Análise de perfil de aço de alta resistência e ligações de chapa de extremidade com módulo de ligação de aço para RFEM

Modelo Analítico

Este estudo adota os critérios de dimensionamento especificados na EN 1993-1-8 para avaliação da resistência de parafusos (corte e tração) e da resistência da placa (esmagamento e punçoamento), utilizando as formulações de estados limites fornecidas na Tabela 3.4.

A resistência de cálculo da peça em T equivalente é avaliada independentemente para os componentes da placa de extremidade e do banzo do pilar. Para cada componente, a resistência de cálculo governante, F_T,Rd, é definida como o valor mínimo derivado de três mecanismos de rotura 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 resistência à tração do grupo de parafusos (∑F_t,Rd). Estes modos consideram a cedência completa do banzo (Modo 1), rotura do parafuso juntamente com cedência do banzo (Modo 2) e fratura pura do parafuso (Modo 3).

Modos de Rotura:

Momentos Resistentes Plásticos:

Fig. 1. Modos de falha da peça em T

Detalhes geométricos da ligação viga-pilar

Em conformidade com a prática de construção corrente, todos os membros de viga e pilar foram fabricados em aço S355, Q690 e Q960, enquanto as placas de extremidade utilizaram os aços de maior resistência Q690 e Q960. As configurações geométricas, incluindo a disposição da placa de extremidade e dos grupos de parafusos, são apresentadas nas Figuras 2 e 3, e a matriz de ensaios experimentais correspondente.

O provete JD1 (S355) utilizou uma secção de pilar HEM 300. Para avaliar o desempenho de uma hierarquia pilar fraco/viga forte, foi mantida uma secção de viga uniforme HEA 320 juntamente com placas de extremidade S690 de 10 mm de espessura. O JD2 foi fabricado em aço Q690 e o JD3 em aço Q960. As secções de viga e pilar foram H300×180×10×12 e H340×200×10×12 para o JD2, e H250×180×10×12 e H300×200×10×12 para o JD3. Foram utilizados parafusos M24 de grau 8.8 e M27 de grau 10.9.

Fig. 2. Configuração da Placa de Extremidade/Pino do JD1

Fig. 3. Configuração da Placa de Extremidade/Pino JD2 e JD3

Discussão

Ligações de aço para solução RFEM

Este estudo apresenta uma investigação experimental e numérica sobre o desempenho estrutural de três ligações viga-pilar com placa de extremidade estendida em aço de alta resistência.

O programa experimental foi complementado por uma caracterização direcionada de peças em T e análise de elementos finitos (EF) de alta fidelidade. O dimensionamento da ligação foi totalmente integrado no modelo estrutural primário utilizando o módulo adicional Ligações de aço para o RFEM 6, baseado em EF. Após validação com os dados experimentais e verificação no âmbito do Eurocódigo 3 (EC3), os modelos de EF foram utilizados para extrair conhecimento detalhado sobre a mecânica de deformação localizada. As Figs. 4 e 5 e as Tabelas 1 e 2 apresentam a comparação da resistência ao momento e da rigidez entre os resultados experimentais, o módulo Ligações de aço no RFEM e o EC3, enquanto a Tabela 3 resume os modos de rotura observados.

Fig. 4. Comparison of Moment Resistance – Experimental, Steel Joints in RFEM and EC-3

Fig. 5. Comparação da Rigidez – Experimental, Ligações de Aço no RFEM e EC-3

Fig. 6. Equivalent Stresses and Plastic Strain of JD1 Model

Fig. 7. Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo JD2

Fig. 8. Equivalent Stresses and Plastic Strain of JD3 Model

Fig. 9. Design Ratio and Rotational Stiffness of JD1 Model

Fig. 10: Relação de cálculo e rigidez à rotação do modelo JD2

Fig. 11. Relação de cálculo e rigidez à rotação do modelo JD3

Conclusões

Três juntas com placa de extremidade aparafusada (JD1–JD3) foram estudadas comparando ensaios experimentais com o modelo de Ligações de aço do RFEM e o cálculo manual do EC-3. Para a resistência ao momento, os três métodos apresentaram boa concordância. O RFEM correspondeu estreitamente aos resultados experimentais (dentro de cerca de 6%), e o EC-3 forneceu valores seguros e ligeiramente conservadores. O EC-3 pode, portanto, ser considerado fiável para o dimensionamento da resistência.

A principal diferença residiu na rigidez inicial. O RFEM forneceu valores razoáveis, mas o EC-3 sobrestimou significativamente a rigidez de todas as juntas — aproximadamente 1,7 a 2,7 vezes os valores medidos. A rigidez do EC-3 deve, portanto, ser utilizada com precaução, especialmente em verificações de utilização e de flecha.

Para os modos de rotura, o RFEM previu corretamente o que foi observado nos ensaios (cedência da placa de extremidade com ambas as filas de parafusos a romper), enquanto o EC-3 previu um modo mais simples de rotura de um único parafuso. Em suma, o RFEM é uma ferramenta fiável para prever a resistência, rigidez e modo de rotura da junta, e pode reduzir a necessidade de ensaios. O EC-3 é seguro para a resistência, mas tende a sobrestimar a rigidez.