Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissASS.pdf: 3030488 bytes, checksum: a4d23b016b1767d42942fdad295c0fe1 (MD5) Previous issue date: 2006-09-01 / Universidade Federal de Minas Gerais / The behaviour of reinforced concrete precast beams is strongly influenced by the flexural stiffness of its beam-column connections, wherein there is interdependence between the nonlinearity of the moment-curvature relationship along the beam and the non-linearity of the moment-rotation relationship of the beam-column connections. In most of the existing researches on semi-rigid connections in precast structures, the main focus lays on the characterization of the flexural stiffness by performing experimental tests on isolated models of beam-column connections instead of tests on sub-frames, comprising beam and connections. In this research an experimental procedure was developed, wherein different theoretical equations based on the fixity factor of the connections were combined, allowing the integration between the stiffness of the reinforced concrete beam with the flexural stiffness of the beam-column connections. Therefore, by using this procedure it was possible to evaluate the semi-rigid behaviour of the beam-column connection, highlighting the possibility of carrying out just one test for the precast beam with its connections. The analyses of the experimental results indicate that the studied connection was capable of absorbing around 53% of the elastic beam-end moment at the ULS, compared with the situation of a full restrained connector, implying the increase of 170% of the positive mid-span moment of the beam. This level of semi-rigid behaviour for the beam-column connection can affect the global stability of skeletal precast concrete structures with more than five storeys in height. For this reason, the present research shows the need for further studies with the purpose of enhancing the analysis and the design of precast concrete structures for multi-storey buildings. / O comportamento das vigas pré-moldadas de concreto armado é fortemente influenciado pela rigidez à flexão das ligações viga-pilar, existe uma interdependência entre a não linearidade da relação momento-curvatura ao longo da viga pré-moldada com a não linearidade da relação momento-rotação nas ligações viga-pilar. A maioria das investigações experimentais existentes sobre ligações semi-rígidas em estruturas pré-moldadas, tanto na literatura nacional quanto internacional, têm enfatizado seus estudos na caracterização da rigidez à flexão de maneira isolada, não realizando ensaios do comportamento conjunto das vigas pré-moldadas com as suas ligações. Desenvolve-se nesta pesquisa um procedimento experimental onde se procurou integrar diversos equacionamentos teóricos com base no fator de restrição aos giros na ligação, os quais permitiram integrar parâmetros de rigidez da ligação e da viga. Desta forma, com base nos resultados experimentais em um único ensaio de um modelo de viga com ligações viga-pilar, foi possível se estimar o engastamento parcial nas ligações viga-pilar. A partir dos resultados experimentais, a ligação viga-pilar foi capaz de absorver cerca de 53% dos momentos elásticos na extremidade da viga, havendo assim um acréscimo de 170% no momento positivo no centro da viga para a situação de projeto no ELU. Este engastamento parcial pode afetar sensivelmente a estabilidade global de estruturas pré-moldadas com mais de 5 pavimentos. Por esta razão, o presente estudo aponta para a necessidade de mais pesquisas nesta área, com o objetivo de possibilitar projetos mais adequados e seguros de estruturas pré-moldadas em esqueleto para múltiplos pavimentos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMNK.pdf: 4268420 bytes, checksum: 50c2feaa3b1252323d08d023d64588ae (MD5) Previous issue date: 2007-02-26 / Universidade Federal de Minas Gerais / The present research deals with the study of continuity in slab-beam-column connections in precast concrete structures, wherein an experimental investigation about the contribution of longitudinal reinforced bars, passing on the side of the column in the top of the slab, on the connector flexural stiffness. For this study, a beam-to-column connection was selected, comprising concrete corbel with dowel bars and continuity reinforced bars passing trough the column and fulfilling of grout in the interface of the connection. Two tests were carried out for the characterization of the moment-rotation relationship of two different connection prototypes, one with 100% of the continuity reinforced bars passing trough the column and another with 50% trough the column and 50% in the laterals. The experimental results