Scania CV AB is one of the world’s leading companies within heavy vehicles. The company have a broad selection of trucks, which all are equipped with gas, or fuel tanks, depending on the fuel type of the truck, The trucks also contain air tanks that are used for braking and air suspension. The tanks are assembled with straps, where the rubber spacers constitutes a protective layer between the tank and the strap, to protect the tank from wear. When installing different types of tanks there is a need for elements in the joint that increases the friction, compensates for manufacturing defects, prevents wear and permits electrical insulation. This has traditionally been done with rubber spacers. However, the rubber spacers increase the uncertainty of the actual preload of the joint, and movements in the joint usually make the spacers slip out of its position.  The purpose of the project is to generate knowledge on what characteristics and conditions that affects the performance of the friction joint, and to find a conceptual solution of the underlaying problem.        The following questions were created to be able to fulfill the purpose of the project: F1: Which underlying causes generate preload loss in the straps when assembling various tanks? F2: Which underlying causes makes rubber spacers tend to slip out of its position in various tank installations? F3: What operations need to be undertaken to prevent the preload loss in the straps and that the rubber spacers slip out of its position?  A case study and a literature review was conducted. The literature review was done to get an overall understanding of all of the different subjects that can be of relevance in this project. The data was collected from books, research papers and scientific articles. Data was also collected from interviews, technical reports, deviation reports, legal requirements, drawings, statistics from the field quality and observations in production.  The case study is based on a product development process where several different product development tools have been used. The case study also include material testing in terms of friction and settlement testing. The project resulted in a concept in the shape of a rubber spacer which is based on the existing solution that Scania is using today. The solution consists of four components: geometries that prevent the rubber from slipping away known as flanges and geometries in the shape of tips of a fir tree, rounded short sides and a dimpled underside. The size of the spacer will vary because of the different types of tank and strap sizes. The project also resulted in a design guideline, that will provide guidelines and guidance for further work and future design. / Scania CV AB är ett av de världsledande företagen inom tunga fordon. Deras utbud av lastbilar är brett, och lastbilarna är utrustade med gas-, eller bränsletankar, beroende på fordonets drivmedel. Lastbilarna är även utrustade med trycktankar som används vid inbromsning och luftfjädring. Tankarna är monterade med spännband, där gummimellanlägg utgör ett skydd mellan tank och spännband för att skydda tanken mot nötning. Vid installation av olika lastbilstankar finns behov av element i förbandet som ökar friktionen, kompenserar formfel, förhindrar nötning, och medger elektrisk isolation. Detta har traditionellt gjorts genom att använda gummimellanlägg i förbandet. Gummimellanlägg ökar dock osäkerheten i den faktiska förspänningen av förbandet, samt rörelser i konstruktionen ofta får mellanlägget att vandra ur position.  Syftet med projektet är att skapa förståelse för vilka egenskaper och förutsättningar som påverkar prestandan av ett friktionsbetingat förband, samt att hitta konceptuell lösning på grundproblematiken. För att kunna fullgöra syftet har följande frågeställningar utformats:F1: Vilka orsaker ligger till grund för att förspänningen i spännbanden släpper vid montering av diverse fordonstankar?F2: Vilka orsaker ligger till grund för att gummimellanlägg tenderar att vandra ur position i olika tankinstallationer?F3: Vilka åtgärder kan vidtas för att motverka att förspänningen i spännbanden släpper och att gummimellanläggen vandrar ur position? I arbetet har en fallstudie och en litteraturstudie genomförts. Litteraturstudien utfördes för att skapa övergripande förståelse i ämnen som kan vara relevanta för arbetet. Den insamlade informationen härrör från böcker, forskningsavhandlingar och vetenskapliga artiklar. Data har även samlats in i form av intervjuer, tekniska rapporter, felrapporter, lagkrav, ritningar, statistik i fältkvaliteten, och observationer i produktionen. Fallstudien baseras på en produktutvecklingsprocess där flera produktutvecklingsverktyg har använts. I fallstudien ingår även materialprov i form av friktion och sättning. Arbetet resulterade i ett koncept i form av ett gummimellanlägg och baseras på Scanias befintliga lösning. Lösningen består av fyra komponenter: geometrilåsning i form av flänsar och så kallade grantoppar, rundade kortsidor och gropig undersida. Storleken kan däremot variera på grund av spännbandens och tankarnas breda storleksspann.  Arbetet har även resulterat i en design-guideline, som ska ge riktlinjer och vägledning för fortsatt arbete och framtida konstruktion.

