Estudo numérico de um dispositivo de transferência de cargas em pilares mistos tubulares preenchidos com concreto
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Gilson Queiroz
Arlene Maria Sarmanho Freitas
Arlene Maria Sarmanho Freitas
Resumo
No Brasil, encontra-se em fase final de desenvolvimento um texto-base de norma para o projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto com perfis tubulares, circulares e retangulares (PN 02 125.03-004). O presente trabalho tem como objetivo principal realizar um estudo numérico do dispositivo, apresentado pela PN 02 125.03-004, que utiliza parafusos de alta resistência, como elementos de transferência de carga em pilares mistos tubulares de aço e concreto, verificando a interação entre o tubo de aço e o núcleo de concreto sob uma carga aplicada diretamente no aço. Para a realização deste estudo, foi desenvolvido um modelo numérico para análise não linear geométrica e de material via Método dos Elementos Finitos, utilizando o programa comercial de elementos finitos ABAQUS. Para o desenvolvimento do modelo numérico, as propriedades do aço e do concreto foram consideradas na análise. Foram utilizados elementos sólidos para as partes de aço e concreto, e também considerado o contato entre as partes. Um estudo paramétrico foi realizado com o objetivo verificar e validar o modelo analítico apresentado pelo projeto de norma de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto com perfis tubulares, PN 02 125.03-004. Os resultados numéricos foram comparados com as capacidades resistentes analíticas obtidas conforme a PN 02 125.03-004, que se mostraram conservadoras. Observou-se também que a rigidez dos parafusos atuando como conectores são inferiores a rigidez de conectores usuais como os pinos com cabeça. Dessa forma, apresenta-se um fator de multiplicação do número de conectores com o objetivo de manter a rigidez dos conectores usuais.
Abstract
In Brazil, Standard Draft for design of steel and composite structures of steel and concrete with tubular, circular and rectangular profiles (PN 02 125.03-004) is on its final stages of development. This work aims at providing a numerical study of the device, which uses high strenght bolts, as elements of load transfer in composite columns of tubular steel and concrete, verifying the interaction between the steel tube and concrete core under a load applied directly on steel. For this study, was developed a numerical model for nonlinear geometric and material analysis using the Finite Element Method (FEM), with the commercial finite element program ABAQUS. Material and geometric properties of steel and concrete in the analysis were considered. To develop the numerical model, solid finite elements for steel and concrete parts were used, and also the contact between the parties were considered. A parametric study was conducted in order to verify an analytical model presented by Brazilian Draft Standard for design of tubular steel and composite structures, PN 02 125.03-004. The numerical results were compared with the analytical strength capacity obtained by the PN 02 125.03-004, which proved conservative. It was also observed that the stiffness of the bolts acting as the connectors are lower than the stiffness of the usual connectors as stud bolts. This way, it presents a multiplication factor of the number of connectors in order to maintain the stiffness of the usual connectors.
Assunto
Engenharia de estruturas, Aço tubular Estruturas, Análise numérica, Transferência de carga
Palavras-chave
Pilares mistos preenchidos, Transferência de carga, Análise numérica, Seção tubular