indicate that bars passing on both sides of the column enhanced the moment-rotation relationship for the second prototype, being even more significant for the serviceability stage. However, rotations at the beginning of plasticization of the moment-rotation curve were close for the two prototypes. The results indicate that the transverse reinforcement between the slab and the beam was capable of mobilizing the external longitudinal bars at the same time of the internal longitudinal bars, passing through the column. Additionally, this reinforcement arrangement provided an increase of the cracking control within the connection zone at the end of the beam / No presente trabalho foi estuda a continuidade em ligações laje-viga-pilar em estruturas pré-moldadas de concreto com a realização de uma investigação experimental quanto à contribuição da parcela de armadura passante nas laterais do pilar na capa da laje, tanto para a rigidez à flexão quanto para o controle da fissuração. Para objeto de estudo, selecionou-se uma ligação viga-pilar com consolo de concreto e chumbador, com armadura de continuidade passante no pilar por meio de bainhas lisas preenchidas com graute. Foram realizados ensaios para a caracterização das ligações com dois modelos experimentais, sendo um com 100% da armadura de continuidade passando dentro do pilar e o segundo com 50% dentro do pilar e 50% nas laterais. Os resultados experimentais mostraram que as barras laterais ao pilar contribuíram para aumento da rigidez à flexão, principalmente para a fase de serviço, inferior à carga de projeto. Entretanto, as rotações relativas ao início da plastificação da relação momento-rotação foram próximas para os dois modelos. Acredita-se que o detalhamento empregado para armadura de costura entre a viga e a laje permitiu que as armaduras longitudinais dentro e fora do pilar fossem mobilizadas de forma conjunta, tanto na fase de serviço quanto para a fase de projeto, promovendo um controle efetivo da fissuração na região da ligação

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:09:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissACJJ.pdf: 4431196 bytes, checksum: 0cd979c0d63cf2d4e62f5e4290affb0c (MD5) Previous issue date: 2007-08-30 / This research comprehends a study of the analysis procedures of the global stability in precast concrete structures, considering the effect of the semi-rigid connections. A Look over in the standards and directives of the precast structures project was necessary specifically on the procedures of global stability verification, recommended by the NBR 6118. Besides, it was looked to identify particular situations where the analysis of the precast concrete structures differentiates of the analysis of the structures cast in place. Such discussion is relevant at the moment of the publication of the new NBR 9062, where the effect of the behavior of the beam-to-column connections must be considered in the analysis of the global stability. In the carried through studies, the frame action proportionate by the bending moment resistant beam-to-column connections is a efficient method of bracing of the structure since that the interdependence of some factors is analyzed as the number of the floors, the stiffness and the cracking of columns and the beams and the fixity factor αR. Finally, examples of numerical application are presented with intention to guide the designer of precast concrete structures in the analysis of structures with semi-rigid connections. / Esta pesquisa compreende o estudo dos procedimentos de análise da estabilidade global em estruturas pré-moldadas considerando o efeito das ligações semi-rígidas. Foi realizada uma revisão dos critérios e diretrizes de projeto em estruturas pré-moldadas necessárias no procedimento de verificação da estabilidade global recomendada pela NBR 6118. Além disto, procurou-se identificar situações particulares em que a análise das estruturas pré-moldadas se diferencia da análise das estruturas moldadas no local. Tal discussão é relevante no momento da publicação da nova NBR-9062, onde o efeito do comportamento das ligações viga-pilar deve ser considerado na análise da estabilidade global. Nos estudos realizados, o efeito de pórtico proporcionado pelas ligações viga-pilar resistentes à flexão mostrou-se um método de contraventamento adequado desde que seja analisada a interdependência de vários fatores como o número de pavimentos, a rigidez e a fissuração de pilares e vigas e o fator de restrição à rotação αR. Finalmente, são apresentados exemplos de aplicação numérica com o intuito de orientar o projetista de estruturas pré-moldadas na análise de estruturas com ligações semi-rígidas.

