[pt] Este trabalho teve como objetivo propor um sistema construtivo misto eficiente e econômico para edificações. Foram concebidos dois detalhes de ligação semi-rígida mista, o primeiro para colunas de extremidade, e o segundo para colunas intermediárias, executados no eixo de maior inércia da coluna. A ligação de extremidade motivou o desenvolvimento de um novo elemento de ligação: o conector T-rib. Sua principal função é transmitir a resultante das barras de armadura de flexão nas regiões de momento negativo para a mesa das colunas de extremidade. O presente trabalho também envolveu uma investigação de dois modelos para ligações semi-rígidas: o modelo analítico simplificado de Kishi-Chen, [CHEN93], e o modelo mecânico do Anexo J do EUROCODE3, [EURO98], gerando duas alternativas para modelos semi-rígidos mistos. O primeiro modelo de cálculo, desenvolvido a partir do modelo de Kishi e Chen, [CHEN93], permite o cálculo dos dois detalhes de ligação citados anteriormente. O segundo modelo proposto foi concebido a partir da incorporação das contribuições do conector T-rib, das cantoneiras de alma e das barras de armadura existentes nos dois detalhes de ligação citados anteriormente, já que o modelo original do EUROCODE3, não considera estas componentes. Uma calibração dos modelos propostos foi executada a partir de uma comparação com valores obtidos experimentalmente no presente trabalho. Uma solução alternativa para conectores de cisalhamento de vigas mistas de concreto e aço também foi desenvolvida. Esta solução consistiu na adaptação do conector de cisalhamento perfobond rib utilizado em pontes mistas para uso em edificações correntes. Esta investigação resultou na criação de um novo layout para este tipo de ensaio. Este novo ensaio permitiu a determinar a contribuição dos cilindros de concreto e barras de armadura nos furos do conector perfobond rib e aferiu, pela primeira vez na literatura, a fórmula de resistência ao cisalhamento para este conector proposta por Oguejiofor e Hosain, [OGUE94]. Para caracterizar os possíveis estados de ruína do conector T-rib uma série de seis ensaios foi executada. Esta etapa de trabalho compreendeu o desenvolvimento de um novo tipo de ensaio de arrancamento projetado especialmente para esta investigação. Para avaliar o desempenho global do sistema construtivo proposto foi construído e ensaiado um pórtico plano semi-rígido misto em escala real, executado de modo a permitir a aferição do comportamento real das ligações, do comportamento do conjunto das viga-mistas e das vigas- colunas da estrutura. Este ensaio permitiu a determinação de curva carga versus. Rotação, uma estimativa dos esforços máximos de flexão nas ligações, etc. / [en] This work focused on the development of an efficient and economic composite building system. This was accomplished by the conception of two new composite major axis connection details for external and intermediate columns. The external column connection detail motivated the creation of a new connection element: the T-rib connector. The main purpose of this element is to transmit the reinforcement bars forces directly to the external columns in negative moment regions The present study also comprehended an nvestigation of two semi-rigid connections design models:the simplified analytical model of Kishi-Chen, [CHEN93], and the Eurocode 3 mechanical model,[EURO98], leading to further developments in both structural models. The first proposal extends the Kishi-Chen model, [CHEN93], for the external and intermediate columns connections investigated in this work. The second proposal incorporated the contributions of the T-rib connector, the web angles and the reinforcement bars on the EUROCODE3 model, since they were not originally taken into account. Both model were calibrated against the experimental results produced in the present investigation. An alternative solution for composite beams shear connectors was also developed. This solution consisted of an adaptation of the perfobond rib shear connector, generally used in composite bridges, to residential or commercial building construction. This investigation resulted in the development of a new test layout for the required experiments. These experiments enabled the determination of the individual contribution of the concrete dowels and reinforcement bars used in the perfobond rib connector holes. As far as it is known, these tests enable the calibration and evaluation V of each individual term of the perfobond rib resistance formula proposed by Oguejiofor and Hosain, [OGUE94]. A set of six tests was also made to characterise the