Influência do aperto de parafusos em ligações correntes em estruturas metálicas

Abstract

Num local no qual dois ou mais elementos estruturais convergem são utilizados dispositivos que pretendem transmitir forças entre esses mesmos elementos. Aos dispositivos dá-se o nome de ligações. Embora em estruturas metálicas seja frequente o uso de ligações soldadas e ligações aparafusadas, as ligações aparafusadas estão mais vulgarizadas pela sua facilidade de fabrico e montagem em obra. Na Norma EN 1090-2 (CEN, 2008) e no Eurocódigo 3, Parte 1-8 (EC3-1-8) (CEN, 2004) são dadas recomendações para a execução e dimensionamento de ligações aparafusadas. Dependendo do desempenho requerido, esta normalização separa este tipo de ligações em dois grandes grupos: ligações pré-esforçadas e ligações não pré-esforçadas. Estas últimas são mais comuns, relativamente simples de montar e necessitando de um controlo de qualidade menos exigente, sendo por isso muitas vezes apelidadas de ligações correntes. No entanto as indicações sobre o aperto dos parafusos em ligações correntes, fornecidas pelas Normas Europeias e pelo Anexo Nacional Português do EC3-1-8 (CEN, 2010), incluem termos com alguma subjetividade na sua aplicação e revelam ausência de informação que podem ou não ter influência no comportamento dos parafusos e no consequente comportamento global da ligação. A presente dissertação pretende, numa primeira fase, expor as principais diferenças de propriedades e de fabrico entre as duas Normas Europeias de parafusos, EN 15048-1 (CEN, 2006) e EN 14399-1 (CEN, 2005). Numa segunda fase, após ter-se esclarecido e clarificado o conjunto de procedimentos da EN 1090-2 (CEN, 2008) aplicáveis à execução de ligações aparafusadas, procura-se avaliar a influência do aperto dos parafusos no comportamento destes, no contexto do comportamento global das ligações. Esta fase inclui um estudo experimental desenvolvido no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Coimbra, em que se analisam três tipos de parafusos levados à rotura por corte quando submetidos a diferentes níveis de aperto. As principais conclusões apontam no sentido em que o nível de aperto não influencia a resistência ao corte, mas um aperto excessivo pode ser prejudicial em parafusos correntes

In a location at which two or more structural elements meet, connections are used to ensure the transfer of the relevant internal forces and moments between the connected members. Although welded and bolted connections are widely used in steel structures, installation of bolts is faster and easier to control than welding on the erection site and therefore more commonly adopted. In EN 1090-2 (CEN, 2008) and Eurocode 3, Part 1-8 (EC3-1-8) (CEN, 2004), rules are given for the design and execution of bolted connections. Depending on the required performance of the joint, the bolts may be applied as preloaded or non-preloaded. Preloaded bolts should only be used in cases where it is absolutely necessary, for the reason that tightening and checking procedures are labour-intensive and thus costly. Nevertheless, recommendations regarding tightening of non-preloaded bolts, specified in European Standards and the National Portuguese Annex for EC3-1-8 (CEN, 2010), include definitions and references very subjective and inaccurate in its application that may have influence on the bolt and joint behaviour. In the first stage, the purpose of the dissertation is to report the major differences in properties and manufacturing between the two European Standards for bolts, EN 15048-1 (CEN, 2006) and EN 14399-1 (CEN, 2005). In the second stage, after having cleared up and clarified procedures provided by EN 1090-2 (CEN, 2008) concerning the execution of structural bolting assemblies, the effect of initial bolt preload on its behaviour in the context of the global joint behaviour is specifically investigated. Included in that last stage, results obtained through experimental tests carried out in the Department of Civil Engineering at University of Coimbra, to assess the influence of tightening on the ultimate shear strength of bolts, are exposed and discussed. The results show that the initial bolt preload does not affect the ultimate shear strength of bolts however over-tightening can be prejudicial to non-preloaded bolts (also known as ordinary bolts).