Este trabalho apresenta um estudo numérico e experimental do comportamento estrutural das ligações viga mista-pilar com cantoneiras de assento e alma. No estudo teórico foi desenvolvido, com base nos EUROCODES 3 e 4, um procedimento para avaliação do comportamento das ligações mistas com cantoneiras de alma e assento e com chapa de topo. O trabalho de investigação experimental, abrangendo modelos submetidos a carregamentos monotônico e cíclico, foi realizado no Instituto Superior Técnico (IST), Portugal, em que o objetivo principal foi avaliar a influência da força axial de compressão no pilar para o comportamento do painel da alma do pilar, e conseqüentemente no comportamento global da ligação mista localizada em nó de extremidade. Nos ensaios experimentais foram analisadas as rotações e deformações no painel da alma do pilar sem e com enrijecedor na alma do pilar. Adicionalmente, a eficiência da ancoragem das barras de armadura longitudinal foi verificada. Paralelamente à investigação experimental, um estudo numérico de ligações mistas foi realizado por meio do modelo em elementos finitos, o qual mostrou-se representativo, tornando-se uma ferramenta para análises paramétricas. / This work presents a numerical and experimental study of the structural behavior of beam-to-column composite joints with bottom and web angle connections. In the theoretical study, basing in EUROCODES 3 and 4, an analytic procedure for evaluation the static behavior of beam-to-column composite joints with bottom and web angle connections was developed. The experimental test program, enclosing monotonic tests and a cyclic test, was carried out at the Instituto Superior Técnico of Lisbon (IST), where the main objective was to evaluate the effect of column axial load on column web panel and consequently in the global behavior of single-sided composite joint. In the tests, the panel zone rotations and deformations were analyzed for stiffened and unstiffened column web. In addition, the efficiency of the main rebar was verified. Finally, a thorough of finite element model, a numerical study of composite joints was developed. This model was found to be representative and reliable as a tool to futures parametric analyses.

Buscou-se por meio desta pesquisa avaliar a eficiência do reforço de ligações viga-pilar em estruturas de concreto pré-moldado. A técnica de reforço utilizada consiste na colagem de laminados de Polímero Reforçado com Fibra de Carbono (PRFC) em entalhes no concreto de cobrimento. Trata-se de uma técnica desenvolvida há cerca de dez anos, que apresentou, em pesquisas, desempenho superior às alternativas de colagem externa de mantas e laminados no tocante a reforço à flexão. Nenhuma referência ao uso desta ou de qualquer outra técnica para o reforço de ligações viga-pilar de estruturas pré-moldadas foi encontrada na pesquisa bibliográfica realizada. Entretanto, considera-se importante que esta opção seja apreciada ao se verificar comportamento insatisfatório de uma estrutura, haja vista a importância das ligações em seu desempenho global. Dado o caráter da pesquisa e o ineditismo da proposta, realizou-se um estudo experimental diversificado. Um ensaio piloto em modelo reduzido de pórtico com elementos de pilar e viga pré-moldados foi realizado. Por meio deste ensaio, verificou-se que o reforço promoveu significativa redução no deslocamento vertical da viga. Embora os resultados tenham sido promissores, destaca-se que o modelo reduzido impôs limitações, em relação ao comprimento para colagem do laminado e à distância do laminado ao canto da viga, que contribuíram para o seu arrancamento prematuro em uma das ligações. Realizou-se um ensaio em um modelo de ligação em escala real reforçado a momento fletor negativo e positivo. Em relação ao momento negativo, se alcançou um aumento de cerca de 100% na rigidez do modelo. Realizaram-se ensaios experimentais estáticos e dinâmicos em três modelos de pórtico cuja viga tinha escala real. Os resultados destes ensaios comprovaram a eficiência do reforço das ligações no aumento da sua rigidez , da frequência natural do pórtico e da resistência da estrutura. Observou-se também que o reforço promoveu redução da solicitação das armaduras principais da ligação. A simulação numérica dos ensaios dinâmicos permitiu a determinação indireta da rigidez das ligações de modo satisfatório e subsidiou a adoção de apoios elásticos na simulação dos ensaios estáticos que permitiram expandir a análise dos resultados experimentais em relação à fissuração e à distribuição de tensões. Por meio desta pesquisa comprovou-se a possibilidade de emprego da técnica de reforço proposta para a reabilitação de estruturas com deficiência relacionadas ao estado limite ultimo, já que o aumento de resistência foi alcançado, e também relacionadas aos estados limites de serviço, uma vez que as estruturas reforçadas apresentaram menores deslocamentos verticais e maiores frequências naturais. Destaca-se ainda uso eficiente da experimentação dinâmica que se prestou não somente à obtenção dos parâmetros modais da estrutura, mas também a uma avaliação realista das condições de contorno dos ensaios estáticos. / In this research, the strengthening of beam-to-column connections in precast concrete structures is evaluated. The strengthening technique used is internationally known as Near-Surface-Mounted and involves the bonding of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) strips into slits made in concrete cover. There are no references about the use of this or any else technique in the strengthening of connections in