U (200 x 100 x 6,3) mm. A resistência à compressão média do concreto de preenchimento foi de 50 MPa. Ao todo, foram ensaiados 3 modelos de ligação, utilizando chapas de extremidade e barras rosqueadas como mecanismo de ligação viga-pilar. Como elementos para transferência de forças entre o tubo de aço e o núcleo de concreto foram usados conectores tipo pino com cabeça ou cantoneiras. Os resultados experimentais mostraram a eficiência das barras rosqueadas e dos conectores de cisalhamento na transferência dos esforços de cisalhamento na ligação viga-pilar e na interface perfil de aço e concreto. A simulação numérica teve concordância satisfatória com os resultados experimentais obtidos. / In the design of concrete-filled steel tubular columns, the concrete and the steel tube must work together in order to achieve the overall resistance, stiffness and stability requirements. It is important that exists an adequate mechanism to transfer the forces from the steel beam to the steel tube, and then to the concrete core. This work presents a study on shear transfer in connections involving concrete-filled steel tubular columns and steel beams. The work was divided in two parts, being the first an experimental analysis with push-out tests, and the second one a numerical simulation of the tests, using the software DIANA. The tested specimens were 800 mm height , with square section (200 x 200 x 6,3mm) obtained from two welded U-shape profiles. A concrete with compressive strength of 50 MPa was used as a filling for the columns. Altogether, three connections with steel end plates and passing bars were tested. Two types of shear connectors between steel column and concrete core were used: stud-bolts and angles, and a reference specimen without connectors was also tested. The results showed the efficiency of the shear connectors in the tranference of forces.

Este trabalho tem por objetivo investigar a contribuição da armadura para a capacidade resistente de vigas mistas parcialmente revestidas, bem como sua eficiência para promover o comportamento conjunto aço-concreto, imprescindível para a obtenção de vigas mistas. O estudo engloba uma investigação experimental com ensaios de vigas sob flexão em quatro pontos e uma simulação numérica utilizando o pacote computacional DIANA®, visando obter dados do comportamento de vigas mistas parcialmente revestidas com armadura longitudinal. Foram ensaiados quatro modelos de viga mista parcialmente revestida e duas variáveis foram analisadas: taxa de armadura longitudinal no concreto e posição dos conectores tipo pino com cabeça. Os resultados experimentais mostraram a eficiência do conjunto armadura-conector para o aumento da capacidade resistente à flexão e para a promoção da interação aço-concreto. A simulação numérica teve concordância satisfatória com os resultados experimentais obtidos. / This study aims to investigate the contribution of the steel bars to the flexure capacity and to promote the composite behavior in partially encased composite beams. The study includes an experimental investigation of partially encased beams under bending in four points and a numerical simulation using the computer package DIANA® to collect data from the behavior of partially encased composite beams with longitudinal reinforcement. Four models of partially encased composite beams were tested and two variables were analyzed: rate of longitudinal reinforcement in concrete and position of stud bolts. The experimental results showed the efficiency of the junction between reinforcing bars and stud bolt to the increase the bending capacity of the partially encased beam and to obtain the steel-concrete interaction. The numerical simulation has good agreement with the experimental results.

Este trabalho tem por objetivo investigar as ligações viga-pilar misto preenchido, no tocante à transferência de forças de cisalhamento na região de ligação. O estudo engloba uma investigação experimental com ensaios do tipo push-out com carregamento centrado no núcleo de concreto e uma simulação numérica no pacote computacional DIANA visando obter dados de comportamento do mecanismo de transferência de forças de cisalhamento, aplicado à região de ligação viga-pilar. Foram utilizados modelos com 800 mm de altura e seção quadrada de dimensão (200 x 200 x 6,3) mm obtida a partir da composição de dois perfis U (200 x 100 x 6,3) mm. A resistência à compressão média do concreto de preenchimento foi de 50 MPa. Ao todo, foram ensaiados 3 modelos de ligação, utilizando chapas de extremidade e barras rosqueadas como mecanismo de ligação viga-pilar. Como elementos para transferência de forças entre o tubo de aço e o núcleo de concreto foram usados conectores tipo pino com cabeça ou cantoneiras. Os resultados experimentais mostraram a eficiência das barras rosqueadas e dos conectores de cisalhamento na transferência dos esforços de cisalhamento na ligação viga-pilar e na interface perfil de aço e concreto. A simulação numérica teve concordância satisfatória com os resultados experimentais obtidos. / In the design of concrete-filled steel tubular columns, the concrete and the steel tube must work together in order to achieve the overall resistance, stiffness and stability requirements. It is important that exists an adequate mechanism to transfer the forces from the steel beam to the steel tube, and then to the concrete core. This work presents a study on shear transfer in connections involving concrete-filled steel tubular columns and steel beams. The work was divided in two parts, being the first an experimental analysis with push-out tests, and the second one a numerical simulation of the tests, using the software DIANA. The tested specimens were 800 mm height , with square section (200 x 200 x 6,3mm) obtained from two welded U-shape profiles. A concrete with compressive strength of 50 MPa was used as a filling for the columns. Altogether, three connections with steel end plates and passing bars were tested. Two types of shear connectors between steel column and concrete core were used: stud-bolts and angles, and a reference specimen without connectors was also tested. The results showed the efficiency of the shear connectors in the tranference of forces.

