Há basicamente dois sistemas empregados para promover a continuidade das terças de múltiplos vãos: transpasse e luva. Do ponto de vista do transporte e da montagem, o sistema de luvas é vantajoso em relação ao sistema de transpasse, uma vez que conduz a barras de menor comprimento. Entretanto, o emprego de luvas tem sido pouco explorado, devido principalmente ao pouco conhecimento sobre o comportamento estrutural do sistema e, consequentemente, pela ausência de recomendações de projeto disponibilizadas pelas normas e manuais técnicos. Neste trabalho foram analisadas a rigidez e a resistência de terças de seção transversal Z contínuas por meio de luvas. Para tanto, uma série de quinze protótipos de terças de aço formadas a frio foi submetida a ensaios de flexão, variando-se a altura do perfil, espessura e comprimento da luva e o vão. Foi conduzida uma análise da viabilidade do método da resistência direta (MRD) ao dimensionamento de terças contínuas por meio de luvas. Em relação à rigidez, curvas momento-rotação calibradas experimentalmente foram implementadas em modelos numéricos por meio de molas rotacionais, buscando simular o comportamento não linear da ligação. Posteriormente, uma análise paramétrica foi realizada, resultando na expressão momento-rotação proposta com base nas variáveis investigadas. Essa expressão representa a rigidez da ligação, que aliada a um modelo simples barra-mola, permite a avaliação mais precisa dos esforços solicitantes e deslocamentos de terças com luvas. / There are basically two systems employed to promote the continuity of multi-span purlins: overlap and sleeve. From the point of view of transport and assemblage, the sleeve system is advantageous in relation to the overlap system since it leads to shorter length bars. However, the use of sleeves has not been hardly explored mainly due to lack of knowledge about the system structural behavior and, therefore, the absence of design recommendations provided by standards and technical manuals. This study analyzed the stiffness and strength of continuous Z-section purlins with sleeved bolted connection. In order to develop the study a series of fifteen prototype were tested in bending; their cross-section height, thickness, sleeve length and span were varied. A viability analysis of the Direct Strength Method (DSM) for design of continuous sleeve purlins was conducted. In relation to stiffness, moment-rotation curves were calibrated experimentally and implemented in numerical models through rotational springs to simulate the nonlinear behavior of the connection. Afterwards, a moment-rotation expression based on the studied variables and a parametric analysis was proposed. This expression represents the connection stiffness and, when implemented in a simple spring-beam model, allows a more accurate prediction of the internal efforts and displacements in the purlin-sleeve system.

Traditionally, joints are assumed to be either pinned or fully rigid, but in reality, many behave between these two extremes giving them a semi-rigid classification. By acknowledging the semi-rigidity of nominal pin joints, steel frames can be designed as semi-continuous in which the beam bending moments are partially transmitted to the column members and the need for lateral bracing is eliminated, thus reducing material and construction costs. This thesis presents the results of numerical and theoretical studies of the behaviour of bolted endplate connections to Rectangular Hollow Section (RHS) columns using flowdrill bolts and their applications in semi-continuous frame design. Such connections exhibit significant levels of initial stiffness, strength, and deformation capacity while being more cost-effective than fully welded connections. Despite this, there is limited theoretical work carried out that allows such connections to be designed using analytical methods. In addition, there are no standardised connection design tables like that for open section columns (SCI, 1995), thereby inhibiting their adoption in practice. In this thesis, newly derived equations for initial stiffness that have a greatly improved range of validity and accuracy over existing equations are presented. Equations for bending strength of a newly derived elliptical mechanism based on yield line theory and for membrane action based on internal work principles are given. Equations for flowdrill thread stripping due to gross deformation of the RHS face are also presented thus allowing prediction of all common RHS face failure mechanisms. Equations for deformation capacity are derived thus making it possible to predict the full load-deflection behaviour of the RHS face in tension component. When combined with existing equations for bolt and endplate components, it is possible to predict the full moment-rotation behaviour of bolted endplate connections to RHS columns. Extensive parametric studies using finite element analysis (FEA) as well as validation against existing tests show that the newly derived equations can accurately predict the component-level and whole joint behaviour for a wide range of configurations. Taking advantage of the initial stiffness properties that these connections offer, a parametric study is conducted to show that connections with relatively simple detailing can offer sufficient initial stiffness and strength to enable unbraced semi-continuous design of low-rise steel frames. A hand calculation method for SLS sway in semi-continuous frames is also presented thus allowing the designer to readily carry out scheme designs without advanced software knowledge. A systematic method for the detailing of these connections for use in unbraced frame design is presented to facilitate adoption in practice.

The Bridge House is a steel building structure located in Poly Canyon, a rural area inside the campus of California Polytechnic State University, San Luis Obispo. The Bridge House is a one story steel structure supported on 4 concrete piers with a lateral force resisting system (LFRS) composed of ordinary moment frames in the N-S direction and braced frames in the E-W direction and vertically supported by a pair of trusses. The dynamic response of the Bridge House was investigated by means of system identification through ambient and forced vibration testing. Interesting findings such as diaphragm flexibility, foundation flexibility and frequency shifts due to thermal effects were all found throughout the mode shape mapping process. Nine apparent mode shapes were experimentally identified, N-S and E-W translational, rotational and 6 vertical modes. A computational model was also created and refined through correlation with the modal parameters obtained through FVTs. When compared to the experimental results, the computational model estimated the experimentally determined building period within 8% and 10% for both N-S and E-W translational modes and within 10% for 4 of the vertical modes.