precast structures however it could be an option when the structure presents an unsatisfactory behavior. Because of the innovative characteristic of the purpose, experimental tests are required. A pilot test was performed in a frame with reduced dimensions. The frame had initially pinned connections that were strengthened. The strengthening provided a reduction in the beam deflection and the recovery of the initial stiffness of the frame. Although the promising results, the frame dimensions imposed limitations in relation to the strips bonding length and to the distance to the beam edge that contributed to the premature failure by splitting of strips and concrete. It was also performed a test in a strengthened semi-rigid connection. An increase in the connection stiffness was observed. Experimental static and dynamic tests were performed on three real scaled frame models. The results of these tests demonstrated the effectiveness of the strengthening in the increasing of stiffness, natural frequency and strength of the frame. It was also observed that the strengthening reduced the reinforcement strain. The numerical simulation of the dynamic tests allowed the indirect determination of the connections stiffness and supported the definition of boundary conditions in the simulation of the static tests that allowed a better understanding in relation to cracking and stress distribution. Through this research it was confirmed that the strengthening technique proposed is useful for rehabilitation of structures with disabilities related to ultimate limit state, since the increase in resistance was achieved, and also related to the serviceability limit states, since strengthened structures presented lower vertical displacements and higher natural frequencies. It is highlighted that the dynamic tests were important not only to obtain the modal parameters of the structure, but also to evaluate the real boundary conditions of the static tests.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As ligações desempenham um papel fundamental no comportamento global das estruturas de aço. Inúmeros trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos para entender o comportamento real de uma ligação e sua influência na resistência global dos pórticos. Atualmente, a Norma Brasileira de estruturas de aço de edificações, NBR 8800, considera o comportamento das ligações entre duas situações extremas: rígidas, onde não ocorre nenhuma rotação entre os membros conectados, transferindo momento fletor, força cortante e força normal; ou flexíveis, caracterizadas pela liberdade de rotação entre os membros conectados, impedindo a transmissão de momento fletor. Outras normas de projeto de estruturas de aço, consideram que as ligações apresentam um comportamento intermediário, ou seja, semi-rigídas, que podem estar submetidas a uma combinação de momento fletor e esforço normal. Porém, mesmo com a combinação, estas normas não consideram a presença de esforço normal (tração e/ou compressão). Uma limitação empírica de 5% da resistência plástica da viga é a única condição imposta no Eurocode 3. Para o estudo da ligação semi-rigída será utilizada a filosofia do Método das Componentes, que verifica a resistência da ligação e sua classificação quanto à rigidez rotacional, desenvolvida através de modelos mecânicos (modelos de molas). O objetivo deste trabalho é descrever alguns resultados de caracterização de ligações viga-coluna com placa de extremidade ajustada à altura da viga obtidos através de um modelo de elementos finitos. Para tal, será realizada uma análise não-linear geométrica e de material. Esta análise possibilitará avaliar os principais parâmetros que influenciam no comportamento deste componente no que diz respeito a sua avaliação em termos de distribuição de tensões e deformações no modelo de forma global. / The joints develop a fundamental role in the global behaviour of steel structures. Several researches are being developed to understand the real behaviour of a joint and its influence in the global frame capacity and beam-to-column joints of the steels buildings. Nowadays, the Brazilian Code of the Steel Portal Frame Design, NBR 8800, considers the joint behaviour between two extreme situations: rigid, where any rotations dont occur between the connected members, transfering substantial bending moments, and also shear and axial forces; or pinned, its characterised by almost free rotation movement between the connected elements that prevents the transmission of bending moments. However, some actual codes of the steel structures project, consider that the joints present an intermediate behaviour, in other words, semi-rigid, that may be subjected to a combination of bending moment and axial force. But, these codes dont consider the presence of axial force (tension and/ or compression). A single empirical limitation of 5% of the beams plastic axial capacity is the only enforced provision in Eurocode 3. This filosofy design is based on components method, for joint capacity evaluation and its classification concerning the joint rotation stiffness. This component method is based on mechanical models (spring model) created by an association of rigids and flexible joints components represented by a translacional spring. The objective of this present work is describing some results of flush endplate semi-rigids beam-to-column joints obtained across finite elements method and geometric and material non-linear analises. These consider the main parameters that influence the components behaviour about the stress and deformation distribution.

