Verificações

Ligação com placa de extremidade com quatro parafusos em fila

Steel

EN (Eurocode)

CBFEM

Bolts

Connection

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Traduzido por IA a partir do inglês

Este é um capítulo selecionado do livro Component-based finite element design of steel connections de prof. Wald et al. O capítulo é dedicado à verificação da ligação com placa de extremidade com quatro parafusos em fila

Descrição

Este estudo é dedicado à verificação do método dos elementos finitos baseado em componentes (CBFEM) para a resistência da ligação com placa de extremidade com quatro parafusos em fila, comparando com um modelo analítico (AM) e um modelo de elementos finitos orientado para investigação (ROFEM) validado experimentalmente.

Modelo analítico

A resistência dos parafusos ao corte e à tração e a resistência da chapa ao esmagamento e à punçoamento são calculadas de acordo com o Tab. 3.4, Capítulo 3.6.1 da EN 1993-1-8:2006. O T-stub equivalente em tração, de acordo com o Capítulo 6.2.4, foi modificado por Jaspart et al. (2010), ver Fig. 5.7.1 e Tab. 5.7.1.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.1 Modos de rotura do T-stub com quatro parafusos em fila: modo 1 (esquerda), modo 2 (centro), modo 3 (direita)}}}\]

Tab. 5.7.1 Modos de rotura do T-stub com quatro parafusos em fila (Jaspart et al. 2010)

Na Tab 5.7.1, 𝐹_t,Rd é a resistência à tração do parafuso, 𝑒_w=𝑑_w/4, 𝑑_w é o diâmetro da anilha, ou a largura entre pontas da cabeça do parafuso ou da porca, conforme aplicável, 𝑚, 𝑛=𝑒₁+𝑒₂;⁡𝑛≤1.25𝑚, 𝑛₁=𝑒₁, 𝑛₂=𝑒₂;⁡𝑛₂≤1,25𝑚+𝑛₁ ver Fig. 5.8.2, 𝑀_pl,1,Rd=0.25𝑙_eff,1𝑡_f²𝑓_y/𝛾_M0, 𝑀_pl,2,Rd=0.25𝑙_eff,2𝑡_f²𝑓_y/𝛾_M0, 𝑙_eff é o comprimento efetivo, 𝑡_f é a espessura do banzo, e 𝑓_y é a tensão de cedência, ver Fig. 5.7.2.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.2 Geometria do T-stub com quatro parafusos em fila}}}\]

Validação e verificação da resistência

As resistências de cálculo obtidas pelo CBFEM foram comparadas com os resultados do modelo analítico (Zakouřil, 2019) e com experimentos com modelo de elementos finitos orientado para investigação (Samaan et al. 2017), ver Fig. 5.7.3. Os resultados estão resumidos na Fig. 5.7.4. Foi utilizado parafuso de classe 8.8 e aço de grau S450. As tensões de cedência e de rotura correspondem de perto aos valores experimentais, por exemplo, a tensão de cedência do parafuso é 600 MPa e a tensão de rotura do parafuso é 800 MPa.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Placa de extremidade estendida não enrijecida designada ENS}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Placa de extremidade nivelada designada F}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Placa de extremidade estendida enrijecida designada EX}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.3 Provetes ensaiados}}}\]

A resistência ao momento fletor determinada pelo CBFEM situa-se geralmente entre as resistências determinadas pelo método das componentes e experimentalmente. A Tabela 5.7.2 apresenta a comparação entre as resistências obtidas pelo MC, CBFEM, ROFEM e experimentalmente para os provetes com espessuras de placa de extremidade de 20 mm e 32 mm. Tanto o método das componentes como o CBFEM subestimam a resistência do provete com placa de extremidade nivelada.

Tab. 5.7.2 Comparação entre MC, ROFEM, CBFEM e Ensaio experimental

A Tabela 5.7.3 e a Fig. 5.7.4 mostram a verificação do CBFEM face ao MC para modelos ENS com diferentes espessuras de placa de extremidade, diâmetros de parafuso e alturas de viga

Tab. 5.7.3 Verificação CBFEM face ao MC ENS

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.4 Verificação do CBFEM face ao MC}}}\]

Os resultados dos estudos de sensibilidade estão resumidos nos gráficos das Fig. 5.7.5, Fig. 5.7.6, Fig. 5.7.7

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.5 Estudo de sensibilidade para a espessura da chapa}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.6 Estudo de sensibilidade para o diâmetro do parafuso}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.7 Estudo de sensibilidade para a altura da viga}}}\]

A Tabela 5.7.4 e a Fig. 5.7.8 mostram a verificação do CBFEM face ao MC para modelos F com diferentes espessuras de placa de extremidade e diâmetros de parafuso

Tab. 5.7.4 Verificação CBFEM face ao MC F

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.8 Verificação do CBFEM face ao MC}}}\]

Os resultados dos estudos de sensibilidade estão resumidos nos gráficos das Fig. 5.7.9 e 5.7.10

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.9 Estudo de sensibilidade para a espessura da chapa}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.10 Estudo de sensibilidade para o diâmetro do parafuso}}}\]

A Tabela 5.7.5 e a Fig. 5.7.11 mostram a verificação do CBFEM face ao MC para modelos F com diferentes espessuras de placa de extremidade e diâmetros de parafuso

Tab. 5.7.5 Verificação CBFEM face ao MC EX