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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2022.tde-22022022-090846
Document
Author
Full name
Marcela Amaral
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2022
Supervisor
Committee
Malite, Maximiliano (President)
Maia, Wanderson Fernando
Vieira Junior, Luiz Carlos Marcos
Title in Portuguese
Análise teórica e experimental de um sistema de treliças padronizadas em perfis de aço formados a frio
Keywords in Portuguese
estruturas metálicas
instabilidade estrutural
perfis formados a frio
seção composta
treliça metálica padronizada
Abstract in Portuguese
A utilização de seção composta em perfis de aço formados a frio em treliças planas possibilita, em geral, que as ligações sejam realizadas de forma mais fácil e promove um aumento da capacidade da barra em relação ao uso de um perfil único. O desempenho estrutural da barra composta depende da eficiência das presilhas, que são elementos que interligam os perfis componentes. Devido a pouca informação na literatura sobre o assunto, o objetivo deste trabalho é analisar o comportamento estrutural de um sistema de treliça padronizada com os banzos em seção composta. Foram realizadas análises teórica e experimental, sendo esta última em duas etapas: (i) ensaios de flexão de barras compostas isoladas a fim de se determinar a ação composta em função da quantidade de presilhas (ensaios de rigidez) e (ii) ensaios de flexão da treliça com variação da seção dos banzos, da quantidade de presilhas e da contenção lateral. A análise teórica consistiu na utilização do Método da Resistência Direta para determinação dos esforços resistentes das barras e um modelo simplificado em elementos finitos para representar o ensaio de rigidez. Os resultados experimentais dos ensaios de rigidez indicaram a baixa eficiência do uso da presilha em perfil aberto conectada à alma dos perfis do banzo, devido à sua deformabilidade ao fluxo de cisalhamento. As barras com presilhas formadas por talas conectadas às mesas dos perfis apresentaram melhor desempenho por absorver de forma mais eficaz o fluxo de cisalhamento. Por meio do modelo numérico simplificado do ensaio das presilhas verificou-se que a posição dos parafusos na seção afeta a rigidez. As treliças com banzos de maior altura apresentaram força normal resistente inferior às referências normativas para a barra isolada e modo de falha distorcional, o qual foi mais pronunciado em um dos conjuntos mesa e enrijecedor devido ao efeito da flexão nas barras. Além disso, notou-se que uma maior quantidade de presilhas impõe uma restrição à deformada havendo mudança do comprimento de semionda. As treliças com perfil de menor altura exibiram o modo global por flexão, e a resistência experimental foi superior a previsão teórica que considera a ação isolada.
Title in English
Theoretical and experimental analysis of cold-formed steel joists
Keywords in English
built-up member
cold-formed steel member
steel joist
steel structures
structural instability
Abstract in English
The use of built-up members in cold-formed steel profiles on flat trusses generally facilitates connections and increases the bar capacity in comparison to the use of a single profile. The structural performance of such members depends on the efficiency of intermediate fasteners, which are elements that interconnect the component profiles. Due to the lack of information reported in the literature on the subject, this study investigates the structural behavior of a standardized truss system with chords in the built-up section. Theoretical and experimental analyses were conducted, and the latter was performed in two stages: (i) bending tests of isolated built-up members for determining the composite action as a function of number of fasteners (stiffness tests) and (ii) truss bending tests with variations in section of the chords, number of intermediate fasteners, and lateral bracing. The theoretical analysis employed the Direct Strength Method to determine the theorical strength of the bars and a simplified finite element model to represent the stiffness test. The experimental results of the stiffness tests indicated a low efficiency of the intermediate fastener constituted by an open profile connected to the web of the chord profiles, due to its deformability to the shear flow. Bars with intermediate fasteners formed by batten connected to the profiles flange showed better performance, since they absorbed the shear flow better. The simplified numerical model of the intermediate fastener test revealed the position of the screws in the section affected the rigidity. Trusses with higher chords showed a lower normal strength in comparison to the standard prediction and distortional buckling mode, which was more pronounced in one of the flange and stiffener sets due to the bending effect on the bars. Moreover, a higher number of intermediate fasteners imposed a restriction on the distortional deformations with a change in wavelength. Joists of shorter height profile exhibited flexural buckling mode, and the experimental strength was higher than the theoretical prediction, which consider only the mechanical behavior of each profile separately.
 
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Publishing Date
2022-02-24
 
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