Análise de Placas de Extremidade Espessas Estendidas e Múltiplos Parafusos por Fila com Módulo Ligações de Aço para RFEM

Modelo Analítico

Este estudo adota os critérios de dimensionamento especificados na EN 1993-1-8 para avaliar a resistência de parafusos (corte e tração) e a resistência da chapa (esmagamento e punçoamento), utilizando as formulações de estado limite fornecidas na Tabela 3.4.

A resistência de cálculo da peça em T equivalente é avaliada independentemente para os componentes da chapa de extremidade e do banzo do pilar. Para cada componente, a resistência de cálculo determinante, F_T,Rd , é definida como o valor mínimo derivado de três mecanismos de falha potenciais.

A resistência individual para cada modo é calculada com base na capacidade de momento plástico do banzo (M_pl,1,Rd e M_pl,2,Rd) e na capacidade de carga em tração do grupo de parafusos (∑F_t,Rd). Estes modos consideram o escoamento completo do banzo (Modo 1), a falha do parafuso combinada com o escoamento do banzo (Modo 2) e a fratura isolada do parafuso (Modo 3).

• Modos de Falha:

• Momentos Resistentes Plásticos:

Modos de falha de elementos em T

Detalhes geométricos da ligação viga-pilar

De acordo com a prática de construção padrão, todos os perfis de viga e pilar foram fabricados em aço S235, enquanto as chapas de extremidade utilizaram aço de maior resistência S355. As configurações geométricas, incluindo os arranjos da chapa de extremidade e do grupo de parafusos, são detalhadas na Figura 2, com a matriz de teste experimental correspondente e as propriedades medidas dos materiais fornecidas nas Tabelas 1, respetivamente.

Conforme definido na matriz de teste, o Grupo A (espécimes 1A–3A) utilizou um perfil de pilar HEA 300 (t_w = 8,5 mm; t_f = 14 mm), enquanto o Grupo B incorporou um perfil HEB 300 mais pesado (t_w = 11 mm; t_f = 19 mm). Para avaliar o desempenho de uma hierarquia pilar fraco-viga forte, um perfil de viga HEB 300 uniforme e chapas de extremidade de 30 mm de espessura foram mantidos em todos os espécimes, garantindo que as configurações do Grupo A fossem críticas para o pilar.

• Tabela 1: Configuração Geométrica dos Espécimes Ensaiados

(a) Ligação aparafusada típica de viga-pilar e (b) representação pelo método das componentes

Configuração da Placa de Extremidade/Parafuso

Discussão

Ligações de Aço para Solução RFEM

Utilizando o módulo adicional Steel Joints para RFEM 6, baseado em EF, o processo de dimensionamento da ligação foi totalmente integrado no modelo estrutural principal. Este estudo apresenta uma investigação experimental e numérica sobre o desempenho estrutural de seis ligações viga-pilar com chapa de extremidade espessa estendida, com ênfase especial na influência de padrões de aparafusamento não convencionais envolvendo múltiplos parafusos por fiada. Para isolar a rigidez à rotação inerente da zona nodal, todos os espécimes foram configurados sem reforços de alma do pilar suplementares. A matriz experimental interrogou duas hierarquias de falha distintas: (1) uma configuração pilar fraco/viga forte (pilar HEA300; viga HEB300) e (2) uma configuração de rigidez equilibrada (pilar e viga HEB300).

Estas investigações foram complementadas por uma caracterização direcionada da peça em T e uma análise de elementos finitos (EF) de alta fidelidade. Após validação com dados experimentais e verificação através dos quadros do Eurocódigo 3 (EC3), os modelos de EF foram utilizados para obter informações detalhadas sobre a mecânica de deformação localizada. As Fig. 4 e 5 e as Tabelas 2 e 3 ilustram a comparação da resistência ao momento e rigidez - Experimental, ROFEM, Steel Joints no RFEM com o EC3. E a Tabela 4 ilustra os modos de falha.

Comparação da Resistência ao Momento – Experiência, ROFEM, Ligações de Aço no RFEM e EC-3

Comparação de Rigidez – Experimental, ROFEM, Ligações Metálicas no RFEM e EC-3

• Tabela 2: Comparação da resistência ao momento, Rigidez - Experimental, ROFEM, Steel Joints no RFEM e EC3-1-8.

• Tabela 3: Comparação de rigidez.

• Tabela 4: Modos de falha.

Tensão Equivalente e Deformação Plástica do Modelo T1A

Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo T2A

Tensão Equivalente e Deformação Plástica do Modelo T3A

Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo T1B

Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo T2B

Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo T3B

Relação de Cálculo e Rigidez à Rotação do Modelo T1A

Relação de Cálculo e Rigidez à Rotação do Modelo T2A

Relação de cálculo e rigidez à rotação do modelo T3A

Relação de Dimensionamento e Rigidez Rotacional do Modelo T1B

Taxa de Dimensionamento e Rigidez Rotacional do Modelo T2B

Relação de cálculo e rigidez rotacional do modelo T3B

Conclusão

Dados experimentais preliminares foram utilizados para avaliar a aplicabilidade das disposições da EN 1993-1-8 às Ligações de Aço. Em linha com as conclusões relatadas para perfis de aço carbono convencionais, verificou-se que o modelo de rigidez do Eurocódigo sobrestima a rigidez rotacional inicial, com as previsões analíticas a demonstrarem uma dispersão considerável em relação aos valores medidos.

Os resultados experimentais confirmam que tanto a resistência ao momento como a rigidez inicial aumentam com o número de parafusos, com os espécimes de 12 parafusos (T1A, T1B) a apresentarem um desempenho consistentemente superior aos seus homólogos de 6 e 8 parafusos. O método de componentes do EC3-1-8 geralmente subestima a capacidade de momento enquanto sobrestima a rigidez inicial, mais notavelmente para o T1B (41,83 vs. 22,31 MNm/rad), consistente com a tendência de sobrestimação observada sob a EN 1993-1-8.

As razões EC3/RFEM variando de 0,59 a 0,94 indicam previsões conservadoras da resistência ao momento pelo método de componentes do Eurocódigo, com a baixa razão para T3B (0,59) a sugerir uma subestimação significativa para certas geometrias de ligação.

Referências

1. Eurocódigo 3. Projeto de estruturas de aço parte 1–8: projeto de ligações. Norma Europeia EN 1993-1-8. Comité Europeu de Normalização, Bruxelas, Bélgica; 1993. 2. Gary S. Prinz, Alain Nussbaumer, Luis Borges, Shyam Khadka, Experimental testing and simulation of bolted beam-column connections having thick extended endplates and multiple bolts per row, Engineering Structures, Volume 59, 2014, Páginas 434-447, ISSN 0141-0296, 10.1016/j.engstruct.2013.10.042