T-Rib connector ultimate limit states. This procedure also required the development of a new pullout test procedure and layout especially designed for this purpose. To evaluate the global performance of the proposed building system a full-scale composite semi-rigid portal frame was built and tested up to collapse. The experimental programme provided information on real structural behaviour where the influence of connections, beam as beam column behaviour ads second order efectswere full investigated. This experimental research enabled the determination of: load versus rotation curves, an estimation of the maximum connection s bending forces, etc. / [es] Este trabajo tiene como objetivo proponer un sistema constructivo mixto eficiente y económico para edificaciones. Fueron concebidos dos detalles de llamada semi-rígida-mixta, el primero para columnas de extremidad, y el segundo para columnas intermediárias, ejecutados en el eje de mayor inercia de la columna. La llamada de extremidad motivó el desarrollo de un nuevo elemento de llamada: el conector T rib. Su principal función es transmitir la resultante de las barras de armadura de flexión en las regiones de momento negativo para la mesa de las columnas de extremidad. Este trabajo también investiga dos modelos para conexiones semi rígidas: el modelo analítico simplificado de Kishi Chen, [CHEN93], y el modelo mecánico del Anexo J del EUROCODE3, [EURO98], generando dos alternativas para modelos semi rígidos mixtos. El primer modelo de cálculo, desarrollado la partir del modelo de Kishi y Chen, [CHEN93], permite el cálculo de los dos detalles de llamada citados anteriormente. El segundo modelo propuesto fue concebido a partir de la incorporación de las contribuciones del conector T rib, de las esquineras de alma y de las barras de armadura existentes en los dos detalles de llamada citados anteriormente, ya que el modelo original del EUROCODE3, no considera estas componentes. Los modelos propuestos fueron calibrados a partir de una comparación con valores obtenidos experimentalmente en el presente trabajo. Una solución alternativa para conectores de cisallamento de vigas mixtas de concreto y acero también fue desarrollada. Esta solución consistió en la adaptación del conector de cisallamento perfobond rib utilizado en puentes mixtas para uso en edificaciones corrientes. Esta investigación tuvo como resultado la creación de un nuevo layout para este tipo de ensayo. Este nuevo ensayo permitio determinar la contribución de los cilindros de concreto y barras de armadura en las perforaciones del conector perfobond rib y ajustó, por primera vez en la literatura, la fórmula de resistencia al cisallamento para este conector propuesta por Oguejiofor y Hosain, [OGUE94]. Para caracterizar los posibles estados de ruina del conector T rib, se ejecutó una série de seis ensayos. Esta etapa del trabajo comprendió el desarrollo de un nuevo tipo de ensayo de arranque proyectado especialmente para esta investigación. Para evaluar el desempeño global del sistema constructivo propuesto, fue construido un pórtico plano semirígido mixto en escala real, ejecutado de tal modo que permita el ajuste del comportamiento real de las conexiones, del comportamiento del conjunto de las viga mixtas y de las vigas columnas de la extructura. Este ensayo permitió la determinación de curva carga versus Rotación, una estimativa de los esfuerzos máximos de flexión en las conexiones, etc.

[pt] Ligações semi-rígidas em estruturas de aço tem apresentado uso crescente na construção metálica, pois é uma opção que permite um melhor aproveitamento da capacidade da estrutura. Neste trabalho apresentam-se as características e a classificação das ligações semi-rígidas bem como a evolução da modelagem numérica e analítica do comportamento destas ligações. Apresenta-se uma metodologia com base no método dos elementos finitos para avaliar numericamente a relação momento-rotação de conexões viga-coluna em estruturas de aço. Parte essencial desta metodologia é a modelagem da ligação e de seus diversos componentes. Um modelo completo em termos da geometria, capaz de representar a interação entre os diversos componentes da conexão é proposto. Esta modelagem inclui a discretização de todos os componentes da conexão: placa e ou cantoneiras, porcas, coluna e viga, sendo a extensão da viga e da coluna a ser considerada no modelo escolhida por calibração do mesmo. O contato entre os componentes da ligação é considerado por meio de algoritmo específico de contato com base na formulação de um problema linear complementar. Considera-se contato sem atrito