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais é considerada uma solução cara para os problemas da engenharia estrutural. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil, uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais têm seguramente provocado um aumento na utilização do aço inoxidável. As normas de projeto de aço inoxidável atuais são, em grande parte, baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas desenvolvidas com aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas não-lineares tensão versus deformação (tensão e compressão, paralela e perpendicular a laminação do material), sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos, modificando assim, o comportamento global das estruturas que o utilizam. Em elementos estruturais submetidos a forças axiais de tração, a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável S304, este trabalho apresenta um modelo numérico baseado no método dos elementos finitos através do programa Ansys (versão 11). A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises e curvas tensão versus deformação verdadeira. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange atualizado. O modelo numérico foi calibrado com resultados experimentais obtidos em ensaios de laboratório, a partir de ligações aparafusadas alternadas rígidas, onde não se ocorre nenhuma rotação entre os membros, transferindo nenhum momento fletor, apenas esforço normal e cisalhante. / Currently, the use of stainless steel in structural elements is considered an extravagant solution to structural engineerings problems. However, changes in attitudes within civil construction, global transition to sustainable development and environmental impacts reduction have certainly caused an increase in the use of stainless steel. Today, the codes for design of stainless steel are largely based on assumed analogies with the behavior of structures developed with carbon steel. However, stainless steel present four non-linear tension versus strain curves (tension and compression, parallel and perpendicular to the lamination material) without yielding plateau and strain hardening zones clearly defined, thus changing the overall behavior of the structures that use it. In Structural elements subjected to axial forces of tension, the net section rupture usually represents one of its controlling ultimate limit states. In order to evaluate the tensile resistance of structural components bolted stainless steel S304, this work provides a numerical model based on the finite element method using the program ANSYS (version 11). The non-linear of the material was considered by the criterion of Von Mises and stress versus strain true curves. The geometric nonlinearity was introduced into the model through the formulation of Lagrange Updated. The numerical model was calibrated based on experimental results, from rigid alternate bolted connection, which do not occur any rotation among the members, transferring any bending moment, only normal and shear internal forces.

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais ainda é por muitos engenheiros e arquitetos, considerada uma solução extravagante para os problemas da engenharia. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil e uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais tem seguramente provocado um aumento no uso do aço inoxidável. A maioria das normas de projeto de aço inoxidável atuais ainda são baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas de aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas tensão versus deformação não-lineares sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos (tração e compressão, paralela e perpendicular a direção de laminação), modificando assim, seu o comportamento global. Na presente investigação foram utilizados o aço inoxidável austenítico 304, e o aço carbono USI 300, ambos com tensão de escoamento similares, mas com tensões últimas e ductilidades distintos. Em elementos estruturais submetidos a tensões normais de tração, usualmente a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável, este trabalho executou um programa experimental inovador envolvendo ligações aparafusadas defasadas sob tração. O programa experimental foi executado em peças de aço carbono e aço inoxidável de forma a comparar as principais semelhanças e diferenças entre estes dois tipos de aços estruturais. O programa experimental possibilitou que conclusões significativas no comportamento a tração destas ligações pudessem ser observadas. Dentre outras variáveis que controlam estes estados limites últimos foi verificada a influência significativa da espessura da placa de aplicação do carregamento, disposição, configuração e número de parafusos da ligação e propriedades do aço inoxidável como ductilidade e razão entre suas tensões de escoamento e de ruptura. / The use of stainless steel in structural engineering applications is still seen by many architects and engineers as an extravagant solution. However attitude changes in the construction market and the natural transition to a sustainable development reducing environment impacts have boosted the use of stainless steel structures. A substantial majority of stainless steel structural design codes is still based on carbon steel analogies. Despite this fact the stainless steel presents four non-linear tension versus strain curves (tension and compression, parallel and perpendicular to the rolling direction) without a defined yield plateau snf strain hardening zones substantially altering its global structural response. The present investigation adopted the austenitic stainless steel grade 304 and the carbon steel USI300, both with similar yield stresses but with different tension stresses and ductility capacities. Structural elements subjected to tension axial forces usually presents the net section rupture as one of its controlling ultimate limit states. The present study performed an innovative experimental programme to evaluate and investigate the tension capacity of staggered bolted members. The experiments were made with carbon and stainless steels to compare and access their similarities and differences in terms of structural performance. The experimental results enable the observation of significant conclusion concerning the tension response of the investigated bolted staggered members. The controlling ultimate limit states were significantly influenced by various parameters like: the loading plate thickness, the layout, configuration and number of bolts adopted in the joint, and stainless steel properties like ductility capacity and the ratio between the yield and ultimate stresses.