Neste trabalho realiza-se um estudo diversificado e integrado do comportamento de estruturas pré-moldadas de concreto, por meio de ensaios experimentais e computacionais, sejam estáticos ou dinâmicos. Diferentes modelos físicos foram construídos, cada um possuindo uma particularidade estrutural (íntegro, com dano localizado, com dano generalizado e com vínculo pilar-viga semi-rígido). Investigou-se a condição real de vínculo e sua influência na alteração dos parâmetros modais (freqüências naturais, modos de vibração e fatores de amortecimento). Destaca-se a metodologia experimental dinâmica que avalia a rigidez da ligação pilar-fundação diretamente pelos sinais medidos, não apenas pela calibração do modelo numérico. As avaliações computacionais apresentadas neste trabalho empregam modelos de elementos finitos fundamentados na Teoria da Elasticidade e na Mecânica do Dano Contínuo, e os seus resultados são confrontados com os experimentais e com os obtidos por modelos analíticos. Demonstra-se uma boa correlação entre os diversos resultados, comprovando-se a viabilidade da utilização dos testes de vibração, não-destrutivos e precisos, para a determinação da rigidez das ligações, estimativa do dano provocado pela fissuração e alteração de condições estruturais diversas. Comprova-se também a eficiência e a generalidade dos modelos constitutivos de concreto de Mazars e La Borderie para a simulação de ações estáticas e dinâmicas, ressaltada a importância da correta definição das condições de contorno. / This is a comprehensive research, with multiple approaches, on the concrete pre-cast structures behavior through experimental tests and computational analysis, considering both static and dynamic cases. Four different physical models were built, each of them with specific characteristics: no damage, localized damage, generalized damage, and semi-rigid beam-column connection models. A study of their real connection condition and its influence on the modal parameters changes (natural frequencies, mode shapes and damping factors) is presented. It is important to note that the dynamic experimental method allows the direct evaluation of the column-foundation connection stiffness using the measured signals and not only by comparing the numerical model results. The computational evaluation presented in this work employs of the finite element models based on the Theory of Elasticity and on the Continuum Damage Mechanics. The results are compared with both experimental and analytical data. The good correlation among these various results proves the viability of vibration tests as a non-destructive and precise tool to determine the connection stiffness, to estimate the damage produced by cracking and to assess the influence of the structural variables changes. It is also proved the efficiency and the generality of Mazars and La Borderie constitutive concrete models to simulate the static and dynamic behavior when considered the correct definitions of the boundary conditions.

No presente trabalho são avaliados os principais parâmetros de projeto na análise da estabilidade global de estruturas em concreto pré-moldado de múltiplos pavimentos, considerando a não-linearidade física (NLF), não-linearidade geométrica (NLG) e ligações semi-rígidas. Os sistemas estruturais analisados são constituídos por pórticos com ligação viga-pilar semi-rígida e pilares engastados na fundação. As ligações viga-pilar têm sua tipologia definida por chumbadores retos e capa de concreto moldado in loco com armadura de continuidade. A NLF é avaliada segundo a construção dos diagramas M x N x 1/r, onde foi considerado de forma consistente o efeito da força normal, da armadura passiva, da armadura ativa e a reologia do concreto. São propostas funções e definidos coeficientes redutores de rigidez que foram comparados com valores apontados em expressões normativas que contemplam de forma aproximada a NLF. A NLG é avaliada com o auxílio do programa ANSYS e na forma aproximada segundo o coeficiente z e o método da carga lateral fictícia (P-). Apresentam-se modelos analíticos de caracterização de rigidez e resistência de ligações viga-pilar ao momento fletor negativo e positivo. Na análise numérica é feito um estudo de caso completo de uma estrutura típica de múltiplos pavimentos em concreto pré-moldado com o auxílio do programa ANSYS, avaliando-se diferentes formas de consideração da NLF e da NLG. É analisada a distribuição de esforços na estrutura frente às combinações de ações utilizadas e os modelos de comportamento das ligações, para algumas variações de geometria e carregamento. Dentre as conclusões, pode ser citado que os coeficientes redutores obtidos segundo o diagrama M x N x 1/r divergem das indicações normativas para consideração simplificada de NLF. Quanto à consideração simplificada de análise NLG, o coeficiente z apresentou resultados melhores na previsão dos esforços de segunda ordem em relação aos obtidos por 0,95.z. / In