Análise de placas de extremidade espessas e múltiplos parafusos por fileira com o módulo de ligações de aço para RFEM

Modelo Analítico

Este estudo adota os critérios de dimensionamento especificados na EN 1993-1-8 para avaliar a resistência dos parafusos (corte e tração) e a resistência das placas (esmagamento e punçoamento), utilizando as formulações de estados-limite fornecidas na Tabela 3.4.

A resistência de cálculo do T-stub equivalente é avaliada independentemente para os componentes da placa de extremidade e da mesa do pilar. Para cada componente, a resistência de cálculo condicionante, F_T,Rd, é definida como o valor mínimo derivado de três mecanismos de rotura potenciais.

A resistência individual para cada modo é calculada com base na capacidade de momento plástico da mesa (M_pl,1Rd e M_pl,2,Rd) e na resistência à tração do grupo de parafusos (∑F_t,Rd). Estes modos contemplam a cedência completa da mesa (Modo 1), a rotura do parafuso associada à cedência da mesa (Modo 2) e a fratura pura do parafuso (Modo 3).

• Modos de Rotura:

• Momentos Resistentes Plásticos:

1 Modos de falha de elementos em T

Detalhes Geométricos da Ligação Viga-Pilar

Em conformidade com a prática construtiva corrente, todas as vigas e pilares foram fabricados em aço S235, enquanto as placas de extremidade utilizaram aço de maior resistência S355. As configurações geométricas, incluindo a disposição da placa de extremidade e dos grupos de parafusos, são detalhadas na Imagem 2, com a correspondente matriz de ensaios experimentais e as propriedades medidas dos materiais fornecidas nas Tabelas 1, respetivamente.

Conforme definido na matriz de ensaios, o Grupo A (provetes 1A–3A) utilizou uma secção de pilar HEA 300 (t_w = 8,5 mm; t_f = 14 mm), enquanto o Grupo B incorporou a secção mais pesada HEB 300 (t_w = 11 mm; t_f = 19 mm). Para avaliar o desempenho de uma hierarquia pilar fraco-viga forte, foram mantidas uma secção de viga uniforme HEB 300 e placas de extremidade de 30 mm de espessura em todos os provetes, assegurando que as configurações do Grupo A fossem críticas no pilar.

• Tabela 1: Configuração Geométrica dos Provetes Ensaiados

2 (a) Ligação Típica Viga-Pilar Aparafusada e (b) Representação pelo Método de Componentes

3 Configuração da Placa de Extremidade/Parafuso

Discussão

Ligações de Aço para Solução RFEM

Utilizando o módulo Steel Joints baseado em EF para o RFEM 6, o processo de dimensionamento da ligação foi totalmente integrado no modelo estrutural principal. Este estudo apresenta uma investigação experimental e numérica do desempenho estrutural de seis ligações viga-pilar com placa de extremidade espessa estendida, com especial ênfase na influência de configurações de aparafusamento não convencionais envolvendo múltiplos parafusos por fiada. Para isolar a rigidez rotacional inerente da zona nodal, todos os provetes foram configurados sem reforços suplementares da alma do pilar. A matriz experimental interrogou duas hierarquias de rotura distintas: (1) uma configuração pilar fraco/viga forte (pilar HEA300; viga HEB300) e (2) uma configuração de rigidez equilibrada (pilar e viga HEB300).

Estas investigações foram complementadas por uma caracterização direcionada do T-stub e por análises de elementos finitos (EF) de alta fidelidade. Após validação com dados experimentais e verificação através dos quadros do Eurocódigo 3 (EC3), os modelos EF foram utilizados para extrair informações granulares sobre os mecanismos de deformação localizados. As Imagens 4 e 5 e as Tabelas 2 e 3 ilustram a comparação da resistência ao momento e da rigidez – Experimental, ROFEM, Steel Joints no RFEM em relação ao EC3. E a Tabela 4 ilustra os modos de rotura.

4 Comparação da Resistência ao Momento – Experiência, ROFEM, Ligações de Aço no RFEM e EC-3

5 Comparação de Rigidez – Experimental, ROFEM, Ligações Metálicas no RFEM e EC-3

• Tabela 2: Comparação da Resistência ao Momento, Rigidez – Experimental, ROFEM, Steel Joints no RFEM e EC3-1-8

• Tabela 3: Comparação de Rigidez

• Tabela 4: Modos de Rotura

6 Tensão Equivalente e Deformação Plástica do Modelo T1A

7 Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo T2A

8 Tensão Equivalente e Deformação Plástica do Modelo T3A

9 Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo T1B

10 Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo T2B

11 Tensões Equivalentes e Deformação Plástica do Modelo T3B

12 Relação de Cálculo e Rigidez à Rotação do Modelo T1A

13 Relação de Cálculo e Rigidez à Rotação do Modelo T2A

14 Relação de cálculo e rigidez à rotação do modelo T3A

15 Relação de Dimensionamento e Rigidez Rotacional do Modelo T1B

16 Taxa de Dimensionamento e Rigidez Rotacional do Modelo T2B

17 Relação de cálculo e rigidez rotacional do modelo T3B

Conclusão

Dados experimentais preliminares foram utilizados para avaliar a aplicabilidade das disposições da EN 1993-1-8 às Ligações de Aço. Em linha com os resultados reportados para elementos convencionais de aço-carbono, verificou-se que o modelo de rigidez do Eurocódigo sobrestima a rigidez rotacional inicial, com as previsões analíticas a demonstrarem uma dispersão considerável relativamente aos valores medidos.

Os resultados experimentais confirmam que tanto a resistência ao momento como a rigidez inicial aumentam com o número de parafusos, com os provetes de 12 parafusos (T1A, T1B) a superarem consistentemente os equivalentes de 6 e 8 parafusos. O método das componentes do EC3-1-8 subestima geralmente a capacidade de momento, enquanto sobrestima a rigidez inicial, de forma mais notória para o T1B (41,83 vs. 22,31 MNm/rad), consistente com a tendência de sobrestimação observada no âmbito da EN 1993-1-8.

Os rácios EC3/RFEM, variando de 0,59 a 0,94, indicam previsões conservadoras da resistência ao momento pelo método das componentes do Eurocódigo, com o baixo rácio para o T3B (0,59) a sugerir uma subestimação significativa para certas geometrias de ligação.