[pt] As ligações viga-pilar desempenham uma função fundamental para a determinação do comportamento real de estruturas de aço. Portanto torna-se necessária uma avaliação muito criteriosa das reais características geométricas e mecânicas destas ligações, substituindo as tradicionais considerações idealizadas, rígida e flexível, pela modelagem semi-rígida.Atualmente um dos métodos mais utilizados para caracterização de ligações semi-rígidas se fundamenta no método das componentes, descrito pelo Eurocode 3, que consiste na determinação da resistência e rigidez dos elementos de maior influência no comportamento de uma ligação. Com a intenção de se desenvolver um estudo sobre as ligações semi-rígidas, inicialmente foi implementado computacionalmente um sistema de análise e dimensionamento capaz de avaliar o comportamento estrutural destas ligações a partir da informação das propriedades geométricas de ligações viga- pilar executadas com placa de extremidade, produzindo uma base de dados para um projeto estrutural mais seguro. Adicionalmente também foi executado um estudo sobre a otimização do dimensionamento de ligações semi-rígidas, através da criação de um sistema para determinação do modelo ótimo, utilizando-se algoritmos genéticos. Neste sistema, através da variação de parâmetros geométricos, determinados de acordo com a necessidade do usuário, obtém- se o modelo ideal de comportamento dentro de uma gama de soluções possíveis. Finalizando o presente estudo sobre ligações semi-rígidas, apresenta-se uma nova metodologia para consideração de ligações aparafusadas com placa de extremidade de altura variável, (header plate), que tradicionalmente são consideradas como flexíveis. Estas ligações foram analisadas através do método das componentes, determinando suas limitações de resistência à flexão e ao corte, juntamente com sua rigidez rotacional, efetuando-se modificações nas componentes apresentadas no Eurocode 3. / [en] The beam-to-column connections play fundamental role in the determination of the real behavior of steel structures. Therefore it is imperative to proper evaluate and consider the real geometric and mechanical properties of these connections, substituting the traditional idealized considerations, rigid and flexible, for the semi-rigid modelling approach. Nowadays one of the most used methods in the semi-rigid connection design is named the components method, described in the Eurocode 3. This method is based on the determination of the connection bending capacity and initial stiffness from the most relevant structural element parts. The main objective of this investigation was to evaluate the semi-rigid connection structural response. This was made by the development of a computer system capable to properly evaluate the behaviour of these connections. This program used the end plate beam-to-column connection material and geometric properties to fulfil this objective, producing a comprehensive database later to be used for more reliable structural project. Additionally an optimisation module was also implemented on the semi-rigid connection program, using genetic algorithms, where through the variation of certain geometric parameters, chosen in accordance to the user's requirements, the ideal connection structural behaviour could be determined from a range of pertinent solutions. Concluding the present study an alternative procedure is proposed for header plate connections where traditionally only shear was assumed to be transmitted. These connections were analysed according to the component method, to determine their bending and shear resistance, initial stiffness and rotation capacity, through modifications made on the relevant structural components presented in Eurocode 3 standard.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As ligações desempenham um papel fundamental no comportamento global das estruturas de aço. Inúmeros trabalhos de pesquisa têm sido desenvolvidos para entender o comportamento real de uma ligação e sua influência na resistência global dos pórticos. Atualmente, a Norma Brasileira de estruturas de aço de edificações, NBR 8800, considera o comportamento das ligações entre duas situações extremas: rígidas, onde não ocorre nenhuma rotação entre os membros conectados, transferindo momento fletor, força cortante e força normal; ou flexíveis, caracterizadas pela liberdade de rotação entre os membros conectados, impedindo a transmissão de momento fletor. Outras normas de projeto de estruturas de aço, consideram que as ligações apresentam um comportamento intermediário, ou seja, semi-rigídas, que podem estar submetidas a uma combinação de momento fletor e esforço normal. Porém, mesmo com a combinação, estas normas não consideram a presença de esforço normal (tração e/ou compressão). Uma limitação empírica de 5% da resistência plástica da viga é a única condição imposta no Eurocode 3. Para o estudo da ligação semi-rigída será utilizada a filosofia do Método das Componentes, que