this research it was evaluated the main design parameters in the analysis of global stability of multi-storey precast concrete framed structures considering the physical nonlinearity (PNL), geometric nonlinearity (GNL) and semi-rigid connections behavior. The structural systems considered are those consisting of frames with beam-to-column semi-rigid connection and columns inset in the foundation. The beam-to-column connections are defined by two dowels and cast-in-place concrete cap with longitudinal reinforced bars. The PNL is evaluated according the M x N x 1/r diagrams, where are considered the effect of normal force, the reinforcing steel, prestressing steel and creep. Functions are proposed and reducing stiffness coefficients are defined, with were compared with codes that include the approximated PNL. The GNL is evaluated according to ANSYS software by no approximate analisys and its approximate according to the coefficient z and (P-) method. This research presents an analytical model characterization of stiffness and strength of beam-to-column connections to the negative and positive bending moment. In the numerical analysis is made a full case study of a typical multi-storey precast concrete framed structure with the aid of the ANSYS software, evaluating different forms of consideration of the PNL and the GNL. It analysed the bending moment distribution according the combinations of actions used and the behavioral models of connections, for some variations at geometry and loading. The reduction coefficients of flexural rigidity obtained according the M x N x 1/r diagrams differ from normative indications for simplified account of PNL. In GNL simplified analysis, the coefficient z showed better results in predicting the second-order effects with respect to those obtained by the coefficient 0,95. z.

Neste trabalho estudam-se os efeitos dependentes do tempo em vigas de concreto pré-moldado, protendidas ou não, com concretagem posterior formando um conjunto de seção composta com lajes alveolares, usual em pavimentos de edifícios, e ocasionando um estabelecimento da continuidade com ligação semi-rígida. Os esforços de restrição causados pelos efeitos de retração e fluência dos diversos concretos envolvidos e possível relaxação das cordoalhas de protensão nos extremos dessas vigas acarretam uma redistribuição de esforços função do tempo, causando deslocamentos axiais e rotações no elemento. Esta análise é feita utilizando a programação em elementos finitos CONS, própria para análise não-linear de estruturas em concreto construídas evolutivamente, aplicada a modelos representativos. O programa CONS apresentou bastante precisão na avaliação dos efeitos do tempo respaldado por estudos experimentais. Com base no estudo de dois modelos representativos de concreto pré-moldado foi observado que: a) os momentos de restrição acarretaram modificações sensíveis na região da ligação influenciando na fissuração da peça e no valor final de momento fletor, com alterações de até 80% para a viga de concreto armado, e inversão do sinal para a viga de concreto protendido; b) em comparação com as demais, as deformações axiais tiveram uma maior influência dos efeitos do tempo chegando a acréscimos posteriores à imposição do último carregamento de até 90% para a viga de concreto protendido; c) a retração diferencial entre concretos de idades distintas originou tensões de tração consideráveis em especial na região da interface. / In this research, time-dependent effects in precast concrete beams, prestressed or not, with posterior concreting resulting in a structure of a composite cross section with hollow core slabs, usual in buildings floors, and made continuous with semi-rigid connection are studied. The restraint stresses caused by the effects of the shrinkage and creep of the various concretes involved and possible relaxation of the prestressed tendons in the extremities of these beams imply in a rearrangement of time-dependent stresses, leading to axial deflection and rotations in the element. This analysis is made using the finite element based program CONS for non-linear analysis of progressively assembled concrete structures, applied in representative samples. CONS presented great accuracy in the evaluation of time effects supported by experimental studies. Based on a study of two precast concrete structures examples, it was observed that: a) the restraint stresses lead to sensible modifications in the connection, influencing on the cracking of the piece and in the final bending moment with changes of 80% for the reinforced concrete sample, and sign inversion for the prestressed one; b) In comparison among the others, the axial deformation had a greater influence in time effects in the samples analyzed, with increases after the last load of 90% in the prestressed example; c) the differential shrinkage between concretes of different ages has generated great tensile stresses, specially on the interface.