Scania CV AB is one of the world’s leading companies within heavy vehicles. The company have a broad selection of trucks, which all are equipped with gas, or fuel tanks, depending on the fuel type of the truck, The trucks also contain air tanks that are used for braking and air suspension. The tanks are assembled with straps, where the rubber spacers constitutes a protective layer between the tank and the strap, to protect the tank from wear. When installing different types of tanks there is a need for elements in the joint that increases the friction, compensates for manufacturing defects, prevents wear and permits electrical insulation. This has traditionally been done with rubber spacers. However, the rubber spacers increase the uncertainty of the actual preload of the joint, and movements in the joint usually make the spacers slip out of its position.  The purpose of the project is to generate knowledge on what characteristics and conditions that affects the performance of the friction joint, and to find a conceptual solution of the underlaying problem.        The following questions were created to be able to fulfill the purpose of the project: F1: Which underlying causes generate preload loss in the straps when assembling various tanks? F2: Which underlying causes makes rubber spacers tend to slip out of its position in various tank installations?F3: What operations need to be undertaken to prevent the preload loss in the straps and that the rubber spacers slip out of its position?  A case study and a literature review was conducted. The literature review was done to get an overall understanding of all of the different subjects that can be of relevance in this project. The data was collected from books, research papers and scientific articles. Data was also collected from interviews, technical reports, deviation reports, legal requirements, drawings, statistics from the field quality and observations in production.  The case study is based on a product development process where several different product development tools have been used. The case study also include material testing in terms of friction and settlement testing. The project resulted in a concept in the shape of a rubber spacer which is based on the existing solution that Scania is using today. The solution consists of four components: geometries that prevent the rubber from slipping away known as flanges and geometries in the shape of tips of a fir tree, rounded short sides and a dimpled underside. The size of the spacer will vary because of the different types of tank and strap sizes.  The project also resulted in a design guideline, that will provide guidelines and guidance for further work and future design. / Scania CV AB är ett av de världsledande företagen inom tunga fordon. Deras utbud av lastbilar är brett, och lastbilarna är utrustade med gas-, eller bränsletankar, beroende på fordonets drivmedel. Lastbilarna är även utrustade med trycktankar som används vid inbromsning och luftfjädring. Tankarna är monterade med spännband, där gummimellanlägg utgör ett skydd mellan tank och spännband för att skydda tanken mot nötning. Vid installation av olika lastbilstankar finns behov av element i förbandet som ökar friktionen, kompenserar formfel, förhindrar nötning, och medger elektrisk isolation. Detta har traditionellt gjorts genom att använda gummimellanlägg i förbandet. Gummimellanlägg ökar dock osäkerheten i den faktiska förspänningen av förbandet, samt rörelser i konstruktionen ofta får mellanlägget att vandra ur position.  Syftet med projektet är att skapa förståelse för vilka egenskaper och förutsättningar som påverkar prestandan av ett friktionsbetingat förband, samt att hitta konceptuell lösning på grundproblematiken. För att kunna fullgöra syftet har följande frågeställningar utformats:F1: Vilka orsaker ligger till grund för att förspänningen i spännbanden släpper vid montering av diverse fordonstankar?F2: Vilka orsaker ligger till grund för att gummimellanlägg tenderar att vandra ur position i olika tankinstallationer?F3: Vilka åtgärder kan vidtas för att motverka att förspänningen i spännbanden släpper och att gummimellanläggen vandrar ur position? I arbetet har en fallstudie och en litteraturstudie genomförts. Litteraturstudien utfördes för att skapa övergripande förståelse i ämnen som kan vara relevanta för arbetet. Den insamlade informationen härrör från böcker, forskningsavhandlingar och vetenskapliga artiklar. Data har även samlats in i form av intervjuer, tekniska rapporter, felrapporter, lagkrav, ritningar, statistik i fältkvaliteten, och observationer i produktionen. Fallstudien baseras på en produktutvecklingsprocess där flera produktutvecklingsverktyg har använts. I fallstudien ingår även materialprov i form av friktion och sättning. Arbetet resulterade i ett koncept i form av ett gummimellanlägg och baseras på Scanias befintliga lösning. Lösningen består av fyra komponenter: geometrilåsning i form av flänsar och så kallade grantoppar, rundade kortsidor och gropig undersida. Storleken kan däremot variera på grund av spännbandens och tankarnas breda storleksspann.  Arbetet har även resulterat i en design-guideline, som ska ge riktlinjer och vägledning för fortsatt arbete och framtida konstruktion.

