Estudo do comportamento mecânico e custo de ligações aparafusadas

Abstract

As ligações aparafusadas têm uma grande importância nas estruturas metálicas utilizadas na construção de novos edifícios. O objetivo do presente trabalho é o estudo do comportamento mecânico de ligações metálicas aparafusadas em estruturas metálicas. Além disso, pretende-se realizar uma análise dos custos das ligações, numa perspetiva de custos de matéria-prima, custos de fabrico e custos de montagem/transporte. Foram criadas normas a nível europeu para fazer o dimensionamento, fabricação e construção de estruturas metálicas, conhecidas como “Eurocódigo 3 – Projeto de estruturas de aço”. Essas regras para a análise e dimensionamento de elementos em estruturas foram alvo de revisão aprofundada neste estudo. O dimensionamento neste trabalho foi feito no RobotStudio, programa de análise estrutural que assenta nas regras definidas no Eurocódigo 3.Selecionaram-se quatro formas de ligação: (i) ligação viga-coluna com chapa de extremidade; (ii) ligação viga-viga com chapa de extremidade; (iii) ligação viga-viga com chapa de gousset; (iv) base de coluna. Além disso foram consideradas diferentes combinações de secções. Para a secção em “I” foi considerada a gama entre IPE 80 e IPE 600, enquanto para a secção em “H” foi considerada a gama entre HEA 120 e HEA 400. Para cada caso, foi avaliada a resistência mecânica e a rigidez, as quais aumentavam com o aumento da dimensão das secções envolvidas, permitindo à ligação ter uma maior capacidade de suportar os esforços aplicados. No entanto, a razão entre custo e resistência diminui porque o aumento do custo associado ao aumento da dimensão das ligações é inferior ao aumento de resistência verificado.

Bolted joints have a great importance in metallic structures used in the construction of new buildings. The objective of this work is to study the mechanical behaviour of bolted joints in steel structures. Furthermore, it is intended to perform a cost analysis of the connections, from a raw material cost, manufacturing cost and assembly/transportation cost perspective. Rules were created at European level to do the mechanical design, manufacturing, and construction of steel structures, known as "Eurocode 3 - Design of steel structures". These rules for the analysis and design of elements in structures were thoroughly reviewed in this study. The mechanical design in this work was done in RobotStudio, a structural analysis program based on the rules defined in Eurocode 3.Four forms of joints were selected: (i) beam-column joint with end plate; (ii) beam-beam joint with end plate; (iii) beam-beam joint with gousset plate; (iv) column base. In addition, different combinations of sections were considered. For the "I" section, the interval between IPE 80 and IPE 600 was considered, whereas for the "H" section, the interval between HEA 120 and HEA 400 was considered. For each case, the mechanical strength and stiffness were evaluated, which increased with the increase in the size of the sections involved, allowing the joint to have a greater capacity to support the applied efforts. However, the ratio between cost and resistance decreased because the increase in cost associated with the increase in the size of the joints was less than the increase in resistance.