Sistemas estruturais constituídos por perfis de aço são, em geral, dimensionados de uma forma \"indireta\", isto é, cada componente é analisado e verificado segundo suas capacidades teóricas individualmente, normalmente associando-se condições de extremidade e comprimentos teóricos para cada barra de modo a aproximar a sua capacidade portante sob a condição real. Contudo, importantes efeitos como a transmissão do empenamento entre as barras devido à torção e/ou distorção, as restrições localizadas impostas por sistemas de contraventamento ou componentes diversos, e também a compatibilidade de deslocamentos locais/globais entre barras conectadas não alinhadas entre si, são desconsiderados, uma vez que o estudo de tais efeitos envolve, normalmente, custosos trabalhos de modelagem através de elementos finitos de casca (e/ou sólidos), soluções numéricas complexas e demoradas, e/ou estudos experimentais caros e trabalhosos. Neste contexto, alguns recentes trabalhos apontam para um vasto campo de aplicações das inovadoras potencialidades da Teoria Generalizada de Vigas (GBT), permitindo, em particular, a análise de sistemas estruturais que consideram os diversos efeitos provocados por condições de apoio arbitrárias, diferentes posições do carregamento e efeitos decorrentes das ligações entre as barras. Contudo, apesar de tais recursos ampliarem as aplicações da GBT na análise de estabilidade de sistemas estruturais, apenas um conjunto limitado de problemas pode ser atendido, especialmente quanto às ligações entre as barras. Os recentes trabalhos envolvendo a aplicação da GBT para a análise de estabilidade de pórticos metálicos dedicaram-se ao estudo de alguns casos específicos de ligações rígidas, isto é, assumem a hipótese de transferência completa dos deslocamentos generalizados entre as barras. Assim, uma vez que a rigidez de tais ligações pode ser responsável por mudanças significativas no comportamento do sistema estrutural em questão, este trabalho procura fornecer uma solução capaz de considerar a semirrigidez das ligações metálicas associada aos parâmetros modais típicos da GBT. Além disso, dada a possibilidade de ampliar os tipos de ligações analisadas por meio da GBT, incluindo as configurações mais comumente utilizadas na prática, apresentam-se novos conjuntos de relações cinemáticas desenvolvidas para tal, assim como as referidas validações, que são realizadas por meio de análises utilizando o programa computacional ANSYS®. / Steel structural systems are usually associated with an \"indirect approach\", i.e., each component of the respective structure is analysed and verified according to its theoretical individual capacity. Normally, in order to approximate the real behaviour of the structural system, specific support conditions and effective length concepts are used to analyse each structural member separately. However, some important effects are disregarded in this procedure, like the warping transmission at frame joints (due to torsion and/or distortion), or those stemming from localized supports associated with bracing systems, as well as the local/global displacements compatibility of the cross-section walls at the joint region. Additionally, studies considering the above mentioned effects involves rather complicated and time-consuming numerical analyses using shell and/or solid finite elements, and/or expensive experimental investigation. On the other hand, some recent studies revealed a large field for application of the Generalized Beam Theory (GBT) in the context of the stability, first and second order analyses of structural systems, considering, particularly, the effects caused by arbitrary support conditions, different load positions, and the effects caused by connections between members. Nonetheless, all the recent works applying GBT for stability analysis of steel frames are focused on some specific cases of rigid connections, i.e., they assume the full transfer of the generalized displacements between the non-aligned members. Thus, given the well-known fact that the rigidity of connections may lead to considerable changes of the structural behaviour of steel structural systems, this work deals with the development of a solution to incorporate the semi-rigidity of the steel frame connections to the modal parameters of the GBT. Furthermore, given the possibility to expand the connection types analysed by means of GBT, including the most commonly used configurations adopted in practice, it is presented the related new kinematic relations developed, as well as the validation studies carried out in the software ANSYS®.