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais é considerada uma solução cara para os problemas da engenharia estrutural. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil, uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais têm seguramente provocado um aumento na utilização do aço inoxidável. As normas de projeto de aço inoxidável atuais são, em grande parte, baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas desenvolvidas com aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas não-lineares tensão versus deformação (tensão e compressão, paralela e perpendicular a laminação do material), sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos, modificando assim, o comportamento global das estruturas que o utilizam. Em elementos estruturais submetidos a forças axiais de tração, a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável S304, este trabalho apresenta um modelo numérico baseado no método dos elementos finitos através do programa Ansys (versão 11). A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises e curvas tensão versus deformação verdadeira. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange atualizado. O modelo numérico foi calibrado com resultados experimentais obtidos em ensaios de laboratório, a partir de ligações aparafusadas alternadas rígidas, onde não se ocorre nenhuma rotação entre os membros, transferindo nenhum momento fletor, apenas esforço normal e cisalhante. / Currently, the use of stainless steel in structural elements is considered an extravagant solution to structural engineerings problems. However, changes in attitudes within civil construction, global transition to sustainable development and environmental impacts reduction have certainly caused an increase in the use of stainless steel. Today, the codes for design of stainless steel are largely based on assumed analogies with the behavior of structures developed with carbon steel. However, stainless steel present four non-linear tension versus strain curves (tension and compression, parallel and perpendicular to the lamination material) without yielding plateau and strain hardening zones clearly defined, thus changing the overall behavior of the structures that use it. In Structural elements subjected to axial forces of tension, the net section rupture usually represents one of its controlling ultimate limit states. In order to evaluate the tensile resistance of structural components bolted stainless steel S304, this work provides a numerical model based on the finite element method using the program ANSYS (version 11). The non-linear of the material was considered by the criterion of Von Mises and stress versus strain true curves. The geometric nonlinearity was introduced into the model through the formulation of Lagrange Updated. The numerical model was calibrated based on experimental results, from rigid alternate bolted connection, which do not occur any rotation among the members, transferring any bending moment, only normal and shear internal forces.

Atualmente, a utilização do aço inoxidável em elementos estruturais ainda é por muitos engenheiros e arquitetos, considerada uma solução extravagante para os problemas da engenharia. Todavia, mudanças de atitudes dentro da construção civil e uma transição global para um desenvolvimento sustentável e redução em impactos ambientais tem seguramente provocado um aumento no uso do aço inoxidável. A maioria das normas de projeto de aço inoxidável atuais ainda são baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas de aço carbono. Todavia, o aço inoxidável apresenta quatro curvas tensão versus deformação não-lineares sem patamar de escoamento e região de encruamento claramente definidos (tração e compressão, paralela e perpendicular a direção de laminação), modificando assim, seu o comportamento global. Na presente investigação foram utilizados o aço inoxidável austenítico 304, e o aço carbono USI 300, ambos com tensão de escoamento similares, mas com tensões últimas e ductilidades distintos. Em elementos estruturais submetidos a tensões normais de tração, usualmente a ruptura da seção líquida representa um dos estados limites últimos a serem verificados. Com o objetivo de se avaliar a resistência a tração de elementos estruturais aparafusados em aço inoxidável, este trabalho executou um programa experimental inovador envolvendo ligações aparafusadas defasadas sob tração. O programa experimental foi executado em peças de aço carbono e aço inoxidável de forma a comparar as principais semelhanças e diferenças entre estes dois tipos de aços estruturais. O programa experimental possibilitou que conclusões significativas no comportamento a tração destas ligações pudessem ser