Numerical and experimental characterization of the interaction between major and minor axis joints

Abstract

As ligações são uma parte essencial das estruturas metálicas. Há uma grande variedade de ligações metálicas utilizadas no sector da construção, tendo diferentes características e comportamentos mecânicos. É possível classificar as ligações de acordo com diferentes critérios e estudá-las de acordo com isso. Isto permite o estudo aprofundado das ligações que partilham caraterísticas similares, usando métodos analíticos, experimentais e numéricos.Este trabalho apresenta a caracterização experimental e numérica de cinco diferentes configurações de ligações metálicas viga-coluna com chapa de topo. Tendo em vista o estudo do efeito da interacção de esforços na alma do pilar. Os ensaios experimentais foram realizados com espécimenes de tamanho real e modelações numéricas (que correspondem às caraterísticas dos ensaios experimentais) foram realizados usando o programa de elementos finitos Abaqus.A presença de vigas nos diferentes eixos (tanto no eixo maior ou menor), dita o comportamento da junta. As juntas estão sujeitas a flexão em duas direções ortogonais, introduzindo um carregamento tridimensional à junta. As juntas são avaliadas em termos das relações momento-rotação, da resistência e da rigidez. O trabalho realizado permitiu validar os modelos numéricos com base nos ensaios experimentais e usar os primeiros para avaliar em maior profundidade o comportamento das juntas e o efeito da interação de esforços. Com isto, é possível descrever a influência entre o comportamento mecânico das juntas comparando os resultados obtidos neste projeto.

The joints are essential parts of steel structures. There is a wide variety of steel joints used in the construction sector, and they have different characteristics and mechanical behaviors. It is possible to classify the joints according to different criteria and study them accordingly. This allows the further study of joints that share similar characteristics, by using analytical, experimental and numerical methods.This work presents the experimental and numerical characterization of five different configurations of beam-to-column end-plate steel joints, regarding the study of the internal stresses interaction effect in the column web. The joint configurations are variations on the simultaneous presence of beams in a beam-to-column joint. The experimental tests were carried out with full-size specimens and the numerical modeling (which correspond to the experimental test characteristics) was made using the finite element program Abaqus.The presence of the beams in different axes (either major or minor axes) dictates the connection behavior. The connections are subjected to bending in two orthogonal directions, introducing a 3D loading to the connection. The connections are evaluated in terms of moment-rotation relations, resistance and stiffness. The performed work allowed to validate the numerical models based on the experimental tests and use the first to evaluate in more depth the joint behavior and the effect of the stress interaction. With this, it is possible to describe the influence between the mechanical behavior of the joints comparing the results obtained in this project.