Conectores de Cisalhamento Constituídos por Parafuso e Rebite Tubular com Rosca Interna em Pilares Mistos de Aço e Concreto com Perfis Formados a Frio

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1 Conectores de Cisalhamento Constituídos por Parafuso e Rebite Tubular com Rosca Interna em Pilares Mistos de Aço e Concreto com Perfis Formados a Frio Hermano de Sousa Cardoso¹ Francisco Carlos Rodrigues² Ricardo Hallal Fakury² Rodrigo Barreto Caldas³ Ivan Candelma 4 ¹ Engenheiro Civil, Mestre em Engenharia de Estruturas, Estudante de Doutorado em Engenharia de Estruturas. Escola de Engenharia, UFMG. ² Doutor em Engenharia Civil. Professor Titular do Departamento de Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia, UFMG. 3 Doutor em Engenharia Civil. Professor Adjunto do Departamento de Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia, UFMG. 4 Aluno de Graduação, Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile, Università di Bologna.

2 Tópicos Introdução Objetivos e Metodologia Programa Experimental Simulação Numérica Classificação dos Conectores de Cisalhamento Resultados Experimentais Resultados Numéricos Conclusão

3 Introdução Na Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, está sendo desenvolvido e aperfeiçoado um novo modelo de conector de cisalhamento: conectores de cisalhamento constituídos por parafuso e rebite tubular com rosca interna.

4 Objetivos e Metodologia Objetivo Geral Realizar um estudo teórico-experimental, que consiste em analisar o comportamento de conectores de cisalhamento constituídos por parafuso e rebite tubular com rosca interna em pilares mistos de aço e concreto com Perfis Formados a frio. Metodologia Os modelos experimentais seguem os procedimentos de ensaio de cisalhamento direto padrão, preconizados pela norma europeia EN :2004. Para a simulação numérica dos modelos experimentais foi utilizado o software comercial de elementos finitos ABAQUS v 6.10.

5 Programa Experimental Foram ensaiadas e analisadas duas séries de modelos Quadro resumo dos modelos analisados Série de Modelos Modelo Número de conectores Nível dos conectores Série B4 Série B8 Modelo B4-1 4 conectores 285 mm / - Modelo B4-2 4 conectores 285 mm / - Modelo B4-3 4 conectores 285 mm / - Modelo B8-1 8 conectores 340 mm /405 mm Modelo B8-2 8 conectores 340 mm /405 mm Modelo B8-3 8 conectores 340 mm /405 mm

6 Programa Experimental Pilar de aço: conformação a frio de chapa fina de aço fabricada pela USIMINAS, especificação USI SAC 300. fy = 373,6 MPa, fu = 486,2 MPa. Concreto convencional: f cm = 36,33 MPa, f ctm = 3,47 MPa, E cm = 29,36 GPa. Rebites: tipo RIVKLE M12x1,5 PO300, fabricados pela Bollhoff, aço SAE1040 temperado. dimensões em mm

7 Programa Experimental Cota de arrasamento do concreto de 5 cm na entre a extremidade inferior do núcleo de concreto com a base do pilar. Tratamento na superfície interna do pilar: cera desmoldante e pintura. Carregamento centrado sobre o núcleo de concreto. Ensaio de cisalhamento direto padrão (push-out).

8 Modelagem de um quarto dos modelos. Modelos B4n e B8n: contém as dimensões reais médias dos modelos experimentais Elemento sólido tipo C3D8. Interação entre as instâncias. Na interface entre o núcleo de concreto e corpo dos parafusos foi adotado um alto coeficiente de atrito. Nas demais interações foi considerado o atrito como nulo. Maior discretização dos elementos nas proximidades das ligações. Método de Análise: Ricks modificado. Simulação Numérica

9 Simulação Numérica Representação do modelo numérico B8n indicando as condições de contorno.

10 Simulação Numérica Propriedades mecânicas dos materiais metálicos utilizados na modelagem numérica. Material Módulo de elasticidade (MPa) Coeficiente de Poisson (ν) Resistência média ao escoamento (MPa) Resistência média à ruptura (MPa) Aço estrutural ,3 373,6 486,2 Parafusos ,3 400,0 500,0 Rebite ,3 490,0 590,0 Propriedades mecânicas do núcleo de concreto utilizado na modelagem numérica. Propriedades mecânicas do núcleo de concreto Módulo de elasticidade (MPa) Coeficiente de Poisson (ν) 0,2 Resistência média à tração (MPa) 3,47 Resistência média à compressão (MPa) 36,3

11 Classificação dos Conectores de Cisalhamento Podem ser classificados como rígidos ou flexíveis. Conectores flexíveis: ksc < 200 kn/mm; ksc = 0,7 P Rk /s (EN :2004) Conector dúctil: δ uk for pelo menos de 6 mm; δ uk é tomado como o valor mínimo de δ u obtido num ensaio, reduzido em 10%.