observadas. Dentre outras variáveis que controlam estes estados limites últimos foi verificada a influência significativa da espessura da placa de aplicação do carregamento, disposição, configuração e número de parafusos da ligação e propriedades do aço inoxidável como ductilidade e razão entre suas tensões de escoamento e de ruptura. / The use of stainless steel in structural engineering applications is still seen by many architects and engineers as an extravagant solution. However attitude changes in the construction market and the natural transition to a sustainable development reducing environment impacts have boosted the use of stainless steel structures. A substantial majority of stainless steel structural design codes is still based on carbon steel analogies. Despite this fact the stainless steel presents four non-linear tension versus strain curves (tension and compression, parallel and perpendicular to the rolling direction) without a defined yield plateau snf strain hardening zones substantially altering its global structural response. The present investigation adopted the austenitic stainless steel grade 304 and the carbon steel USI300, both with similar yield stresses but with different tension stresses and ductility capacities. Structural elements subjected to tension axial forces usually presents the net section rupture as one of its controlling ultimate limit states. The present study performed an innovative experimental programme to evaluate and investigate the tension capacity of staggered bolted members. The experiments were made with carbon and stainless steels to compare and access their similarities and differences in terms of structural performance. The experimental results enable the observation of significant conclusion concerning the tension response of the investigated bolted staggered members. The controlling ultimate limit states were significantly influenced by various parameters like: the loading plate thickness, the layout, configuration and number of bolts adopted in the joint, and stainless steel properties like ductility capacity and the ratio between the yield and ultimate stresses.

In this study, endurance tests were conducted in bolted joints to plot S-N curves. The bolts tested were the M8, class 8.8 of three different lengths, 45, 60 and 80 mm. A device was machined to support cyclic axial load to carry on the endurance tests. Tensile tests were conducted on the bolts in order to establish its mechanical properties. For the performance of the endurance tests, it was applied a preloading equal to 90% of the yield strength. Hence, the stiffness was calculated according to different existing theories. Also, it was calculated the alternate stress and stress amplitude on the bolt. The obtained endurance limits results, as well as the calculated stiffness, alternate stress and stress amplitude were compared with results achieved in similar studies. Moreover, it were developed axysimmetric computational models of the 45 and 80 mm bolted joints, with the aim of verifying the stress level carried by the bolt when it is submitted to the pre load. The results showed a maximum stress 10% higher on the 45 mm bolted joint. / Neste estudo foram realizados ensaios de resistência à fadiga em parafusos M8, classe 8.8 de três diferentes comprimentos, 45, 60 e 80 mm. Foi fabricado um dispositivo para aplicação do carregamento axial cíclico para realização dos ensaios de fadiga. Foram realizados ensaios de tração nos parafusos a fim de se estabelecer suas propriedades mecânicas. Para a realização dos ensaios de fadiga, foi aplicada uma pré carga de aperto nos parafusos equivalente à 90% da tensão de escoamento. Foi feito o cálculo da rigidez do parafuso e dos membros da junta parafusada levando em consideração diversas teorias existentes. Também foi realizado o cálculo da tensão alternada e da amplitude de tensão atuantes no parafuso. Os limites de resistência à fadiga obtidos, bem como as rigidezes e tensões calculadas, foram comparados com trabalhos correlatos. Foram desenvolvidos modelos computacionais axisimetricos das juntas parafusadas de 45 e 80 mm para verificar o nível de tensão atuante quando estas são submetidas à pré carga. Obteve-se uma tensão máxima 10% maior no parafuso de 45 mm.