Estudo teórico-experimental de parafusos utilizados como dispositivos de transferência de carga em pilares mistos tubulares preenchidos com concreto
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Francisco Carlos Rodrigues
Roberval Jose Pimenta
Roberval Jose Pimenta
Resumo
A recente norma Projeto de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edificações com Perfis Tubulares (ABNT NBR 16239:2013) sugere a utilização de parafusos como conectores de cisalhamento em pilares mistos preenchidos com concreto. Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental inicial sobre o comportamento destes conectores e também analisa a transferência de carga entre os componentes tubo de aço e núcleo de concreto do pilar misto. Para este estudo são propostas duas configurações de ensaio: push-out-BA (bases do tubo de aço e do núcleo de concreto apoiadas) e o push-out-BL (somente o núcleo de concreto apoiado). São analisados também dois procedimentos de solda realizados na união entre os conectores e o tubo de aço: solda ponteada e solda efetiva. Os ensaios experimentais seguem os procedimentos de ensaios de cisalhamento direto preconizados pela norma europeia de estruturas mistas de aço e concreto (EN 1994-1-1:2004), com o carregamento sendo aplicado de forma centrada no tubo de aço. O estudo teórico foi realizado por meio de simulações numéricas utilizando o método dos elementos finitos. Nessas simulações são consideradas as não linearidades geométricas e as não linearidades físicas dos materiais. São propostas duas alternativas para a determinação das forças últimas experimentais. A primeira alternativa é mais conservadora quando comparada ao modelo analítico da ABNT NBR 16239:2013, enquanto que a segunda alternativa apresentou valores mais próximos aos da norma. Nas análises experimentais e numéricas, foi observada a ruptura do núcleo de concreto como um dos principais modos de falha.
Abstract
The recent published standard titled Design of steel and composite structures for buildings using hollow sections (Brazilian Standard ABNT NBR 16239:2013) recommends the application of bolts as shear connectors in concrete-filled composite tube columns. This technical investigation presents a preliminary theoretical and experimental study on the behavior of these shear connectors, as well as analyzes the load transfer between the steel tube components and the concrete core. For this particular study, two test configurations are proposed: push-out-BA (bases of the steel tube and concrete core are supported) and push-out-BL (only the concrete core is supported). Two welding procedures for the junction between the shear connectors and steel tube are also analyzed: spot and effective welding. The experimental tests follow the procedures for standard push-out test recommended by the European standard for composite steel and concrete structures (EN 1994-1-1:2004), with a centralized loading being applied to the steel tube. The theoretical study was carried out through numerical simulation using the finite element method. In these simulations, the material geometrical nonlinearities and physical nonlinearities are considered. Two alternatives are proposed to determine the experimental ultimate load. The first alternative is more conservative as compared to the analytical model of ABNT Standard NBR 16239:2013, while the second alternative presented results closer to the values expressed by the ABNT standard. For both the experimental and numerical analysis, the concrete core rupture was observed as one of the main failure modes.
Assunto
Engenharia de estruturas
Palavras-chave
Pilares mistos preenchidos com concreto, Ensaios de cisalhamento direto, Simulação numérica, Transferência de carga, Parafusos