verifica a resistência da ligação e sua classificação quanto à rigidez rotacional, desenvolvida através de modelos mecânicos (modelos de molas). O objetivo deste trabalho é descrever alguns resultados de caracterização de ligações viga-coluna com placa de extremidade ajustada à altura da viga obtidos através de um modelo de elementos finitos. Para tal, será realizada uma análise não-linear geométrica e de material. Esta análise possibilitará avaliar os principais parâmetros que influenciam no comportamento deste componente no que diz respeito a sua avaliação em termos de distribuição de tensões e deformações no modelo de forma global. / The joints develop a fundamental role in the global behaviour of steel structures. Several researches are being developed to understand the real behaviour of a joint and its influence in the global frame capacity and beam-to-column joints of the steels buildings. Nowadays, the Brazilian Code of the Steel Portal Frame Design, NBR 8800, considers the joint behaviour between two extreme situations: rigid, where any rotations dont occur between the connected members, transfering substantial bending moments, and also shear and axial forces; or pinned, its characterised by almost free rotation movement between the connected elements that prevents the transmission of bending moments. However, some actual codes of the steel structures project, consider that the joints present an intermediate behaviour, in other words, semi-rigid, that may be subjected to a combination of bending moment and axial force. But, these codes dont consider the presence of axial force (tension and/ or compression). A single empirical limitation of 5% of the beams plastic axial capacity is the only enforced provision in Eurocode 3. This filosofy design is based on components method, for joint capacity evaluation and its classification concerning the joint rotation stiffness. This component method is based on mechanical models (spring model) created by an association of rigids and flexible joints components represented by a translacional spring. The objective of this present work is describing some results of flush endplate semi-rigids beam-to-column joints obtained across finite elements method and geometric and material non-linear analises. These consider the main parameters that influence the components behaviour about the stress and deformation distribution.

Buscou-se por meio desta pesquisa avaliar a eficiência do reforço de ligações viga-pilar em estruturas de concreto pré-moldado. A técnica de reforço utilizada consiste na colagem de laminados de Polímero Reforçado com Fibra de Carbono (PRFC) em entalhes no concreto de cobrimento. Trata-se de uma técnica desenvolvida há cerca de dez anos, que apresentou, em pesquisas, desempenho superior às alternativas de colagem externa de mantas e laminados no tocante a reforço à flexão. Nenhuma referência ao uso desta ou de qualquer outra técnica para o reforço de ligações viga-pilar de estruturas pré-moldadas foi encontrada na pesquisa bibliográfica realizada. Entretanto, considera-se importante que esta opção seja apreciada ao se verificar comportamento insatisfatório de uma estrutura, haja vista a importância das ligações em seu desempenho global. Dado o caráter da pesquisa e o ineditismo da proposta, realizou-se um estudo experimental diversificado. Um ensaio piloto em modelo reduzido de pórtico com elementos de pilar e viga pré-moldados foi realizado. Por meio deste ensaio, verificou-se que o reforço promoveu significativa redução no deslocamento vertical da viga. Embora os resultados tenham sido promissores, destaca-se que o modelo reduzido impôs limitações, em relação ao comprimento para colagem do laminado e à distância do laminado ao canto da viga, que contribuíram para o seu arrancamento prematuro em uma das ligações. Realizou-se um ensaio em um modelo de ligação em escala real reforçado a momento fletor negativo e positivo. Em relação ao momento negativo, se alcançou um aumento de cerca de 100% na rigidez do modelo. Realizaram-se ensaios experimentais estáticos e dinâmicos em três modelos de pórtico cuja viga tinha escala real. Os resultados destes ensaios comprovaram a eficiência do reforço das ligações no aumento da sua rigidez , da frequência natural do pórtico e da resistência da estrutura. Observou-se também que o reforço promoveu redução da solicitação das armaduras principais da ligação. A simulação numérica dos ensaios dinâmicos permitiu a determinação indireta da rigidez das ligações de modo satisfatório e subsidiou a adoção de apoios elásticos na simulação dos ensaios estáticos que permitiram expandir a análise dos resultados experimentais em relação à fissuração e à distribuição de tensões. Por meio desta pesquisa comprovou-se a possibilidade de emprego da técnica de reforço proposta para a reabilitação de estruturas com deficiência relacionadas ao estado limite ultimo, já que o aumento de resistência foi alcançado, e também