Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5921.pdf: 11584429 bytes, checksum: 4d7bb957789e3b6f82534465e38a31d4 (MD5) Previous issue date: 2014-04-14 / Among all of the existing structural systems, the steel-concrete composite elements outstands because it takes advantage of the properties of both materials in the same element. Unlike the system in reinforced concrete cast in situ, the steel-concrete composite system is not monolithic, and therefore the global behavior of the structure is mainly linked to the behavior of the connections. Currently, the beam-column connections have been the subject of theoretical and experimental studies to better understand their structural behavior. This concern has become even bigger with the introduction of requirements on steel-concrete composite connections in the Brazilian standard ABNT NBR 8800:2008. In order to contribute to this subject, in this work is studied by numerical modeling, a detail of a composite beam-column connection with shear plate using numerical models. The numerical analysis performed in the computer package ANSYS® was divided in two phases: validation of the numerical model from experimental results and subsequent parametric analysis. Despite of the simplifications adopted in the numerical simulation, the results were satisfactory and representative of the experimental behavior, especially for Force vs. Displacement at the end of the beam. Once validated the numerical model, a parametric study was conducted in order to evaluate the influence of some parameters on the bearing capacity of connections, such as the concrete slab reinforcement ratio, the slab thickness and the steel beam depth. The results of the parametric analysis showed that the variation of the slab thickness was the parameter with more influence on the bearing capacity of the composite connection with shear plate. / Dentre os sistemas estruturais existentes destaca-se aquele formado por elementos mistos de aço e concreto. Este sistema utiliza as vantagens dos materiais estruturais mais utilizados na construção civil, o aço e o concreto, agrupando-os em um único elemento estrutural. Diferentemente do sistema em concreto armado moldado in loco, o sistema misto de aço e concreto não é monolítico e, portanto, o comportamento global da estrutura está principalmente atrelado ao comportamento das ligações. Atualmente as ligações viga-pilar têm sido alvo de estudos teórico-experimentais visando melhor compreender seu comportamento estrutural. No Brasil esta preocupação tornou-se ainda maior com a introdução de prescrições sobre ligações mistas de aço e concreto na norma brasileira ABNT NBR 8800:2008. Visando contribuir neste sentido, no presente trabalho é estudado, via modelagem numérica, um detalhe de ligação mista viga-pilar com chapa passante. A análise numérica realizada no pacote computacional ANSYS® foi dividida em duas etapas: validação do modelo numérico a partir de resultados experimentais com posterior análises paramétricas. Apesar das simplificações adotadas na simulação numérica, os resultados foram considerados satisfatórios e representativos do comportamento experimental, sobretudo da curva Força vs. Deslocamento na extremidade da viga. Uma vez validado o modelo numérico, o estudo paramétrico foi realizado com vistas a avaliar a influência de alguns parâmetros na capacidade resistente da ligação. Os parâmetros avaliados foram: taxa de armadura da laje de concreto, altura da laje e altura do perfil de aço da viga mista. Os resultados da análise paramétrica mostraram que a variação da altura da laje foi o parâmetro que mais influenciou na capacidade resistente da ligação mista com chapa passante.

Este trabalho aborda o estudo de pilares preenchidos flexo-comprimidos e algumas ligações viga-pilar preenchido. Para ambos, são realizadas experimentações com modelos físicos e numéricos, sendo que para os pilares preenchidos um amplo estudo paramétrico foi desenvolvido. Ao todo, foram ensaiados 13 pilares preenchidos flexo-comprimidos, cujos valores de força última são comparados com aqueles provenientes da simulação numérica via programa CFT e, os demais resultados, comentados e discutidos. Aferido, o programa CFT foi utilizado no estudo paramétrico com o intuito de avaliar a influência de parâmetros como resistência dos materiais, excentricidade da força axial, eixo de flexão e relação lado/espessura na capacidade resistente do pilar preenchido. Quanto às ligações viga-pilar, foram ensaiadas 4 tipologias de ligação, sendo duas compostas por chapas de extremidade e parafusos passantes e duas soldadas, sendo uma delas enrijecida por cantoneiras soldadas no interior do perfil tubular. Discutem-se os resultados, sobretudo quanto ao comportamento momento-rotação das tipologias investigadas. As ligações também foram investigadas via simulação numérica e os resultados obtidos permitiram elaborar diretrizes para o aprimoramento de tais simulações. Por fim, são apresentadas as conclusões pertinentes a este trabalho e recomendações para novas pesquisas / This research thesis presents a study of concrete filled steel columns subjected to combined bending and compression and beam-column connections. In both cases, tests were conducted on physical and numerical models, resulting in the development of a wide range of parametric studies for the case of the concrete filled steel columns. 13 concrete filled steel columns were tested under combined bending and compression loads whose ultimate values were compared to ultimate forces obtained from numerical simulations using the CFT computer program. After calibration, the computer program was used in the parametric study with the aim of verifying the influence of parameters, such as the material strength, eccentricity of the axial force, bending axis and breadth/thickness relation, on the ultimate load carrying capacity of the concrete filled steel columns. With respect to the beam-column connections, four types of connections were tested, two of them composed of endplate and bolts, while the other two were welded, with one of them stiffened by an angle steel placed inside the steel tube. The obtained results are discussed, giving more emphasis to the bending moment-rotation behaviour of the tested specimens. The beam-column connections were also investigated numerically. The obtained results permit the laying out of important directives for the improvement of such numerical simulation tools as the one employed in the present thesis. Lastly, pertinent conclusions relative to this thesis and recommendations for future research are presented

This work presents a study to quantify the influence of geometrical and stiffness parameters on the behavior of beam-column concrete connections. Therefore, linear elastic models are designed by using three-dimensional finite elements in the commercial software Abaqus. These models serve as a reference for the optimization of geometrical and rigidity parameters of reticulated models, which are commonly used in structural projects. The results confirm some tendencies of influence by parameters already reported in the literature, such as variations in stiffness caused by eccentricity and width variations. The results indicate variations in vertical displacement of the beams up to 5%, maintaining the vertical load and varying only the eccentricity and up to 60% only by varying the widths of the elements. Furthermore, the use of punctual representations of semi-rigidity on monolithic concrete connections through rotational springs is discarded, proving necessary an improvement of the model to represent the behavior of the connection. Several models have been proposed and tested in the representation of the semi-rigid behavior of the connections, making use of rigid core, rotational springs and variations of inertia and area. / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este trabalho apresenta um estudo de quantificação da influência de parâmetros geométricos e de rigidez no comportamento de ligações viga-pilar de concreto. Para tanto, são concebidos modelos elásticos lineares de ligação em elementos finitos tridimensionais utilizando o programa comercial Abaqus. Esses modelos servem como referência para a otimização dos parâmetros geométricos e de rigidez de modelos reticulados, que são os comumente utilizados em projetos estruturais. Os resultados obtidos confirmam algumas tendências de influência de parâmetros já apresentados na literatura, como variações de rigidez causadas por excentricidade e variações de largura. Os resultados indicam variações de deslocamento vertical nas vigas de até 5%, mantendo-se a carga vertical e variando apenas a excentricidade, e de até 60% variando-se apenas as larguras dos elementos. Além disso, é descartada a utilização de representações pontuais da semi-rigidez em ligações monolíticas de concreto através de molas rotacionais, provando ser necessário um aprimoramento do modelo para a representação do comportamento da ligação. Diversos modelos de barra são propostos e testados na representação do comportamento semi-rígido das ligações, fazendo uso de núcleos rígidos, molas rotacionais e variações de inércia e área.