Avaliação do efeito beam growth no comportamento de estruturas porticadas de betão armado

Abstract

Os efeitos da não linearidade do betão armado, sobretudo nas zonas onde o momento fletor é mais elevado, como é o caso das extremidades das vigas, agravam-se em situações de elevada ação sísmica. Deste modo, o comprimento das fibras sobre o eixo aumenta, e a distância horizontal entre os eixos dos pilares que delimitam a viga também. Este fenómeno é conhecido por beam growth e, habitualmente, não é considerado na análise de estruturas porticadas de betão armado. A presente dissertação tem por objetivo estudar o efeito beam growth e ilustrá-lo, fazendo uso do programa informático EvalS que aplica o Método das Forças Fictícias conjuntamente com modelos de fibras. O processo começa por avaliar se o EvalS permite simular o beam growth através da modelação de uma viga em duas situações distintas: axialmente livre e axialmente restringida. As fases seguintes contemplam a análise do comportamento duma estrutura experimentalmente estudada por outros autores e a possibilidade de o efeito beam growth ser simulado através de uma ação térmica que provoque um alongamento equivalente das vigas. Finalmente, desenvolve-se um conjunto de modelos analíticos de pórticos completos nos quais é considerado ou desprezado o efeito beam growth, para permitir efetuar o estudo paramétrico deste efeito, variando o número de vãos, o número de pisos e a altura das vigas, por forma a conhecer a sua influência na grandeza do efeito beam growth. Os resultados atingidos permitem entender que o beam growth é maior quando aumenta o número de vãos do pórtico, a altura das vigas e o drift, contudo não é substancialmente influenciado pelo número de pisos. O efeito beam growth agrava-se nos pisos inferiores. O seu desprezo pode levar à subestimação de esforços e, consequentemente, ao colapso precoce dos elementos estruturais.

The effects of non linear behaviour in reinforced concrete, especially in regions where moments are bigger, like in the ends of beams, become serious when structures are subjected to high earthquake action. So, beam length increases, so as the horizontal distance between the columns centrelines. This phenomenon is known by beam growth and it’s not usual to be considered in the design of reinforced concrete structures. Actual thesis is responsible for describing the mechanism formed by the beam growth effect, using programa informático EvalS which applies the Method of Fictitious Forces associated with fibbers models. First of all, it’s shown if EvalS is capable of simulating the beam growth effect, by modelling a simple beam studied in two different ways: axially free and axially restricted. Next steps are to model and analyse the behaviour of a structure experimentally studied by other authors and understand the possibility of beam growth effect could be modelled by a temperature effect which provokes the same elongation on the beams. After all, it’s modelled and analysed a group of different reinforced concrete frames, including or excluding beam growth effect, to evaluate the general influence of this phenomenon on structures. It was also changed the number of bays, number of floors and beams depth to understand the evolution of beam growth effect according to those parameters. Beam growth effect is larger in structures with bigger number of bays, beam depths and drifts. It is shown that beam growth effect tends to be bigger at lowest stories level. Do not account beam growth in structures design could be responsible for the underestimate of the acting forces, as well as the cracking and premature collapse of its members.