Avaliação do comportamento rotacional de configurações alternativas de ligação a perfis tubulares através do método das componentes

Abstract

A crescente utilização do aço na construção civil leva a que, na procura de soluções cada vez mais otimizadas, se desenvolvam novas configurações estruturais, nomeadamente ao nível das ligações entre os perfis estruturais. Este ponto das ligações é um aspeto muito importante no projeto de estruturas metálicas, pois o comportamento global das estruturas depende muito das soluções adotadas para as ligações, uma vez que estas vão ter influência direta na transmissão de esforços entre os perfis e na deformabilidade das estruturas. Além destas consequências diretas no comportamento estrutural, também os custos da estrutura vão ser influenciados pelo tipo de solução adotado. O EC3 (Eurocódigo 3), na sua parte 1.8, dá indicações acerca do cálculo e configuração de ligações metálicas, contudo foca-se essencialmente nas ligações entre perfis “abertos”, ou seja perfis I e H, tendo menos informação relativa a perfis “fechados”, ou seja perfis RHS, SHS e CHS, e muito menos sobre ligações entre perfis abertos e fechados. Este tipo de ligações, entre perfis fechados, e entre perfis fechados e abertos, tem vindo a ser estudado e desenvolvido pelo CIDECT (Comité International pour le Développement et l’Etude de la Construction Tubulaire), no entanto esse estudo não abrange todas as configurações de ligação, sendo a principal razão para isso também, que vão aparecendo novas configurações alternativas, pelo que os documentos elaborados pelo referido Comité são sempre passíveis de atualização. No presente trabalho procura-se caraterizar, no âmbito do Método das Componentes, ligações entre pilares SHS e vigas IPE. Essas ligações são realizadas com chapa de topo na viga aparafusada a um perfil U formado por chapas soldadas, perfil este que por sua vez é soldado ao pilar. O objetivo é, em relação ao perfil U, encontrar valores para as componentes alma à tração e alma à compressão, fora do seu plano, bem como encontrar os valores do Momento Fletor Resistente e da Rigidez de Rotação destas ligações, uma vez que estas componentes não se encontram caraterizadas em nenhum documento normativo. O presente trabalho terá como base duas teses para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Especialidade de Mecânica Estrutural elaboradas no DEC-FCTUC (Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra). Nesses trabalhos foram desenvolvidos modelos numéricos e obtidas curvas F-δ (Força-Deslocamento), num dos trabalhos, e curvas M-ø (Momento-Rotação), no outro trabalho. Serão aqui obtidos os valores dos Coeficientes de Rigidez e da Força Resistente a partir das curvas F-δ para tração e compressão, e a partir destes valores calcular-se-ão o Momento Resistente e a Rigidez de Rotação para posteriormente serem comparados com os obtidos no outro trabalho. Estes valores serão também obtidos analiticamente com base em modelos desenvolvidos por J. P. Jaspart, e os resultados, por via numérica e por via analítica, comparados.

The growing utilization of constructional steel in civil construction, takes to, on search for each time more optimized solutions, the development of new structural configurations, as at the joints level between structural steel sections. This joints issue is a very important aspect in metallic structures project, as the global behavior of structures depends on large scale on the adopted solutions for the joints, in the way that those will have direct influence on the transmission of forces between steel sections and on structures deformability. Besides the structural behavior, also costs will be directly influenced by the adopted solution. EC3 (Eurocode 3), on its Part 1.8 gives guide orientation in the calculation and configuration of metallic joints, however it concentrates essentially in joints between “open” sections, that means I and H sections, giving less information related to “closed” sections, that means RHS, SHS and CHS sections, and even less about joints between closed and open sections. This type of joints, between closed sections and between closed and open sections, has being studied and developed by CIDECT (Comité International pour le Développement et l’Etude de la Construction Tubulaire), however that study does not gather all type of joints, mainly caused by the fact that new joints alternative configurations are being brought, therefore documents elaborated by CIDECT are always capable of suffering actualization. In this work is pretended to be achieved the characterization, within the Component Method, of joints between SHS columns and I - beams constituted for welded top plate, bolted to U sections formed by welded plates, the U section is welded to the column. Gold achievement is, related to the U section, to find values for the components web in tension and web in compression, out of their plane, as well as to define values for Rotational Stiffness and Resistant Bending Moment, once this component is not characterized in any normative document. Present work will have as base of development two elaborated Thesis for the obtainment of Master Degree on Civil Engineering in the Category of Structural Mechanics developed in DEC – FCTUC (Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra). In those works, F-δ (Force-Displacement) graphics and M-ø (Moment-Rotation) graphics have been obtained, from each of them. In present work, Stiffness Coefficients and Resistant Force, in tension and compression, will be obtained from F-δ graphics, so afterwards can be compared with values obtained from the other work. These values will also be obtained analytically based in models developed by J. P. Jaspart, and analytical and numerical results, will be compared.