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2015-12-07T17:47:17Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rone Sérgio Freitas Borges - 2015.pdf: 6213430 bytes, checksum: 42046e4b45c71b2cd44ac6a2ea27e1bc (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-12-08T06:33:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rone Sérgio Freitas Borges - 2015.pdf: 6213430 bytes, checksum: 42046e4b45c71b2cd44ac6a2ea27e1bc (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-08T06:33:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Rone Sérgio Freitas Borges - 2015.pdf: 6213430 bytes, checksum: 42046e4b45c71b2cd44ac6a2ea27e1bc (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-02-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In Brazil, despite the skilled labor shortage, the use of metal structures in buildings has increased considerably due to factors such as speed of execution, cleaning the construction site, low deadweight compared with reinforced concrete structures, low material waste, etc. For better utilization of equipment and for which continuity of the openings is necessary to use the amendments, which can be welded or screwed. The quality of the amendments must meet the standards required by the design standards, in rolled profiles, according to ABNT NBR 8800:2008 (Steel Structures Design and Composite Structures of Steel and concrete buildings). These profiles have great applicability in large structures and their use is growing in buildings with these characteristics. This paper presents the experimental study of bearing capacity of two beams supported by steel made of rolled profiles section I of type W 250 x 22,3 ASTM A-572, grade 50, rolled parallel flaps with two axes of symmetry, being provided splices using full penetration welds MIG type (Metal Inert Gas). Seven beams were tested with a length of 3000 mm, with a reference beam. In the remaining six beams amendments were made in different positions varying the amount of amendments. This study also provides a comparison between the results obtained in this work and those obtained by Pereira (2014), which used beams with bolted connections using the same provisions of the amendments of this work, but with ASTM A-325 and screw diameter of 19 mm. All models have been requested by simple bending stress at break, according to the analysis of vertical displacement, and torsional displacement relative specific deformations steel. The connections of beams resisted the simple bending tests not being observed no break in welds. The main contribution of this work was to show that, if well executed, welded connections and bolted performed by Pereira (2014), with the specifications described in this paper, can be used as elements of connections in steel beams subjected to bending, as well resisted the requested efforts . / No Brasil, apesar da escassez de mão de obra qualificada, a utilização de estruturas metálicas nas edificações vem aumentando consideravelmente devido a alguns fatores como rapidez de execução, limpeza do canteiro de obras, baixo peso próprio se comparado com as estruturas de concreto armado, baixo desperdício de material etc.. Para o melhor aproveitamento de material e para que se continuidade dos vãos é necessário a utilização das emendas, que podem ser soldadas ou parafusadas. A qualidade das emendas deve atender aos padrões exigidos pelas normas de projeto, no caso dos perfis laminados, segundo a ABNT NBR 8800:2008 (Projeto de Estruturas de Aço e de Estruturas Mistas de Aço e Concreto de Edifícios). Esses perfis tem grande aplicabilidade em estruturas de grande porte e seu uso é crescente em edificações com essas características. Este trabalho apresenta o estudo experimental da capacidade resistente de vigas bi-apoiadas em aço constituídas de perfis laminados de seção I do tipo W 250 x 22,3 ASTM A-572, grau 50, laminados de abas paralelas com dois eixos de simetria, sendo dotadas de emendas com soldas de penetração total do tipo MIG (Metal Inert Gas). Foram ensaiadas sete vigas com comprimento de 3000 mm, sendo uma viga de referência. Nas seis vigas restantes foram confeccionadas emendas em diferentes posições variando a quantidade de emendas. O presente estudo traz também uma comparação entre os resultados obtidos neste trabalho e os obtidos por Pereira (2014), no qual utilizou vigas com ligações parafusadas utilizando as mesmas disposições das emendas deste trabalho, mas com parafusos ASTM A-325 e diâmetro de 19 mm. Todos os modelos estiveram solicitados por esforços de flexão simples até à ruptura, de acordo com a análise dos deslocamentos verticais, deslocamentos relativos à torção e as deformações específicas do aço. As ligações das vigas resistiram aos ensaios de flexão simples, não sendo constatada nenhuma ruptura nas soldas. A principal contribuição deste trabalho foi mostrar que, se bem executadas, as ligações soldadas e as parafusadas realizadas por Pereira (2014), com as especificações descritas neste trabalho, podem ser utilizadas como elementos de ligações em vigas metálicas submetidas à flexão, pois resistiram bem aos esforços solicitados.

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.