12 Força (kn) Resultados Experimentais Modelos da série B4 Comportamento dúctil: δ uk > 6 mm. Comportamento flexível: ksc < 200 kn/mm. Comparação da carga última dos modelos obtida numericamente e experimentalmente Modelo Pu (kn) Pu,con (kn) PRk (kn) ksc (kn/mm) B ,59 41,40 37,26 12,02 B ,63 40,16 36,14 38,92 B ,37 45,59 41,03 82,07 Média 169,53 42,38 38,14 44, Modelo exp B4-1* Modelo exp B4-2 Modelo exp B Deslizamento relativo (mm) ¹ O ensaiado do modelo B4-1 foi interrompido quando se alcançou um deslizamento relativo superior de 7 mm.

13 Resultados Experimentais Corte retangular nos perfis dos modelos B4-1 e B4-2: Modelos começavam a perder rigidez devido à fissuração do núcleo do concreto, ocasionada devido a rotação dos conectores (a) Fissuração e ruptura do núcleo de concreto nos modelos: (a) B4-1 e (b) B4-2 (b)

14 Força (kn) Resultados Experimentais Modelos da série B8 Comportamento dúctil: δ uk > 6 mm. Comportamento flexível: ksc < 200 kn/mm. Comparação da carga última dos modelos obtida numericamente e experimentalmente Modelo Pu (kn) Pu,con (kn) PRk (kn) ksc (kn/mm) B ,25 27,90 26,24 73,47 B ,51 36,44 32,79 17,12 B ,68 38,59 34,73 12,15 Média 277,81 34,72 31,25 34, Modelo exp B8-1 Modelo exp B8-2 Modelo exp B Deslizamento relativo (mm)

15 Resultados Experimentais Corte retangular nos perfis dos modelos B8-1 e B8-2: Linha de fissuração no primeiro nível de conectores. Esmagamento do núcleo de concreto situado acima dos conectores, formando linhas de rupturas a 45 º. (a) Fissuração e ruptura do núcleo de concreto nos modelos: (a) B8-1 e (b) B8-2 (b)

16 Resultados Experimentais (a) (b) (c) Vista superior dos modelos após a realização dos ensaios: (a) B4-3, (b) B8-1, (c) B8-2

17 Resultados Experimentais Observações adicionais: Escoamento local do perfil na região dos furos. Engastamento na extremidade do fuste dos parafusos, provocado pelo núcleo de concreto (a) Representação do giro dos conectores no modelo M8-5: (a) vista externa, (b) vista interna. (b)

18 Resultados Numéricos Carga última dos modelos numéricos apresentaram valores próximos aos resultados obtidos experimentalmente. Algumas curvas experimentais se apresentaram mais flexíveis que as obtidas numericamente Conectores: comportamento dúctil e flexível (ksc,b4n = 7,19 kn/mm e ksc,b8n = 3,56 kn/mm) Comparação da carga última dos modelos obtida numericamente e experimentalmente. Notas: Série Pu,num (kn) Pu,exp (kn) Erro (%) B4 163,38 169,53 3,63 B8 291,57 277,81 * 4,95 * *Desconsiderando o modelo experimental M8-1, que apresentou um comportamento mais frágil em relação aos outros modelos da série M8, obtém-se para a série B8: Pu,exp = 300,10 kn e Erro (%) = 2,81%

19 Força (kn) Força (kn) Resultados Numéricos Curvas de força versus deslizamento relativo dos modelos numéricos B4n e B8n, limitadas a um deslizamento relativo máximo de 12 mm Modelo num B4n Modelo exp B4-1 Modelo exp B4-2 Modelo exp B Deslizamento relativo (mm) Deslizamento relativo (mm) Modelo num B8n Modelo exp B8-1 Modelo exp B8-2 Modelo exp B8-3

20 Resultados Numéricos Fissuração do concreto na altura do primeiro nível dos conectores. f ctm = 3,47 MPa (a) Tensões longitudinais de tração no núcleo de concreto nos modelos: (a) B4n, (b) B8n. (b)

21 Resultados Numéricos Esmagamento do núcleo de concreto situado acima dos conectores f cm = 36,33 MPa (a) Tensões longitudinais de compressão no núcleo de concreto nos modelos: (a) B4n, (b) B8n. (b)

22 Resultados Numéricos Escoamento local do perfil de aço na região dos furos. fy = 373,6 MPa (a) Escoamento do aço do perfil nos modelos: (a) B8n, (b) B8-2. (b)

23 Resultados Numéricos Giro dos conetores e o engastamento provocado pelo núcleo de concreto (unidades em mm). (a) Representação do giro dos conectores nos modelos: (a) B8n, (b) B8. (b)

24 Conclusão Foram observados os seguintes fenômenos: fissuração do núcleo de concreto na altura do primeiro nível de conectores, esmagamento do núcleo de concreto, engastamento dos conectores provocado pelo concreto e o escoamento local do perfil de aço. A modelagem retratou bem o comportamento dos conectores de cisalhamento estudados, com erros menores que 5%. Os conectores apresentaram um comportamento flexível e dúctil.

25 Agradecimentos

26 Obrigado pela atenção!!! Hermano de Sousa Cardoso

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