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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2020.tde-01102020-102624
Document
Author
Full name
Patricia Tavares de Souza Spavier
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Debs, Ana Lucia Homce de Cresce El (President)
Javaroni, Carlos Eduardo
Malite, Maximiliano
Nardin, Silvana de
Vellasco, Pedro Colmar Gonçalves da Silva
Title in Portuguese
Análise experimental e numérica de ligação entre pilar misto parcialmente revestido e viga metálica sem interrupção do concreto de revestimento
Keywords in Portuguese
Análise experimental
Análise numérica
Concreto com fibras
Estruturas mistas
Ligações viga-pilar
Pilar misto parcialmente revestido
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, apresenta-se um estudo experimental e numérico do comportamento de ligações entre o pilar misto e a viga de aço. O objetivo foi avaliar a contribuição do concreto de revestimento com fibras na capacidade resistente e rigidez das ligações. Quanto às ligações viga-pilar, seis tipologias de ligação foram ensaiadas em caráter exploratório, sendo duas para definição da geometria e quatro compostas por chapas de topo estendida e barras passantes com a variação do eixo de inércia do pilar misto parcialmente revestido e a presença do concreto de revestimento na ligação. Para simular pilares internos submetidos ao carregamento estático, modelos cruciformes foram ensaiados. Discutem-se os resultados experimentais, sobretudo quanto à capacidade resistente, rotações das ligações, deslocamentos e deformações nos elementos. Paralelamente, um estudo numérico foi desenvolvido para ligações viga-pilar misto sem a interrupção do concreto de revestimento com o objetivo de analisar outros parâmetros, tais como, espessura da chapa de topo, diâmetro da barra passante, carregamento do pilar e resistência do aço. A simulação numérica foi realizada nos programas DIANA versão 9.6 e Midas Fx+, baseados no método dos elementos finitos, por meio de modelos tridimensionais de ligações viga-pilar. As propriedades não-lineares dos materiais aço e concreto foram incorporadas aos modelos e as interfaces entre os elementos da ligação também foram consideradas. Os resultados da modelagem numérica mostraram-se representativos com uma pequena variação da rigidez devido a não consideração da solda, tornando-se uma ferramenta para análises paramétricas. Concluiu-se que o comportamento das ligações viga-pilar misto depende do eixo de inércia do pilar parcialmente revestido e que a presença do concreto de revestimento contribui significativamente para o aumento da capacidade resistente. Além disso, a resistência do aço da viga teve maior influência na capacidade resistente do que os outros parâmetros analisados.
Title in English
Experimental and numerical analysis of the beam-to-column connection between the partially encased concrete column and the steel beam without interruption of fiber-added concrete
Keywords in English
Beam-to-column connection
Composite structures
Experimental analysis
Fiber-added concrete
Numerical modeling
Partially encased concrete column
Abstract in English
This work presents an experimental and numerical study on the behaviour of beam-to-column connections involving partially encased steel-concrete columns and steel beams. The main objective was to evaluate the contribution of fibre-reinforced concrete at the connections for their ultimate capacity and stiffness. In this way, six connections were tested in a short program. First two were exploratory and they were used to define the typology of the studied connection. The definitive experimental program consisted of the four remaining specimens using the adopted solution with extended end-plates and bolts. Cruciform models were used simulating internal joints. The investigated parameter was the presence of fibre-reinforced concrete at the connection, when subjected to bending moments about the highest and lowest axis of inertia. Experimental results showed the effective contribution of concrete at the connection and obtained capacities, rotations, displacements and deformations were discussed. In addition, a numerical study was carried out in order to analyse the influence of other parameters on the connection behaviour, such as thickness of the end-plate, bolt diameter, column axial load and steel strength. The numerical simulation used three-dimensional models and was performed in the Finite Element Based software DIANA version 9.6 with Midas Fx +. The nonlinear properties of steel and concrete were incorporated and the interfaces between steel and concrete were also considered. The results of the numerical modelling were consistent, with a small variation in stiffness due to the non-consideration of the welding. Therefore, a parametric analysis was performed, showing that the behaviour of the studied connection was affected by the presence of fibre-reinforced concrete and also by the direction of the bending moment. Finally, the parametric analysis showed that the strength of steel beam had the highest influence on the connection behaviour, among all tested parameters.
 
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Publishing Date
2021-06-28
 
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