Este trabalho apresenta uma investigação de modelos analíticos de previsão da força de tração resistente para ligações parafusadas em chapas finas e perfis de aço formados a frio, de acordo com quatro especificações de projeto (ABNT NBR 14762:2010, ANSI AISI S100:2007-S, AS/NZS 4600:2005 e EUROCODE 3 Parte1.3:2010). O estudo envolveu 404 resultados experimentais de ligações parafusadas, sendo: 232 ligações em chapas finas, 104 ligações em cantoneiras e 68 ligações em perfis U, em que diversas configurações geométricas foram analisadas. No total 1616 análises de força resistente foram realizadas de modo que estatísticas da variável aleatória erro de modelo pudessem ser construídas. Dessa forma, a análise de erro de modelo consistiu da plotagem das probabilidades do erro de modelo, para que em seguida testes de aderência pudessem ser então aplicados de modo satisfatório, validando funções teóricas de distribuição de probabilidades para a representação da informação estatística dessa variável aleatória. Uma análise de regressão foi utilizada nas ligações parafusadas para descrever a variação do erro de modelo com a espessura da chapa e para descrever a incerteza de modelo. As análises realizadas mostraram que os modelos brasileiros e americanos conseguem prever, em média, a ruptura da seção líquida de maneira mais eficiente do que as outras especificações, pois utilizam coeficientes de redução da área líquida, e também apontam que todos os modelos apresentam uma grande variabilidade dos resultados em torno da média, o que faz com que a confiabilidade dos modelos seja prejudicada. A análise de confiabilidade, utilizada para avaliar o nível de segurança das especificações de projeto, incluiu o erro de modelo e outros parâmetros aleatórios como a resistência à ruptura do aço, ação permanente (D) e variável (L), totalizando 7092 análises em ligações parafusadas, revelando que a contribuição da variável aleatória erro de modelo na segurança dessas ligações é considerável, especialmente para razões de carregamento (Ln/Dn) entre 0,50 e 2,50. Cabe ainda observar que as especificações de projeto foram avaliadas de acordo com critérios de confiabilidade uniforme e suficiente, demonstrando que a uniformidade é alcançada de maneira mais fácil para as quatro especificações, para razões de carregamento (Ln/Dn) maiores que 2,0, e que a suficiência de segurança, na maioria das análises realizadas, não foi alcançada, principalmente para o modo de ruína de esmagamento da parede do furo, em que os índices de confiabilidade para as ligações situaram-se em torno de 2,0 a 2,5, abaixo do valor alvo de 3,5 estabelecido pelo AISI e 3,8 estabelecido pelo EUROCODE. Além disso, ao se tratar da ruptura da seção líquida, os modelos brasileiro, americano e australiano também não atingiram níveis desejáveis de segurança, contudo, fornecem probabilidades de falha bem abaixo das obtidas para o modo de ruína de esmagamento. Por fim, análises de sensibilidade revelaram que os parâmetros x/L e d/g, presentes nos modelos analíticos de previsão da ruptura da seção líquida, para a especificação brasileira e americana, não interferem na segurança estrutural das ligações. / This work presents an investigation of analytical models for predicting the tensile strength to bolted connections in thin sheets and cold-formed steel members, according to four design specifications (ABNT NBR 14762:2010, ANSI AISI S100:2007-S, AS/NZS 4600:2005 and Eurocode 3 Parte1.3:2010). The study involved 404 experimental results of bolted connections, as follows: 232 connections in thin sheets, 104 connections in angles and 68 connections in channels, in which various geometric configurations were analyzed. A total of 1616 strength analysis were performed so that statistics of the random variable model error could be constructed. Thus, the model error analysis consists of plotting the probability of error model, then for the adherence tests could then be applied satisfactorily validating theoretical functions of probability distribution for the statistical representation of random variable. A regression was used in bolted connections to describe the variation of the model error with the thickness of the sheet and to describe the model uncertainty. The analysis showed that the models can predict Brazilians and Americans, on average, net section fracture more efficiently than the other specifications, for use of coefficient of reduction of net area, and also note that all models showed a great variability of results around the mean, which makes the reliability of the models is affected. The reliability analysis used to assess the safety level of design specifications, included the model error and other random parameters such as tensile strength of steel, dead (D) and live (L) loads, totaling 7092 analysis on bolted connections, revealing that the contribution the random variable model error in the security of these connections is considerable, especially for load ratios (Ln/Dn) between 0.50 and 2.50. It should also be noted that the design specifications were evaluated according to sufficient and uniform reliability criteria showing that uniformity is achieved more easily for the four specifications, for load ratios (Ln/Dn) higher than 2.0, and that the sufficiency of security, most of the analysis, is not achieved, especially for the failure modes of bearing of the hole, in which the reliability index for the connections are located around 2.0 to 2.5, below the target value of 3.5 indicated by AISI and 3.8 indicated by EUROCODE. Furthermore, when dealing with the net section fracture, the models Brazilian, American and Australian also did not reach desirable levels of security, however, provided failure probabilities well below those obtained for the failure modes of bearing. Finally, sensitivity analysis revealed that the parameters x/L and d/g, present in the analytical models for predicting the net section fracture, the specification for Brazilian and U.S., do not affect the structural safety of the connections.