relacionadas aos estados limites de serviço, uma vez que as estruturas reforçadas apresentaram menores deslocamentos verticais e maiores frequências naturais. Destaca-se ainda uso eficiente da experimentação dinâmica que se prestou não somente à obtenção dos parâmetros modais da estrutura, mas também a uma avaliação realista das condições de contorno dos ensaios estáticos. / In this research, the strengthening of beam-to-column connections in precast concrete structures is evaluated. The strengthening technique used is internationally known as Near-Surface-Mounted and involves the bonding of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) strips into slits made in concrete cover. There are no references about the use of this or any else technique in the strengthening of connections in precast structures however it could be an option when the structure presents an unsatisfactory behavior. Because of the innovative characteristic of the purpose, experimental tests are required. A pilot test was performed in a frame with reduced dimensions. The frame had initially pinned connections that were strengthened. The strengthening provided a reduction in the beam deflection and the recovery of the initial stiffness of the frame. Although the promising results, the frame dimensions imposed limitations in relation to the strips bonding length and to the distance to the beam edge that contributed to the premature failure by splitting of strips and concrete. It was also performed a test in a strengthened semi-rigid connection. An increase in the connection stiffness was observed. Experimental static and dynamic tests were performed on three real scaled frame models. The results of these tests demonstrated the effectiveness of the strengthening in the increasing of stiffness, natural frequency and strength of the frame. It was also observed that the strengthening reduced the reinforcement strain. The numerical simulation of the dynamic tests allowed the indirect determination of the connections stiffness and supported the definition of boundary conditions in the simulation of the static tests that allowed a better understanding in relation to cracking and stress distribution. Through this research it was confirmed that the strengthening technique proposed is useful for rehabilitation of structures with disabilities related to ultimate limit state, since the increase in resistance was achieved, and also related to the serviceability limit states, since strengthened structures presented lower vertical displacements and higher natural frequencies. It is highlighted that the dynamic tests were important not only to obtain the modal parameters of the structure, but also to evaluate the real boundary conditions of the static tests.

Este trabalho apresenta um estudo numérico e experimental do comportamento estrutural das ligações viga mista-pilar com cantoneiras de assento e alma. No estudo teórico foi desenvolvido, com base nos EUROCODES 3 e 4, um procedimento para avaliação do comportamento das ligações mistas com cantoneiras de alma e assento e com chapa de topo. O trabalho de investigação experimental, abrangendo modelos submetidos a carregamentos monotônico e cíclico, foi realizado no Instituto Superior Técnico (IST), Portugal, em que o objetivo principal foi avaliar a influência da força axial de compressão no pilar para o comportamento do painel da alma do pilar, e conseqüentemente no comportamento global da ligação mista localizada em nó de extremidade. Nos ensaios experimentais foram analisadas as rotações e deformações no painel da alma do pilar sem e com enrijecedor na alma do pilar. Adicionalmente, a eficiência da ancoragem das barras de armadura longitudinal foi verificada. Paralelamente à investigação experimental, um estudo numérico de ligações mistas foi realizado por meio do modelo em elementos finitos, o qual mostrou-se representativo, tornando-se uma ferramenta para análises paramétricas. / This work presents a numerical and experimental study of the structural behavior of beam-to-column composite joints with bottom and web angle connections. In the theoretical study, basing in EUROCODES 3 and 4, an analytic procedure for evaluation the static behavior of beam-to-column composite joints with bottom and web angle connections was developed. The experimental test program, enclosing monotonic tests and a cyclic test, was carried out at the Instituto Superior Técnico of Lisbon (IST), where the main objective was to evaluate the effect of column axial load on column web panel and consequently in the global behavior of single-sided composite joint. In the tests, the panel zone rotations and deformations were analyzed for stiffened and unstiffened column web. In addition, the efficiency of the main rebar was verified. Finally, a thorough of finite element model, a numerical study of composite joints was developed. This model was found to be representative and reliable as a tool to futures parametric analyses.