No presente trabalho é abordada uma metodologia analítica para o cálculo de deformabilidades de ligações típicas de concreto pré-moldado, levando-se em conta os mecanismos básicos de deformação na ligação. Foram estudas duas ligações típicas viga-pilar de concreto pré-moldado. A primeira ligação é uma ligação com almofada de elastômero e chumbador. É apresentado um desenvolvimento analítico para o cálculo da deformabilidade ao cisalhamento da ligação. Também, é abordado um procedimento para a determinação da resistência ao cisalhamento. Foram realizados ensaios de cisalhamento, de flexão e torção nessa ligação, onde foram variados a geometria da almofada e o diâmetro do chumbador. A segunda ligação é uma ligação resistente à flexão com chapas soldadas. É apresentado um desenvolvimento para o cálculo da deformabilidade à flexão da ligação. Foram realizados dois ensaios de flexão alternada em um protótipo com ligações soldadas e um protótipo monolítico, o qual serviu de referência para avaliar a rigidez da ligação. Os valores calculados da deformabilidade ao cisalhamento, para os protótipos com almofada de elastômero e chumbador, foram, em média, 23% superiores aos valores experimentais. Todavia, este equacionamento não se aplica ao caso de uma ligação com almofada com um fator de forma maior do que 5. As resistências ao cisalhamento calculadas corresponderam a valores entre 96 a 100% em relação aos valores experimentais. A ligação com chapas soldadas apresentou uma rigidez à flexão da ordem 83% da rigidez da ligação monolítica. O valor calculado para a rigidez à flexão secante foi 5% superior à rigidez apresentada pela ligação ensaiada. O momento máximo de cálculo da ligação, estimado com base na rigidez calculada, foi 6% superior ao momento de ruptura. A partir dos resultados experimentais, demonstrou-se que, através da utilização de procedimentos analíticos para a determinação das deformabilidades, pode-se obter uma boa estimativa para os valores experimentais, constituindo-se assim em uma alternativa viável e em uma ferramenta de grande potencial a ser explorado para o projeto das ligações de concreto pré-moldado. / This thesis discusses an analytical methodology to determine the deformability of beam-column connections for precast concrete structures, considering the basic mechanisms of deformation in these connections. Two typical beam-column connections it was studied. For the first one, which consists of a connection with bearing pad and dowel bars, is presented an analytical development to determine its shear deformability. In addition, it is discussed a procedure to determine its shear resistance and some tests, which include shear, bending moment and sprain about beam axis, are also reported, where it were used different parameters to the bearing pad geometry and to the dowel bar diameter in the connections. For the second connection, which consists of a moment resistant connection with welded plates, is presented an analytical development to determine the connection flexibility. In order to evaluate the flexibility behaviour of the connection, two tests are reported. In the first one was used a rigid connection, which was used as a stiffness reference. As a result, the theoretical shear deformability, calculated to the prototypes with bearing pad and dowel bars, presented 23% more than the experimental results. Therefore, this calculus was not applied for pads with shape factor bigger than 5. The predicted shear resistance suited to values between 96 and 100% in relation to experimental values. The stiffness response of the resistant moment connection suited about 83% of the rigid connection stiffness. The theoretical secant stiffness of the connection it was 5% bigger than the experimental response. The predicted ultimate bending moment it was 6% bigger than moment crack of connection. Based on the analysis of the results, it was demonstrated that, the employ of analytical developments to determine deformabilities in the precast concrete connections is viable and provides good estimated values. In other way, the use of those analytical developments together with available procedures consist on important design tools to be applied for the precast concrete connections.

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.