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Previous issue date: 2013-02-14 / Financiadora de Estudos e Projetos / This study aimed to analyze the structural behavior of a beam-column connection with embedded steel member for precast concrete with no current use still in Brazil. Based on the literature review about hidden corbels found in international technical references, a type of hidden corbel with embedded steel section (so called billet) was selected for this research. Although there are many different analytical models for the design of the billet within the available technical literature, the focus of this research was on the revised models found in the most recent design manuals PCI (2010) and FIB (2011). In addition to the analytical study an experimental investigation was conducted, wherein isolated column members with billet corbels were tested primarily to a full scale test of a sub-frame with two beams six meters long and with a central column assembled in cruciform shape. For the isolated model, named PI Model (Isolated steel corbel), the behavior of the steel corbel and its interaction with the column were evaluated. For the full scale test, named LI Model (connection zone model), the behavior of the connection zone and the behavior of the beam were studied interacting together. For both the theoretical and the experimental studies, the selected billet consisted of a rectangular hollow section of 200 mm x 100 mm x 10 mm in height, width and thickness, respectively. For the PI Model test, the billet showed a rigid behavior and it was capable of resist an applied load of 700 kN with no damage within the concrete of the column. For the case of LI Model, the experimental study analyzed the behavior of the whole connection zone, comprising both the steel corbel and the end of the beam near the corbel. For this case, the connection behaved as rigid until the applied shear force at the connection reached between 239,5 kN and 238,3 kN, for which the flexural stiffness of the connection acted as rigid, with fixity factors of 1.0 and 0.96, for the left and right connections, respectively. The failure of the model occurred at the cast in place topping of the composite beam when the shear force reached 473.5 kN. The comparison between the experimental results with the theoretical values demonstrated that the isolate billet showed compatible resistance with the expected but that the region of the beam top end showed premature failure due to lack of reinforcement in the region of the end of the beam. It is believed that this effect occurred because of the fact that the detailing followed from studies conducted in the UK is suitable for hinged connections while the connection analyzed in this research comprised of continuous negative reinforcing bars passing through the columns within the cast in place topping of the composite precast beam. Finally, this study presents further recommendations for improvements of the reinforcement detailing of the precast beam. / O estudo teve como objetivo principal analisar o comportamento estrutural de uma ligação viga-pilar com Consolo Metálico Embutido para estruturas pré-moldadas de concreto com uso ainda não corrente no Brasil. Após uma revisão bibliográfica sobre os principais consolos metálicos embutidos encontrados nas referências técnicas internacionais, escolheu-se um tipo de consolo metálico embutido que emprega um perfil metálico (chamado tarugo metálico). A revisão bibliográfica permitiu encontrar na literatura técnica e acadêmica vários modelos analíticos para o dimensionamento do perfil metálico, mas o estudo no presente trabalho se concentrou nos modelos revisados encontrados nos manuais do PCI (2010) e da FIB (2011). Além do estudo analítico, foram realizados ensaios exploratórios primeiramente em consolos no pilar isolado e em seguida foi ensaiado um modelo em escala real com duas vigas de seis metros e um pilar central. No primeiro modelo, denominado modelo de ensaio PI (Pilar Isolado), estudou-se o comportamento isolado do consolo e sua interação junto ao pilar. No segundo modelo, denominado modelo de ensaio LI (Ligação), estudou-se o comportamento da região da ligação e de interação com a viga. Para o estudo teórico-experimental, o tarugo metálico escolhido teve perfil retangular vazado de 200 mm x 100 mm x 10 mm de altura, largura e espessura respectivamente. No ensaio do modelo PI, o consolo metálico apresentou um comportamento rígido e foi capaz de suportar uma carga aplicada de 700 kN sem danos dentro do concreto do pilar. Já no caso do modelo LI, o estudo experimental analisou o comportamento conjunto da ligação, envolvendo tanto o consolo metálico quanto a extremidade da viga próximo ao consolo. Para este caso, a ligação se comportou como rígida para uma força cortante entre 239,5 kN e 238,3 kN, para a qual se estimou um momento de engastamento variando entre 1,0 e 0,96 para a ligação da esquerda e direita, respectivamente. Ocorreu ruptura por cisalhamento na capa de concreto na extremidade da viga quando a força cortante na seção atingiu 473,5 kN. A comparação dos resultados experimentais com os valores teóricos de cálculo demonstrou que o consolo isolado apresentou resistência compatível com o esperado, mas que a região da capa na extremidade da viga apresentou uma falha prematura devido à falta de armadura de costura na região da extremidade da viga. Acredita-se que este efeito tenha ocorrido em virtude do fato de que o detalhamento seguido a partir de estudos realizados no Reino Unido seja indicado para ligações articuladas, enquanto a ligação analisada consistiu de uma ligação com continuidade na armadura negativa. Por esta razão, este estudo apresenta recomendações para melhorias no detalhamento da viga.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4682 |
| Date | 14 February 2013 |
| Creators | Bachega, Luís Augusto |
| Contributors | Ferreira, Marcelo de Araújo |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Cívil, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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