entre corpos deformáveis. A fim de representar com mais fidelidade as características tridimensionais do problema, adota-se uma modelagem também tridimensional com base em elementos finitos híbridos hexaédricos de oito nós, permitindo o emprego de uma discretização relativamente grosseira. Fenômenos como a presença de grandes deformações, plastificação dos componentes e a pré-tensão dos parafusos são incluídos no modelo. Os modelos apresentados são empregados para o estudo do comportamento de ligações tipo placa de extremidade estendida e tipo cantoneira de alma simples. Para validação dos modelos são comparados os resultados numéricos com dados experimentais. Analisa-se também a participação da flexibilidade dos diversos componentes da conexão, tais como: parafuso, placa de extremidade, mesa da coluna, na resposta da conexão. / [en] Semi-rigid connections are now-a-days widely employed by steel structures. Such connections take better advantage of the overall structure capabilities. In this work the properties and classification of semi-rigid connections is discussed. Additionally numerical and analytical models for prediction of connection behavior are presented. A finite element based methodology for the numerical evaluation of moment-rotation relations and load carrying capacity of semi-rigid connections is proposed. An important feature of this model is a complete a three dimensional geometrical description of the many components of the connection, such as plates, column, beam, bolts and nuts and the interaction between them. The extension of beam and column to be modeled is determined by numerical calibration. Frictionless contact between the connection components is considered by a specific contact algorithm which ensures non- penetration and permits separation of the individual parts. In this work a solution strategy for the contact problem based on the establishment of a linear complementary problem is adopted. The three dimensional modeling is carried out by a mesh of hybrid hexahedral eight node elements, which allow the use of relatively coarse meshes. Effects such as the presence of large deformations, yielding of components and pre- stressing of bolts are present in the model. The proposed model is applied to the analysis of the behavior of extended end-plate connections and web cleat connections. The numerical results are compared to experimental data for model validation. One of the objectives of this analysis is the evaluation of the participation of each component on the overall flexibility of the connection. / [es] El uso de ligaduras semirígidas en extructuras de acero ha experimentado un crescimiento importante en la construcción metálica. Esta opción permite un mejor aprovechamiento de la capacidad de la extructura. En este trabajo se presentan las características de las ligaduras semirígidas, su clasificación; y la evolución de los modelos numéricos y analíticos del comportamiento de estas ligaduras. Se discute una metodología con base en el método de los elementos finitos para evaluar numéricamente la relación momento-rotación de conexiones viga-columna en extructuras de acero. La parte esencial de esta metodología es el modelo de la ligadura y sus diversos componentes. Se propone un modelo completo en términos de geometría, capaz de representar la interacción entre los diversos componentes de la conexión. Este modelo incluye la discretización de todos los componentes de la conexión, siendo que la extensión de la viga y de la coluna a ser considerada en el modelo, deberá ser elegida por calibración del mismo. Para considerar el contacto entre los componentes de la ligadura se utiliza el algoritmo específico de contacto con base en la formulación de un problema lineal complementar. A fin de representar con más fidelidad las características tridimensionales del problema, se adoptó un modelo tridimensional con base en elementos finitos híbridos hexaédricos de ocho nodos, permitiendo el empleo de una discretización relativamente grosera. Se incluyen en el modelo fenómenos como la presencia de grandes deformaciones, plastificación de los componentes y la pretensión de los tornillos. Los modelos presentados se emplean en el estudio del comportamiento de ligaduras tipo placa de extremidad extendida y tipo esquinero de alma simple. Para evaluar los modelos se comparan los resultados numéricos con datos experimentales. También se incluye un análisis de la participación en la respuesta de la conexión, de la flexibilidad de los diversos componentes de la conexión, tales como: tornillo, placa de extremidad, mesa de la columna.