The concept of semi-rigid composite connection has been widely researched in the past; however, most of the researches are limited to composite joints with metal deck ¿ooring and solid concrete slabs. Composite construction incorporating precast concrete hollowcore slabs (HCU) is a recently developed composite ¿oor system for buildings. The research on the structural behaviour of the semi-rigid composite joints with HCU is new and without any previous experimental database. In this paper, eight full-scale tests of beam-to-column semi-rigid composite joints with steel beams and precast hollowcore slabs are reported. The variables are stud spacing, degree of the shear connections, area of the longitudinal reinforcement and slab thickness. The test set-up and instrumentation is described in detail. The experimental behaviour is analysed and based on the test data the structural behaviour of these semi-rigid composite joints is discussed. Based on the experimental data, a simpli¿ed method to predict rotation and moment capacity for this type of composite connection is proposed.

[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.

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The results of a pilot series of tests, designed to investigate the influence of the presence of a composite floor slab on the performance of steel beam-to-column connections, are reported. Direct comparisons against equivalent bare steel tests show improvements in moment capacity (up to 15 times), with reinforcement anchorage being the main controlling factor. Thus joints to internal columns where the deck runs parallel to the beams and relatively small numbers of bars supplement the basic mesh reinforcement may be expected to give the best performance.

[pt] As ligações viga-pilar desempenham uma função fundamental para a determinação do comportamento real de estruturas de aço e mistas. 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 em aço ou mista. Com a intenção de dar continuidade do estudo sobre ligações semirígidas em aço e desenvolver um estudo sobre as ligações semi-rígidas mistas, inicialmente foi realizada uma revisão bibliográfica destes assuntos apresentando os parâmetros a serem desenvolvidos nesta pesquisa. 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 em aço e mistas, produzindo uma base de dados para um projeto estrutural mais seguro. Um projeto experimental foi desenvolvido para avaliar o caminho de transmissão de esforços, através de modelos experimentais de laboratório, na forma de ensaios pull-out modificados, adaptando-se este ensaio para regiões de momento negativo, onde a laje de concreto se encontra fissurada, obtendo um ensaio capaz de produzir resultados que contribuam com o desenvolvimento da pesquisa de ligações semi-rígidas em aço e mistas. / [en] The beam-column connections play a key role in determining the actual behavior of steel and composite structures. Therefore it is necessary a very careful assessment of the real geometrical and mechanical characteristics of these joints, replacing the traditional idealized considerations, rigid and flexible for modeling semi-rigid steel or composite. With the intention of continuing the study of semirigid connections in steel and develop a study on the semi-rigid composite connections, was initially performed a revision of startled presenting the parameters to be developed in this research. We have implemented a computational system analysis and design capable of evaluating the structural behavior of these joints from the information of the geometric properties of beamcolumn connection with end plate executed in steel and composited, producing a database for a structural design safer. An experimental project was designed to evaluate the path transmittance of efforts, through experimental models of laboratory tests in the form of modified pull-out, adapting this test for regions of negative moment, where the concrete slab is cracked, obtaining a test that can produce results that contribute for the development of research of semi-rigid connections in steel and composite.

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.

Neste trabalho estudou-se o comportamento de uma ligação viga-pilar de estrutura pré-moldada parcialmente resistente a momento fletor quando submetida a momentos negativos e positivos. A ligação estudada é composta por dois chumbadores inclinados presos à viga através de chapa metálica, porcas e arruelas e uma capa de concreto com armadura longitudinal passando por dentro do pilar. No programa experimental foram elaborados dois modelos submetidos a carregamentos alternados, em ciclos e de curta duração. Em seguida foi desenvolvido um modelo analítico para cálculo dos momentos resistentes e feita uma simulação numérica para avaliar a influência da semi-rigidez da ligação em estruturas típicas de concreto pré-moldado. Os resultados experimentais indicaram que a ligação apresenta uma boa capacidade de transmissão a momento fletor negativo e a momento fletor positivo com um comportamento bastante dúctil. Sem a necessidade de grandes alterações de custos e de execução, a ligação proposta promoveu uma redução significativa dos momentos na base dos pilares (aproximadamente 50%) quando comparada à ligação articulada. Quando comparada à ligação similar, porém com os chumbadores retilíneos, há um aumento superior a 2,5 vezes no momento de plastificação e de 3 vezes na rigidez no sentido do momento fletor positivo / In this research the behavior of a partial moment resistant beam-to-column connection in precast concrete subjected to negative and positive moments was studied. This connection has two inclined dowels fixed to the beam with steel plate, washer and nut and a concrete cap with longitudinal reinforced bars passing trough the column. In the experimental program two prototypes was made and subjected to an alternative cyclic e short duration load. Afterwards it was develop an analytical model and a numerical simulation to analyze the influence of the semi-rigid connection in a typical precast structure. The experimental results shown that the connection has a good capacity of transmitte the bending moments and has a ductile behave. Without any significative difference of cost and manufacture, the connection studied promoted a reduction on the column base bending moment (approximately 50%) when compared to pinned connection. When compared to similar structures but with a vertical dowel, the connection presents strength over 2.5 times and over 3 times the stiffens for positive bending moments