[pt] Nos projetos de engenharia é comum desconsiderar-se o comportamento semirrígido das ligações, ou seja, as ligações são assumidas com as condições ideais de rigidez. A primeira condição ideal é aquela na qual há transferência total de momento fletor, assumindo-se que não existe rotação relativa entre os elementos ligados, estas ligações são as chamadas rígidas. Na segunda opção, a transferência de momento fletor é desconsiderada e a ligação é definida como rotulada ou simples. Entretanto, sabe-se que a maioria das ligações comporta-se como semirrígida e o problema é que ao se fazer essas simplificações em projeto, dois aspectos podem ser comprometidos: segurança estrutural e custo do projeto. Neste trabalho, uma ligação semirrígida mista é proposta e estudada com o objetivo de obter-se as suas características principais e necessárias para utilizá-la em projeto: curva momento-rotação, rigidez de serviço e momento fletor resistente. Com a ligação mista proposta, busca-se uma nova maneira de transferência de forças na região de momento negativo em uma viga semicontínua. Adotou-se para a transferência dos esforços, entre a laje de concreto e a viga de aço, conectores de cisalhamento do tipo Perfobond Rib. Este conector foi inicialmente utilizado em pontes e depois alguns estudos o viabilizaram para o uso em edificações. Para atingir os objetivos do trabalho, foram realizados dois ensaios em escala real das ligações propostas. Os testes experimentais foram feitos em modelos cruciformes invertidos e realizados no laboratório de estruturas e materiais da PUC-Rio. Os resultados experimentais foram comparados com dois modelos analíticos: o método proposto por Leon et al. em 1996 e o método presente no Anexo R da NBR 8800:2008. / [en] In engineering design it is common to disregard the semi-rigid behavior of connections, i.e., connections are assumed to have the ideal conditions of rigidity. The first ideal condition is the one in which there is full transfer of bending moment, assuming that there is no relative rotation between the connected elements, this connection is defined rigid. In the second option, the transfer of bending moment is disregarded and the connection is defined simple. However, it is known that most connections have a semi-rigid behavior and the problem is that when making these simplifications in design, two aspects can be compromised: structural safety and project cost. In this work, a composite semi-rigid connection is studied in order to obtain its main and necessary features to use it in design: moment-rotation curve, service rigidity and bending moment capacity. With the proposed composite connection, a new way to transfer forces in the negative moment region on a semicontinous beam. Shear connectors like the Perfobond Rib were adopted for the transfer of efforts between the concrete slab and the steel beam. This connector was first used on bridges and since then some studies have made possible its use in buildings, showing its advantages over the more usual connectors. To achieve this work s objectives, two real scale tests of the proposed connections were conducted. Experimental tests were done in inverted cruciform models and carried out in the laboratory of structures and materials at PUC-Rio. Information on these tests was obtained, such as displacements, strains, and cracking of the slab. The experimental results were compared to two analytical models: the method proposed by Leon et al. in 1996 and the present method in Annex R of NBR 8800: 2008.

