Análise numérica de ligações de emenda aparafusadas inovadoras entre perfis de secção tubular

Abstract

Em construção metálica, as soluções com perfis tubulares apresentam inúmeras vantagens, ao permitirem associar a eficácia, leveza e sustentabilidade das estruturas em aço, com a vertente arquitetónica que é possível explorar graças à geometria destes perfis. Uma das vantagens das estruturas metálicas é a possibilidade de produzir em fábrica os diversos elementos estruturais, sendo muitas vezes necessário segmentar estes elementos, prevendo ligações de emenda, para permitir o seu transporte e assemblagem no local da obra. As configurações de ligações de emenda entre perfis de secção tubular mais usadas atualmente são bastante grosseiras e pouco estéticas (aparafusadas) ou onerosas (soldadas). O estudo das ligações entre os elementos estruturais é uma das mais importantes fases da conceção de um projeto de estruturas metálicas. Uma vez que as ligações são componentes condicionantes no comportamento da estrutura, por garantirem a transmissão de esforços entre os elementos estruturais, o seu dimensionamento afeta largamente vários aspetos do projeto, como sejam económicos, de segurança e até mesmo estéticos. Com este trabalho pretende-se elaborar um estudo numérico de ligações de emenda aparafusadas, entre perfis de secção tubular, sujeitas a esforço axial, utilizando configurações inovadoras, que possam ser uma alternativa economicamente viável e esteticamente apelativa às soluções convencionais. Os desenvolvimentos e conclusões agora apresentados são a etapa final de um vasto estudo de otimização estrutural que incluiu várias etapas com forte componente experimental. A principal tarefa desta dissertação consiste no desenvolvimento de modelos numéricos por elementos finitos, devidamente calibrados através dos resultados dos ensaios experimentais realizados nas etapas anteriores do estudo. Estes modelos numéricos serão a base para a realização um estudo paramétrico de caracterização do comportamento estrutural da ligação. O objetivo fundamental desta dissertação é a validação dos modelos de cálculo e de dimensionamento atualmente preconizados pelo Eurocódigo 3 – Parte 1-8 e o estabelecimento de limites geométricos que assegurem um adequado desempenho mecânico da ligação em condições reais.

Tubular steel structures present a large number of advantages as they combine the efficiency, elegance and sustainability that is characteristic of steel structures with the architectural value that is possible to explore due to the geometry of these hollow sections. One of the major benefits of steel structures is the possibility of factory production of the structural elements, being sometimes necessary to segment these elements and predict splice connections, assessing their transportation and assembly at the construction site. The most common configurations of hollow sections splice connections are coarse and unaesthetic (bolted type) or too expensive (welded type). The study of connections between structural elements is one of the most important parts of the conception of a steel structure project. Given the fact that connections are critical components for the structure behavior, as they transfer the stresses to the structural frame, their design deeply affects several aspects of the project, such as economics, safety and aesthetics. With the present dissertation it is intended to elaborate a numeric study of bolted splice connections, between circular hollow sections, submitted to axial stress, using innovating configurations that can be an economically and aesthetically appealing alternative to the conventional solutions. The developments and conclusions now present are the last stage of a comprehensive structural optimization study, which included several stages with strong experimental component. The main task of this dissertation consists in the development of numeric models of finite elements, calibrated accordingly to experimental results of previous dissertations. These models will be the groundwork to a parametric study of characterization of the connection’s structural behavior. The fundamental purpose of this dissertation is the validation of the formulations given by the Eurocode 3 - Part 1-8 and the establishment of geometric boundaries that can assure the mechanical behavior of the connection in real conditions.