Usualmente, em situações práticas de projeto de lajes mistas, procura-se uniformizar ao máximo a espessura das fôrmas de aço, normalmente por razões econômicas (produção em larga escala). Entretanto, em alguns casos, há a necessidade de se especificarem algumas fôrmas com maior espessura, solução essa pouco competitiva no mercado brasileiro. Uma alternativa economicamente interessante em relação ao aumento de espessura é a inserção de armadura adicional, mantendo-se assim a espessura padrão (em geral 0,80 mm) e obtendo-se aumento da área de aço por meio de vergalhões. No entanto, por se tratar de uma solução inusual, o comportamento estrutural das lajes mistas com armadura adicional e seus critérios e diretrizes de dimensionamento não são previstos em normas e manuais técnicos: a ABNT NBR 8800 (2008, p. 226) e o Eurocode 4 (2004, p. 104) mencionam que, caso haja armadura para resistir ao momento fletor positivo, a formulação apresentada deverá ser adequadamente ajustada, mas não apresentam os respectivos critérios e equacionamentos. O ANSI/ASCE 3-91 (1992), o CSSBI S2-2008 (2008) e o ANSI/SDI C-2011 (2011) não mencionam a possibilidade de armadura adicional. Diante desse cenário, investigou-se o comportamento estrutural de lajes mistas com vergalhões e, por meio de uma extensão matemática das formulações já existentes para o caso sem armadura, foram propostos critérios de dimensionamento para os estados-limites últimos (momento fletor e cisalhamento longitudinal) e de serviço (deslocamento vertical). Foram realizados ensaios de flexão em doze protótipos de lajes mistas de dimensões usuais, sendo oito sem barras adicionais e quatro com, variando-se as dimensões (altura e vão, conforme Eurocode 4 (2004)) e com quatro taxas de armadura. A partir desses resultados, pôde-se analisar o comportamento estrutural dos protótipos com armadura adicional, os quais apresentaram ductilidade e capacidade consideravelmente maiores que as correspondentes lajes sem as barras. Por fim, também foram validadas as formulações referentes ao cisalhamento longitudinal (extensões do Método m-k e do Método da Interação Parcial) e ao deslocamento vertical, para os casos mais usuais. / Usually, on the design of composite slabs with profiled steel decking, it is tended to standardize as much as possible the thickness of the steel decking, generally because of economic reasons (large-scale production). Nevertheless, in a few cases it must be necessary to specify thicker steel decking, which is not a competitive solution in the Brazilian market. An economic alternative regarding the increase of thickness is the insertion of additional bottom reinforcement, thus, keeping the standard thickness (in general 0.80 mm) and obtaining the steel area increment through rebars. Notwithstanding, since that is an unusual solution, the structural behavior of composite slabs with additional reinforcement, their criteria and design guidelines are not provided in standards and technical manuals: ABNT NBR 8800 (2008) and Eurocode 4 (2004) state that, if there are additional bars to resist positive bending moment, the formulation should be adapted, however they do not present the respective criteria and equating. CSSBI S2-2008 (2008), ANSI/ASCE 3-91 (1992) and ANSI/SDI C-2011 (2011) do not mention the possibility of using additional reinforcement. In this scenario, the structural behavior of composite slabs with rebars was investigated and, through a mathematic extension of the formulation already used to the unreinforced situation, design criteria were proposed for the ultimate (flexure and longitudinal shear) and serviceability (deflection) limit states. In addition, flexure tests were carried out in twelve composite slabs with usual dimensions, eight of those without additional bars and four with, following the recommendations by Eurocode 4 (2004) about the variation of the dimensions (height and span), with the latter having four reinforcement rates. With the results of those tests, the structural behavior of the reinforced prototypes was analysed, which have showed considerably higher ductility and resistance when compared to those with the unreinforced ones. Finally, the formulations for the usual cases related to longitudinal shear (extensions of the m-k Method and the Partial Interaction Method) and deflection were validated.

