Three end-plate moment connection configurations are prequalified for special moment frames for seismic applications in AISC 358-10. The eight bolt extended stiffened connection is the strongest of the three configurations, but it can only develop approximately 30 percent of currently available hot-rolled beam sections. The strength of this configuration is limited by bolt strength. There is a need for a stronger end-plate moment connection, hence the reason for the development and validation of a twelve bolt configuration. Equations were developed for the design procedure using various analytical methods, which included yield line analysis and an effective tee stub model. An experimental program was conducted, which consisted of the full-scale cyclic testing of four end-plate moment connections. The intention of the testing was to develop and validate the design procedure, and prequalify a new twelve bolt configuration. A displacement-controlled loading protocol was applied according to AISC 341-10. The experimental results showed that the model for thick end-plate behavior is conservative by 6.7%, the model for end-plate yielding is conservative by 8.8%, and the model for bolt tension rupture with prying conservatively predicts by 18.5%. The specimens that were designed to form a plastic hinge in the beam fractured in a brittle manner. The deep beam specimen fractured in the first 2% story drift cycle, and the shallow beam specimen fractured in the second 3% story drift cycle. The fracture of the prequalification specimens was determined to have been caused by stiffeners of high yield stress relative to the beam yield stress. / Master of Science

Three full-scale experimental tests were conducted to investigate the strength and stiffness of weak-axis moment end-plate connections. Each test consisted of two girders connected to a column web with four-bolt extended moment end-plates. Two tests were conducted with bare steel. One test included a composite concrete slab that confined the top extension of the end-plate. Finite element models of the tests were created with the commercial software SAP2000. A simplified modeling procedure was developed to overcome the contact problems between the end-plates and column web, and between the bolts and holes in the end-plates and web. The simplified modeling procedure accurately predicted the experimental elastic stiffness, in the form of column web rotations, of the connections. Yield line theory was used to investigate the plastic strength of the column web. Several yield line patterns were examined. Analytical plastic moment strengths were very conservative when compared to the observed behavior of the column web. The experimental stiffness of the test with the concrete slab confining the top extension of the end-plate was compared to the stiffness of a similar test without a slab. The slab increased the elastic stiffness of the connection; however, after the concrete began cracking and crushing around the connection, the stiffness was greatly decreased. / Master of Science

In order to predict the behaviour of bolted steel connections, different methods can be applied to calculate the design tension resistance. In this thesis, the tension resistance is evaluated in the context of the so called Component Method according to Eurocode 3 part 1-8. The design approach establishes a unified procedure of modelling steel joints. Each joint configuration is decomposed into its basic components depending on loading type. In order to design the resistance of components subjected to tensile forces, a simple substitute model, the so-called Tstub flange is adopted. The Component Method is rather complicated to apply for all joint configurations. Therefore, the aim of this thesis is to create a brief and facilitated handbook covering the most common types of connections Kadesjös’ engineers deal with. The topic to be studied is rather comprehensive. Thus, this work is only focusing on the resistance calculation of components located in tension zone of HEA-sections in order to go deeper into the equivalent T-stub approach. To get a complete view about the designing procedure, general information about the Component Method are gathered by a literature study. Thereafter, the technical rules for calculation introduced in codes and standards were used to generate a general solution algorithm for two different connection configurations. The calculations have been performed using Mathcad, and the obtained results from a parametric analysis for particular profiles in each example are then summarised in tables and diagrams using Microsoft Excel. / Att förutse skruvförbands beteende kan kräva tillämpning av diverse metoder. Metoderna används för att kalkylera den dimensionerande lastkapaciteten. I denna avhandling värderas lastkapaciteten i enlighet med den så kallade Komponentmetoden från del 1-8 i Eurokod 3. Denna dimensioneringsmetod fastslår en enhetlig procedur när det gäller modelleringen av stålförband. Varje förbandstyp bryts ner till sina baskomponenter med avseende på belastningstypen. För att beräkna den dimensionerande lastkapaciteten för dragbelastade komponenter används en förenklad substitutionsmodell en så kallad T-knut. Komponentmetoden är något komplicerad att tillämpa för alla former av skruvförband. Därmed är den huvudsakliga ambitionen med arbetet att skapa en kortfattad handbok vars syfte är att täcka de vanligaste typerna av skruvförband som Kadesjös konstruktörer använder sig av. Ämnet som kommer att studeras är relativt omfattande, således bestämdes det att i huvudsak sätta fokus på bärförmågan hos komponenter i dragzonen för HEA-profiler och därav dyka djupare i den ekvivalenta T-knutmetodiken. För att få en helhetsbild av dimensioneringsprocessen samlades allmän information om komponentmetoden genom litteraturstudier. Därefter användes dimensioneringsreglerna, presenterade i koder och standarder, för beräkning av lastkapacitet. Dessa utnyttjades för att generera en lösningsalgoritm för två skilda förband. Beräkningen genomfördes med hjälp av beräkningsprogrammet Mathcad. De erhållna resultaten, från en parametrisk analys för särskilda profiler i varje exempel, sammanfattades i form av tabeller och diagram med hjälp av Microsoft Excel.

