Análise experimental de colunas de aço enformado a frio compostas por travessas à compressão

Abstract

O recurso à utilização de aço enformado a frio em elementos estruturais principais tem aumentado significativamente nas últimas décadas, mostrando-se atualmente como uns dos materiais mais versáteis e capazes de responder aos desafios existentes em termos de sustentabilidade. As colunas compostas são amplamente utilizadas em estruturas, quando as secções individuais não são suficientes para resistir às cargas de projeto. No âmbito desta dissertação de mestrado pretendeu-se desenvolver um estudo experimental sobre o comportamento mecânico de colunas de aço enformado a frio compostas por travessas sujeitas a esforços de compressão, avaliando-se diversos parâmetros relevantes para o seu comportamento.Foi realizada uma campanha em colunas curtas, variando diversos parâmetros, tais como a esbelteza dos elementos estudados, considerando o rácio h/b. O grau de conexão entre os perfis individuais foi também analisado, de modo a avaliar o número de parafusos auto-perfurantes necessários (e respetivo espaçamento) de modo a garantir uma ação compósita entre os perfis individuais. Além do comportamento mecânico foram também identificados e avaliados com rigor todos os modos de colapso observados, nomeadamente a existência de fenómenos de encurvadura local. Possíveis interações entre os modos de encurvadura foram também analisadas. Após a realização dos ensaios experimentais e tratamento de resultados, os mesmos foram comparados com as previsões obtidas através da metodologia para colunas de aço compostas por travessas à compressão de acordo com a EN 1993-1-1, com as necessárias alterações, considerando que os perfis de aço enformado a frio utilizados são de classe 4. Os cálculos das áreas efetivas foram realizados para o perfil individual, segundo a EN 1993-1-3, usando o método das larguras efetivas. Os trabalhos foram realizados no âmbito do projeto de investigação INNOCFSCONC.

The use of cold-formed steel (CFS) in primary structural elements has increased significantly in recent decades, currently showing itself as one of the most versatile materials and capable of responding to the existing challenges in terms of sustainability. Built-up columns are widely used in CFS structures to obtain adequate load-bearing capacity when individual sections are not sufficient to withstand design loads. In the scope of this master's dissertation, it was intended to develop an experimental study on the mechanical behavior of Cold-Formed steel battened columns, evaluating several relevant parameters for their behavior.A campaign was carried out in short columns, varying several parameters, such as the slenderness of the studied elements, h/b ratio. The degree of connection between the individual profiles was also analysed, to assess the number of self-drilling screws needed (and their spacing) to ensure appropriate composite action between the individual profiles. In addition to the mechanical behavior, all observed collapse modes were also identified and rigorously evaluated, namely the existence of local buckling phenomena. Possible interactions between buckling modes were also analysed. After carrying out the experimental tests and processing the results, they were compared with the predictions obtained through the methodology for steel columns composed of compression beams according to EN 1993-1-1, with the necessary changes, considering that the Cold-formed steel profiles used are of class 4. The calculations of the effective areas were carried out for the individual profile, according to EN 1993-1-3, using the method of effective widths. The work was carried out within the scope of the INNOCFSCONC research project.