[pt] As ligações estruturais desempenham um papel fundamental no comportamento global das estruturas de aço. Muitos ensaios experimentais desta ligações têm sido desenvolvidos para que se possa avaliar corretamente a influência dos parâmetros físicos e geométricos que influenciam no comportamento destas ligações. Hoje em dia, as ligações no eixo de menor inércia da coluna de pórticos contraventados são dimensionadas como flexíveis. Maiores problemas ocorrem quando este contraventamento não é possível e as ligações rígidas são utilizadas. Todavia, garantir que esta ligação tenha um comportamento rígido, principalmente no eixo de menor inércia, é algo um tanto quanto discutível. Sendo assim, a utilização de ligações semi-rígidas tornou-se viável porque tem um comportamento estrutural que melhor se aproxima da realidade e ainda possibilita uma diminuição do preço final da estrutura. Este trabalho apresenta uma avaliação do comportamento estrutural de ligações viga-coluna em estruturas de aço no eixo de menor inércia. Uma investigação dos modelos existentes de ligações semi- rígidas na literatura foi realizada e identificou dois modelos estruturais fundamentais para esta investigação: o de Kishi e Chen para o eixo de maior inércia e o de Teixeira Gomes para a menor inércia. Os sistemas de classificação de ligações existentes foram avaliadas mas ainda não se tem conhecimento de um sistema específico para o eixo de menor inércia ou da validade do uso dos sistemas de classificação gerados para maior inércia quando aplicados na menor inércia. Uma análise experimental onde três ensaios de ligação de aço viga x coluna, em escala real foi executada. Esta análise possibilitou a determinação da curva momento x rotação, resistência a flexão da ligação, evolução das tensões e deformações e possíveis modos de ruína. O presente trabalho também propõe um modelo preliminar de ligação semi-rígida com dupla cantoneira de alma e cantoneira de apoio, ou enrijecedor, no eixo de menor inércia visando sua utilização em edificações de estruturas de aço. Uma validação deste modelo preliminar foi realizada através de uma comparação com os resultados experimentais gerados. / [en] Connections perform a fundamental hole in the steel structure´s global behaviour. In order to evaluate the real influence of the physical and geometrical parameters that controls their behaviour, many experimental tests and analysis have been developed but a definitive answer to the problem in question still stands. Nowadays, the non-sway portal frame design still adopts bolted flexible connections in the column´s minor axis. Unfortunately, in the case of sway frames, the majority of connections are rigid, despite the fact that rigid connections have higher costs and rigid connections in the column minor axis have questionable true behaviour. To overcome these difficulties the use of semi-rigid connections can decrease the global structure cost, having an extra advantage of being closer to reality. This background served as motivation for the present investigation on the an evaluation of the structural behaviour of beam-column semi-rigid steel connections working in the column minor axis. A literature survey on the semi-rigid models currently in use in literature was accomplished. Two fundamental structural models were identified: the Kishi and Chen model for the bending on the column major axis and the model proposed by Gomes for the minor axis bending. A specific connection classification system developed for the major axis for the column minor axis was not found in the literature. The use of general classification for this task still deserves a validations study. An experimental programme consisting of three full scale tests of beam to column connections was carried out. This analysis enable the assessment of the moment versus rotation curve, moment capacity of the connection, stress patterns, strains and collapse mechanisms. This work also presents a preliminary semi-rigid model for the column´s minor axis, made with a double web angle and a support angle or a stiffner. A validation study of this preliminary model was accomplished through a comparison with the acquired experimental results. / [es] Las ligaduras extructurales desempeñam un papel fundamental en el comportamiento global de las extructuras de acero. Muchos ensayos experimentales han sido desarrollados para poder evaluar correctamente la influencia de los parámetros físicos y geométricos que influeyen en el comportamiento de estas ligaduras. Hoy en dia, las ligaduras en el eje de menor inercia de la columna de pórticos contraventados son dimensionadas como flexíbles. Mayores problemas ocurren cuando este contraventamento no es posible y se utilizan ligaduras rígidas. Pero garantizar que esta ligadura tenga un comportamiento rígido, principalmente en el eje de menor inercia, es algo bastante discutible. Así, la utilización de ligaduras semi-rígidas se hizo posible, porque tiene un comportamiento extructural que se aproxima mejor de la realidad y posibilita una diminuición del precio final de la extructura. Este trabajo presenta una evaluación del comportamiento extructural de ligaduras viga-columna en extructuras de acero en el eje de menor inercia. Se realizó una investigación de los modelos existentes de ligaduras semirígidas en la literatura y se identificó dos modelos extructurales fundamentales para esta investigación: el de Kishi y Chen para el eje de mayor inercia y el de Teixeira Gomes para el de menor inercia. Los sistemasde clasificación de ligaduras existentes fueron evaluados pero aún no se tiene conocimiento de un sistema específico para el eje de menor inercia o de la validad del uso de los sistemasde clasificación generados para mayor inercia cuando aplicados en menor inercia. Un análisis experimental donde tres ensayos de ligadura de acero viga x columna, en escala real fue ejecutada. Este análisis posibilitó la determinación de la curva momento x rotación, resistencia a la fexión de la ligadura, evolución de las tensiones y deformaciones y posibles modos de ruína. El presente trabajo propone un modelo preliminar de ligadura semirígida con dupla esquinera de alma y de apoyo, o enrijecedor, en el eje de menor inercia con el objetivo de utilizarlo en edificaciones de extructuras de acero. Una evaluación de este modelo preliminar fue realizada através de una comparación con los resultados experimentales generados.