Análise de Perfis de Aço de Alta Resistência e de Ligações de Chapa de Extremidade com o Módulo de Ligações de Aço para RFEM

Modelo analítico

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

A resistência de cálculo do T-stub equivalente é avaliada independentemente para os componentes da placa de extremidade e do banzo do pilar. Para cada componente, a resistência de cálculo condicionante, F_T,Rd, é definida como o valor mínimo derivado de três mecanismos de rotura potenciais.

A resistência individual de 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 contemplam a cedência completa do banzo (Modo 1), a rotura do parafuso associada à cedência do banzo (Modo 2) e a fratura pura do parafuso (Modo 3).

Modos de rotura:

Momentos de resistência plástica:

1 Modos de falha de T-stub

Detalhes geométricos da ligação viga-pilar

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

O provete JD1 (S355) utilizou um perfil 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 classe 8.8 e M27 de classe 10.9.

2 Configuração da Chapa de Extremidade/Pinos do JD1

3 Configuração da Chapa de Extremidade/Parafuso do JD2 e JD3

Discussão

Steel Joints para solução RFEM

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

O programa experimental foi complementado por uma caracterização direcionada de T-stubs e por análises de elementos finitos (EF) de alta fidelidade. O dimensionamento da ligação foi totalmente integrado no modelo estrutural principal através do módulo adicional Steel Joints 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 informações detalhadas sobre a mecânica de deformação localizada. As Imagens 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 Steel Joints no RFEM e o EC3, enquanto a Tabela 3 resume os modos de rotura observados.

4 Comparação da Resistência ao Momento – Experimental vs. Ligação de aço no RFEM e EC3

5 Comparação de Rigidez – Experimental vs. Ligações de Aço no RFEM e EC3

6 Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo JD1

7 Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo JD2

8 Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo JD3

9 Relação de Cálculo e Rigidez Rotacional do Modelo JD1

10 Relação de cálculo e rigidez à rotação do modelo JD2

11 Relação de cálculo e rigidez à rotação do modelo JD3

Conclusões

Foram estudadas três ligações aparafusadas com placa de extremidade (JD1–JD3), comparando os ensaios experimentais com o modelo Steel Joints do RFEM e o cálculo manual segundo o EC3. No que respeita à resistência ao momento, os três métodos apresentaram boa concordância. O RFEM reproduziu os resultados experimentais com grande proximidade (dentro de cerca de 6%), e o EC3 forneceu valores seguros e ligeiramente conservadores. O EC3 pode, portanto, ser considerado fiável para o dimensionamento da resistência.

A principal diferença verificou-se na rigidez inicial. O RFEM forneceu valores razoáveis, mas o EC3 sobrestimou significativamente a rigidez de todas as ligações — aproximadamente 1,7 a 2,7 vezes os valores medidos. A rigidez segundo o EC3 deve, por isso, ser utilizada com precaução, especialmente em verificações de utilização e de deformação.

Relativamente aos modos de rotura, o RFEM previu corretamente o que foi observado nos ensaios (cedência da placa de extremidade com rotura de ambas as filas de parafusos), enquanto o EC3 previu um modo mais simples, com um único parafuso. Em suma, o RFEM é uma ferramenta fiável para prever a resistência, a rigidez e a rotura das ligações, podendo reduzir a necessidade de ensaios. O EC3 é seguro para a resistência, mas tende a sobrestimar a rigidez.