Industrial steel storage racks are pre-engineered lightweight structures commonly used to store goods from supermarkets to big warehouses. These systems are framed structures, usually made of cold-formed steel profiles and characterised by non-standard details. Their performance is quite complex and the prediction of their global response is more difficult than for the traditional steel frames. This difficulty is due to the racks’ main features: the use of cold-formed thin-walled steel sections which are sensitive to different buckling modes, the presence of regular perforation patterns on the uprights, the highly non-linear behaviour of joints, the influence of the structural imperfections and the significant frame sensitivity to second order effects. The behaviour of racks becomes even more complex when seismic or accidental events induce significant horizontal forces acting on the structures. The complexity and variability that characterise racks make it difficult to identify general design solutions. Hence, racks design is traditionally carried out by using the “design by testing” approach, which requires the experimental characterisation of the main structural components, of the joints and the sub-assemblies. The complexity of the racks also affects their numerical modelling, which results in complex analyses that must take into account all the aforementioned features. The work presented in this thesis focuses on the study of a typical steel pallet rack, identified as case study. The research aims to contribute to building up a comprehensive knowledge of the response of both the main rack components and of the whole structure. The main rack components were first individually studied. The behaviour of the uprights, of the base-plate joints and of the beam-to-column joints was experimentally investigated. The experimental data were then taken as reference for the calibration of FE models that enabled exploring each component’s performance. These models were then incorporated into the whole rack model. The response of the uprights was first investigated through stub column tests. The non-negligible interaction between axial force and bending moment of the upright response was then experimentally and numerically analysed to define the M-N domains. In addition, the rules provided by different European standards for the design of isolated members subjected to combined axial load and bending moment were considered and critically compared, identifying the main critical issues of the different design approaches. Although the contribution of joints on the rack global response is of paramount importance, to date, the knowledge is quite limited. In particular, the experimental studies of the behaviour of base-plate joints are still rather modest, especially for the cyclic range. Therefore, an experimental campaign on the rack base-plate joints was carried out: three levels of axial load were considered and the response in both the down-aisle and the cross-aisle direction was investigated under monotonic and cyclic loadings. Similarly, the beam-to-column joint was tested both monotonically and cyclically, taking into account its non-symmetric behaviour. Numerical models for both joint types were developed and validated enabling the characterisation of joints in the monotonic and cyclic range. This in-depth knowledge of the response of individual components facilitated the evaluation of the global rack behaviour. As a final stage of the research, full-scale tests of four-level two-bay racks were performed taking advantage of an innovative full-scale testing set-up and, on the basis of the experimental outcomes, the racks’ global behaviour was numerically investigated. Critical standards issues and needs for future research were further identified.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Usualmente, o projeto de pórticos em estruturas de aço assume que as ligações viga-coluna são rígidas ou flexíveis. As ligações rígidas, onde não ocorre nenhuma rotação entre os membros conectados, transferem não só momento fletor, mas também força cortante e força normal. Por outro lado, as ligações flexíveis são caracterizadas pela liberdade de rotação entre os membros conectados impedindo a transmissão de momento fletor. Sabe-se que a grande maioria das ligações não possuem este comportamento idealizado. Na realidade, a maioria das ligações transfere algum momento fletor com um nível de rotação associado. Estas ligações são denominadas semi-rígidas e seu dimensionamento deve ser executado de acordo com este comportamento estrutural. Contudo, algumas ligações viga-coluna estão sujeitas a uma combinação de momento fletor (M) e força axial (N). O nível de esforço normal pode ser significativo, principalmente em ligações de pórticos metálicos com vigas inclinadas, em pórticos não- contraventados ou em pórticos com pavimentos incompletos. As normas atuais de dimensionamento de ligações estruturais em aço não consideram a presença de esforço normal (tração e/ou compressão) nas ligações. Uma limitação empírica de 5% da resistência plástica da viga é a única condição imposta no Eurocode 3. O objetivo deste trabalho é realizar uma análise paramétrica de dois tipos de ligações aparafusadas para se avaliar a influência de combinações M/N no comportamento global destas ligações. Para se cumprir este objetivo, os resultados experimentais de quinze ensaios realizados por Lima [1] são comparados com os resultados obtidos através de um modelo analítico proposto por Cerfontaine [2], [3]. / Traditionally, the steel portal frame design assumes that beam-to-column joints are rigidor pinned. Rigid joints, where no relative rotations occur between the connected members, transfer not only substantial bending moments, but also shear and axial forces. On the other extreme, pinned joints, are characterised by almost free rotation movement between the connected elements that prevents the transmission of bending moments. Despite these facts, it is largely recognised that the great majority of joints does not exhibit such idealised behaviour. In fact, many joints transfer some bending moments with associated rotations. These joints are called semi-rigid, and their design should be performed according to their real structural behaviour. However, some steel beam-to-column joints are often subjected to a combination of bending (M) and axial forces (N). The level of axial forces in the joint may be significant, typical of pitched-roof portal frames, sway frames or frames with incomplete floors. Current standard for steel joints do not take into account the presence of axial forces (tension and/or compression) in the joints. A single empirical limitation of 5% of the beams plastic axial capacity is the only enforced provision in Eurocode 3. The objective of the present work is to perform a parametrical analysis of two bolted joints types in order to evaluate the influence of M/N combinations in the joints global response. To fulfil this objective, the experimental results obtained by Lima [1] are compared to the analytical results using the Cerfontaine analytical model [2], [3].