Avaliação híbrida numérica-experimental do cisalhamento em parafusos de conexão metálicas tipo T

Abstract

Esta pesquisa apresenta uma análise numérica e experimental com o objetivo de investigar o comportamento estrutural de ligações parafusadas tipo T (ou T-stub). Objetiva-se, em particular, o estudo da ruptura de parafusos de ligações tipo T por cisalhamento combinado com esforços de tração. Enquanto a determinação dos esforços de tração nos parafusos é conhecida na literatura, as forças de cisalhamento em conectores T-stub ainda não foram estudadas e ainda não são objeto de artigos científicos e normas técnicas. Neste aspecto, esta pesquisa é inovadora e tenta destacar a importância da força de cisalhamento no mecanismo de colapso dos parafusos de conexão T-Stub. Devido à grande dificuldade em se medir experimentalmente as tensões de cisalhamento na cabeça dos parafusos, o conhecimento destas tensões é feito nesta pesquisa através de dois procedimentos. O primeiro procedimento é puramente feito em modelagem numérica. O segundo é uma combinação híbrida de resultados numéricos ajustados a dados experimentais obtidos de extensômetros elétricos de resistência localizados nos flanges de conectores T-stubs ensaiados no laboratório. As análises numéricas incluem modelos tridimensionais em elementos finitos associados ao comportamento não-linear realizadas com o software ANSYS. Com o uso dos resultados experimentais e numéricos, obtêm-se relações entre força aplicada na alma do conector T e as tensões de cisalhamento e de tração nos parafusos. Avaliam-se em seguida as condições de combinação entre esforços de tração e de cisalhamento que levam os parafusos da conexão ao colapso. Conclui-se que tais forças de colapso dependem diretamente da rigidez do flange do conector T-stub e podem ser substancialmente amplificadas pelo efeito alavanca devido à excentricidade entre carga atuante na alma e os parafusos no flange dos conectores T-stub. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This research presents numerical and experimental analyses to investigate the behaviour of T-stub steel connections. The research is especially interested in the study of the failure of T-stub bolts due a combination of shear and traction stresses on the bolts. While the determination of the traction forces on the bolts of the T-stub is known in the literature, the shear forces have not been studied yet and are not subject of scientific papers and technical standards. In this aspect, this research shows the importance of the shear force on the collapse mechanism of the T-stub bolts. Due to the great difficulty in measuring experimentally the shear stresses on the head of the bolts, the knowledge of the shear stress is performed by means of two procedures. The first procedure is merely numerical modelling. The second one is a hybrid combination of numerical results adjusted to experimental data obtained from strain gages located at the flanges of T-stubs tested in the laboratory. The numerical analyses comprise 3D finite elements associated to non-linear modelling undertaken with the ANSYS software. With the use of numerical and experimental results, relations between the applied load on the T-stub web and the shear and traction forces on the bolts are obtained. The conditions for the collapse of the T-stub bolts due to the combination of traction and shear forces are also evaluated in this research. It is concluded that such forces depend directly on the T-stub flange rigidity and can be substantially amplified by the prying action mechanism due to the eccentricity between the applied load on the T-stub web and the bolts on the T-stub flange.