Este trabalho trata da influência da rigidez das ligações na deslocabilidade lateral e na distribuição de esforços de pórticos planos de aço sob condições de serviço. Estuda-se em particular a influência das ligações com chapa de topo, e propõe-se um modelo para descrição do comportamento momento-rotação dessas ligações. Este trabalho também apresenta um revisão dos diversos modelos existentes para previsão do comportamento momento-rotação de ligações viga-coluna, e discute as diversas formas de influência dessas ligações no comportamento global da estrutura e de seus elementos individuais. / The aim of this work is the influence of connections flexibility in the plane framed structures in serviceability conditions. Special attention is paid for the influence of extended end plate connections, for which proposes a model for prevision of moment-rotation relationship. This work also presents a revision of the various models for prevision of moment-rotation relationship of beam-to-column connections, and discusses the several forms of the influence of that connections in overall performance of the structures and your individual members.

Este trabalho apresenta resultados teóricos e experimentais sobre o comportamento estrutural de ligações parafusadas viga-coluna com chapa de topo. São estudados dois tradicionais métodos de dimensionamento e as ligações são analisadas numericamente, via método dos estados limites. Os resultados são comparados com os obtidos através de ensaios de 35 protótipos, nos quais variou-se, alternadamente, a espessura da chapa de topo e o diâmetro dos parafusos. Discute-se, em particular, a influência destes parâmetros no comportamento momento-rotação das ligações com chapa de topo e, ao final, apresentam-se as conclusões pertinentes e recomendações para o prosseguimento dos estudos. / This work presents the theoretical and experimental results on the structural behavior of bolted end plate connections. They are designed by two traditional methods and analyzed by the finite element method. Comparisons are made between the FEM results and those obtained by an experimental analysis on 35 cruciform welded profile models, in which end plate thickness and bolt diameter was alternately varied. Special attention is paid for evaluating the influence of these parameters in the moment rotation behavior of the connections. Finally, the remarks and conclusions are presented and some topics for posterior researches are suggested.

Este trabalho apresenta resultados teóricos e experimentais sobre o comportamento estrutural de ligações parafusadas viga-coluna com chapa de topo. São estudados dois tradicionais métodos de dimensionamento e as ligações são analisadas numericamente, via método dos estados limites. Os resultados são comparados com os obtidos através de ensaios de 35 protótipos, nos quais variou-se, alternadamente, a espessura da chapa de topo e o diâmetro dos parafusos. Discute-se, em particular, a influência destes parâmetros no comportamento momento-rotação das ligações com chapa de topo e, ao final, apresentam-se as conclusões pertinentes e recomendações para o prosseguimento dos estudos. / This work presents the theoretical and experimental results on the structural behavior of bolted end plate connections. They are designed by two traditional methods and analyzed by the finite element method. Comparisons are made between the FEM results and those obtained by an experimental analysis on 35 cruciform welded profile models, in which end plate thickness and bolt diameter was alternately varied. Special attention is paid for evaluating the influence of these parameters in the moment rotation behavior of the connections. Finally, the remarks and conclusions are presented and some topics for posterior researches are suggested.

Este trabalho trata da influência da rigidez das ligações na deslocabilidade lateral e na distribuição de esforços de pórticos planos de aço sob condições de serviço. Estuda-se em particular a influência das ligações com chapa de topo, e propõe-se um modelo para descrição do comportamento momento-rotação dessas ligações. Este trabalho também apresenta um revisão dos diversos modelos existentes para previsão do comportamento momento-rotação de ligações viga-coluna, e discute as diversas formas de influência dessas ligações no comportamento global da estrutura e de seus elementos individuais. / The aim of this work is the influence of connections flexibility in the plane framed structures in serviceability conditions. Special attention is paid for the influence of extended end plate connections, for which proposes a model for prevision of moment-rotation relationship. This work also presents a revision of the various models for prevision of moment-rotation relationship of beam-to-column connections, and discusses the several forms of the influence of that connections in overall performance of the structures and your individual members.

