Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/24515
Title: Behaviour of joints : simple and efficient steel-to-concrete joints
Authors: Henriques, José Alexandre Gouveia 
Orientador: Silva, Luís Alberto Proença Simões da
Valente, Maria Isabel Brito
Keywords: Ligações estruturais aço-betão; Comportamento das ligações; Método das componentes; Modelação numérica; Curva momento-rotação; Structural steel-to-concrete joints; Behaviour of joints; Component method; Numerical modelling; Moment-rotation curve
Issue Date: 19-Jun-2013
Citation: HENRIQUES, José Alexandre Gouveia - Behaviour of joints : simple and efficient steel-to-concrete joints. Coimbra : [s.n.], 2013. Tese de doutoramento
Abstract: A utilização de sistemas estruturais combinando elementos de diferente natureza, como seja paredes de betão armado com vigas e pilares metálicos ou mistos, apresenta-se como uma solução competitiva onde se retira partido da eficiência estrutural de cada tipo de elemento. Este tipo de solução requer ao projectista um conhecimento multidisciplinar onde o principal obstáculo reside na ligação entre os elementos de diferente natureza como são as ligações parede de betão armado com viga metálica/mista. Neste tipo de ligação, a principal problemática reside na ausência de configurações e modelos simplificados para dimensionamento que facilitem a avaliação das suas propriedades e a sua realização. Ao longo das últimas décadas, o desenvolvimento do método das componentes permitiu demonstrar a eficiência da metodologia na avaliação do comportamento de ligações metálicas e mistas. Consequentemente, a sua extensão a ligações estruturais aço-betão revela-se conveniente e requer a integração de “novas” componentes associadas aos modos de ruptura que despontam no elemento de betão armado. Assim, torna-se necessário a caracterização e inclusão destas componentes nos modelos globais de avaliação do comportamento da ligação. Foi com o intuito de responder a esta problemática que se desenrolou um projecto Europeu de investigação (RFCS). Neste, estudaram-se várias configurações de forma a responder às diferentes exigências estruturais. Do envolvimento do autor no projecto, desenvolveu-se a presente tese. O seu principal objectivo é a abordagem transversal às ligações estruturais aço-betão, utilizando uma configuração desenvolvida no projecto. Na versão “mais completa”, a configuração seleccionada permite realizar uma ligação entre viga mista e parede de betão armado, conferindo continuidade parcial ou total (ligação semi-continua/continua). Contudo, a flexibilidade da configuração permite a adaptação para soluções com diferentes exigências estruturais, ou seja, ligação rotulada. Na presente tese efectua-se uma abordagem sequencial, evoluindo da configuração mais simples para a mais completa, com caracterização numérica e analítica de componentes e ligações. A validação experimental é feita sempre que possível com a contribuição da literatura e dos resultados da campanha experimental do referido projecto. Assim, propõese modelos numéricos e analíticos que permitem avaliar o comportamento de uma ligação entre viga mista e parede de betão armado independentemente da idealização estrutural pretendida: rotulada, semi-continua ou continua. Por fim, é efectuado um estudo simplificado ao nível do comportamento estrutural global onde se pretende investigar as exigências estruturais a que estão submetidas as ligações estudadas. A análise considera um conjunto de pórticos planos (solução mista aço-betão) onde se incorpora o comportamento das ligações e se extraem os requisitos para diferentes estados limites.
The use of the structural systems combining members of different nature, such as reinforced concrete walls with steel/composite beams and columns, presents a competitive solution benefiting from the structural efficiency of each type of member. This type of solution requires to the designer multidisciplinary knowledge where the main obstacle lies in the joints between members of different nature, as are the reinforced concrete wall to steel/composite beam joints. In such joints, the main problem is the lack of solutions for easy execution and simplified models for evaluation of their properties. Over the past decades, the development of the component method has demonstrated the effectiveness of the methodology in assessing the behaviour of steel and composite joints. Consequently, its extension to structural steel-concrete joints is convenient and requires the integration of "new" components associated with the failures modes that develop in the reinforced concrete member. Thus, it becomes necessary to characterize and to include these components in global models for evaluation of the joint behaviour. Aiming at the study of steel-to-concrete joints, the RFCS project entitled "New market chances for steel structures by innovative fastening solutions" was developed. In the project, three joint configurations were investigated for different structural requirements. The present thesis is also the outcome of the author’s involvement in this project. Its main objective is a transversal approach to structural steel-to-concrete joints using a configuration developed within the referred project. In its “complete” version, the joint configuration provides a semi-continuous/continuous solution to connect a composite beam to a reinforced concrete wall. Though, the adaptability of the configuration allows its modification to perform under different structural requirements, as pinned joint. In this thesis a sequential approach is carried out, evolving from the simplest configuration to the “most complete”, with numerical and analytical characterization of the components, connections and joints. The experimental validation is performed whenever possible with the contribution of the results available in the literature and produced in the experimental campaign of the referred project. Thus, analytical and numerical models are proposed for characterization of the behaviour of joints between composite beam and reinforced concrete wall independently of the structural idealization: pinned, semi-continuous and continuous. Finally, at the structural level, a simplified study is performed to investigate the performance requirements of the steel-to-concrete joints. The analysis considers the structural calculation of three portal frames (mixed steel-concrete solution) which incorporate the behaviour of joints. The structural requirements for the different limit states are extracted and compared with the properties of the approached joints.
Description: Tese de doutoramento do Programa Doutoral em Construção Metálica e Mista, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/24515
Rights: openAccess
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