Este trabalho tem por objetivo investigar a contribuição da armadura para a capacidade resistente de vigas mistas parcialmente revestidas, bem como sua eficiência para promover o comportamento conjunto aço-concreto, imprescindível para a obtenção de vigas mistas. O estudo engloba uma investigação experimental com ensaios de vigas sob flexão em quatro pontos e uma simulação numérica utilizando o pacote computacional DIANA®, visando obter dados do comportamento de vigas mistas parcialmente revestidas com armadura longitudinal. Foram ensaiados quatro modelos de viga mista parcialmente revestida e duas variáveis foram analisadas: taxa de armadura longitudinal no concreto e posição dos conectores tipo pino com cabeça. Os resultados experimentais mostraram a eficiência do conjunto armadura-conector para o aumento da capacidade resistente à flexão e para a promoção da interação aço-concreto. A simulação numérica teve concordância satisfatória com os resultados experimentais obtidos. / This study aims to investigate the contribution of the steel bars to the flexure capacity and to promote the composite behavior in partially encased composite beams. The study includes an experimental investigation of partially encased beams under bending in four points and a numerical simulation using the computer package DIANA® to collect data from the behavior of partially encased composite beams with longitudinal reinforcement. Four models of partially encased composite beams were tested and two variables were analyzed: rate of longitudinal reinforcement in concrete and position of stud bolts. The experimental results showed the efficiency of the junction between reinforcing bars and stud bolt to the increase the bending capacity of the partially encased beam and to obtain the steel-concrete interaction. The numerical simulation has good agreement with the experimental results.

Este trabalho aborda o estudo da aderência aço-concreto em pilares mistos preenchidos através de revisão bibliográfica e de investigação experimental. De modo esquemático, a aderência é dividida em três parcelas: adesão, aderência mecânica e atrito, que em conjunto compõem a aderência natural. Adicionalmente, podem ser empregados conectores de cisalhamento, que são dispositivos mecânicos fixados nas superfícies internas dos tubos, como meio de ampliar a resistência ao escorregamento. Foram realizados ensaios do tipo pushout em alguns tipos de modelos de pilar preenchido: modelos simples, com adição de conectores tipo pino com cabeça, com cantoneiras na interface aço-concreto e semelhantes aos anteriores mais elementos de ligação. Com os resultados obtidos traçaram-se comportamentos força x escorregamento do concreto, força x deformações axiais nos materiais e curvas de distribuição de força ao longo do comprimento dos modelos. Concluiu-se que conectores tipo pino com cabeça e cantoneiras são uma excelente alternativa como dispositivos auxiliares na transferência de tensões de cisalhamento na interface aço-concreto. Entretanto, é necessário garantir resistência à ligação para que esses mecanismos sejam mobilizados / This research presents a study of influence of bond on concrete-filled steel tubes by means of a bibliography review and an experimental investigation. The bond strength counts on three mechanisms: adhesion of the concrete to the steel surface, friction and wedging of the concrete core. In order to improve the shear resistance of the steel-concrete interface, shear connectors can be used. A series of push-out tests of rectangular concrete-filled steel tubes was conducted in the specimens without mechanical shear connectors, specimens with stud bolt shear connectors and specimens with angles. They were also tested the corresponding beam-column connections. The results are shown in curves force x slip of concrete, force x axial strain of materials and distribution of axial load to the steel and to the concrete. The results of the tests permitted identify the mechanisms of natural bond and indicated that the stud bolts and the angles are excellent alternatives as auxiliary mechanisms to transfer shear between the concrete and steel in the concrete filled composite column. However, it is necessary to guarantee the connection enough strength in order to permit these resistance be developed