Este trabalho apresenta um estudo do comportamento estrutural das ligações metálicas parafusadas viga-pilar com chapa de topo estendida. Enfatiza-se a fundamentação teórica, abordando os principais conceitos, os métodos de dimensionamento apresentados em normas internacionais e os principais sistemas de classificação de ligações existentes. O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia capaz de aprimorar a análise numérica de ligações, com relação aos estudos anteriores, obtendo resultados com melhor representatividade do comportamento real das ligações. Desenvolve-se análise numérica, via Método dos Elementos Finitos (MEF), com a elaboração de diversos modelos numéricos tridimensionais de ligações parafusadas com chapa de topo estendida. Utilizou-se na modelagem numérica o código de pré-processamento TrueGrid® e o código de análise numérica ANSYS®. Os modelos foram desenvolvidos e validados a partir de resultados experimentais. Na análise dos resultados foram comparados os resultados numéricos obtidos com resultados experimentais previamente conhecidos. Faz-se uma abordagem das propostas de dimensionamento apresentadas por normas internacionais em comparação com os resultados numéricos. Através da variação de parâmetros, como espessura da chapa e diâmetro dos parafusos, observam-se os modos de falha das ligações, e a plastificação da chapa de topo e dos parafusos. Por fim, apresenta-se a conclusão do trabalho e sugestões para pesquisas futuras. / This work presents a study about the structural behavior of extended end-plate bolted beam-to-column steel connections. Emphasizes the theoretical foundation, addressing the main concepts, the design methods presented in international standards and the main classification systems for connections existing. The objective of this work is to present a methodology capable of improving the numerical analysis of connections, in comparison with previous studies, getting results with better representation of the actual behavior of the connections. It develops numerical analysis via Finite Element Method (FEM) with the development of various numerical models of three-dimensional bolted end plate connections. It was used in numerical modeling the preprocessing code TrueGrid® and the numerical analysis code ANSYS®. The models were developed and validated from experimental results. In the analysis of the results were compared the numerical results obtained with experimental results previously known. It approaches the design proposals presented by international standards in comparison with the numerical results. By varying the parameters such as end-plate thickness and bolts diameter, it was observed failure modes of the connections, as well as yielding mechanism at the end-plate and bolts. Finally, it presents the conclusion of the work and suggestions for future researches.

Uma ligação em estruturas de aço é denominada mista quando considera-se a contribuição da laje no seu comportamento. Assim, além do detalhe da ligação em aço, outros parâmetros interferem no comportamento da ligação mista, como a taxa de armadura e o nível de interação entre a laje e a viga de aço. Os métodos de cálculo de ligações mistas derivam do Método dos Componentes proposto pelo Eurocode 3 para cálculo de ligações em aço. Apresenta-se uma adaptação de um destes métodos para cálculo de ligações mistas que representam a realidade brasileira em termos de perfis e detalhes de ligação. Foi elaborado um programa experimental de caráter exploratório envolvendo ligações mistas com chapa de topo estendida. Foram ensaiados modelos simulando pilares internos e pilares de canto. Um modelo numérico foi desenvolvido utilizando o programa Ansys, que permite a análise destas ligações de maneira simples e satisfatória. Os resultados experimentais foram confrontados com os resultados da análise numérica e com os valores obtidos a partir do modelo analítico. / A composite joint is a joint between a composite beam and a steel or composite column in which reinforced concrete slab is take into account. The moment-rotation relationship of composite joints depends on a significant number of parameters besides the type and configuration of the steel connection, as for example: the amount of steel reinforcement of the slab and the degree of interaction between the slab and the steel beam section. Based on the Eurocode 3 method for bare steel connection (Components Method), some methods have been developed for prediction the moment capacities of composite connections. I this work, an adaptation of one of these methods has been developed in which steel sections and connections details common in Brazil are considered. A short experimental program was planed in order to understand the composite behaviour of extended end-plate composite beam-column connection. The test specimens were configured as cruciform type and cantilever type. Finally, a Finite Element model was built in Ansys software. The numerical modeling was found to have good approach with experimental results. Some analyses are done involving experimental, numerical and analytical results.

Uma ligação em estruturas de aço é denominada mista quando considera-se a contribuição da laje no seu comportamento. Assim, além do detalhe da ligação em aço, outros parâmetros interferem no comportamento da ligação mista, como a taxa de armadura e o nível de interação entre a laje e a viga de aço. Os métodos de cálculo de ligações mistas derivam do Método dos Componentes proposto pelo Eurocode 3 para cálculo de ligações em aço. Apresenta-se uma adaptação de um destes métodos para cálculo de ligações mistas que representam a realidade brasileira em termos de perfis e detalhes de ligação. Foi elaborado um programa experimental de caráter exploratório envolvendo ligações mistas com chapa de topo estendida. Foram ensaiados modelos simulando pilares internos e pilares de canto. Um modelo numérico foi desenvolvido utilizando o programa Ansys, que permite a análise destas ligações de maneira simples e satisfatória. Os resultados experimentais foram confrontados com os resultados da análise numérica e com os valores obtidos a partir do modelo analítico. / A composite joint is a joint between a composite beam and a steel or composite column in which reinforced concrete slab is take into account. The moment-rotation relationship of composite joints depends on a significant number of parameters besides the type and configuration of the steel connection, as for example: the amount of steel reinforcement of the slab and the degree of interaction between the slab and the steel beam section. Based on the Eurocode 3 method for bare steel connection (Components Method), some methods have been developed for prediction the moment capacities of composite connections. I this work, an adaptation of one of these methods has been developed in which steel sections and connections details common in Brazil are considered. A short experimental program was planed in order to understand the composite behaviour of extended end-plate composite beam-column connection. The test specimens were configured as cruciform type and cantilever type. Finally, a Finite Element model was built in Ansys software. The numerical modeling was found to have good approach with experimental results. Some analyses are done involving experimental, numerical and analytical results.