Estudo numérico e experimental de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas a temperaturas elevadas

Este trabalho apresenta um estudo do comportamento das ligações autoperfurantes de chapas finas sujeitas ao corte à temperatura ambiente e a temperaturas elevadas. É realizada uma análise paramétrica dos diferentes modos de colapso da ligação para os diferentes níveis de temperatura, classe de resistência das chapas de aço da influência do efeito de bordo da ligação. São apresentados os resultados experimentais, utilizados para calibração e verificação do modelo numérico realizado pelo método dos elementos finitos. Este último será utilizado para a realização de uma análise paramétrica mais alargada do comportamento desta tipologia de ligações. Os resultados numéricos e experimentais são ainda comparados com a metodologia de cálculo simplificada apresentada nas normas Europeias.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Estudo numérico e experimental de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas a temperaturas elevadas

Este trabalho apresenta um estudo do comportamento das ligações autoperfurantes de chapas finas sujeitas ao corte à temperatura ambiente e a temperaturas elevadas. É realizada uma análise paramétrica dos diferentes modos de colapso da ligação para os diferentes níveis de temperatura, classe de resistência das chapas de aço da influência do efeito de bordo da ligação. São apresentados os resultados experimentais, utilizados para calibração e verificação do modelo numérico realizado pelo método dos elementos finitos. Este último será utilizado para a realização de uma análise paramétrica mais alargada do comportamento desta tipologia de ligações. Os resultados numéricos e experimentais são ainda comparados com a metodologia de cálculo simplificada apresentada nas normas Europeias.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Computational modelling of cold-formed steel screwed connections at ambient and elevated temperatures

The application of cold-formed steel structural members in steel construction, and in particular building construction, has a number of advantages that includes its high structural efficiency compared to the member weight. In recent years the increasing safety requirements reflected in the different design standards, boosted the behaviour of materials under extreme conditions, in particular in conditions of high temperatures such as those arising from fires. This work presents a study of the behaviour of cold-formed thin steel sheeting screwed connec-tions at room temperature and elevated temperatures. The shear and bearing failure modes are analysed experimentally by means of a parametric analysis, considering: (i) different elevated temperature values; (ii) cold-formed steel grades; (iii) board effect of the screw position; (iv) and different steel sheet thicknesses. The set of experimental results are used for calibration and verification of the numerical model developed by the finite element method in the software An-sys. The experimental tests presented allowed to determine the load resistance of self-drilling screwed connections of thin steel sheets and the influence of the sheet thickness, edge distance (e1) and the connection temperature. The results show that for the same connection, keeping the sheet thickness and edge distance e1, a change on the failure mode with the temperature increase occur. The finite element numerical model presented allow to study the behaviour of self-drilling screwed connections and determine the collapse load. The cases analysed give re-sults close to the characteristic resistance of the screws manufacturer.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Estudo experimental de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas a temperaturas elevadas

A aplicação de perfis estruturais de aço enformados a frio na construção metálica, tem um conjunto de vantagens das quais se destacam a elevada eficiência estrutural destes perfis, com uma elevada relação de resistência estrutural em função do peso, a possibilidade de criação rápida de perfis de formas variadas e adaptadas às necessidades, assim como a economia no transporte e a elevada rapidez de execução da obra. O dimensionamento destes elementos estruturais e dos seus elementos de ligação devem ser dimensionados à temperatura ambiente e também numa situação acidental de incêndio, onde o valor de cálculo da resistência da ligação é função da temperatura resultante da sua exposição ao fogo. Neste trabalho é apresentado um estudo sobre o efeito da ação da temperatura nas ligações aparafusadas de chapas de aço utilizadas na produção dos perfis enformados a frio. Foram efetuados ensaios de tração aos parafusos SFS SD6-H15 Ø5,5 x 22 [mm] para varias temperaturas com o objetivo de se estudar o comportamento do aço e a sua resistência. A temperatura foi aplicada recorrendo a um forno elétrico resistivo. Dos resultados obtidos foi possível classificar o parafuso como sendo da classe 10.9, segundo a norma ISO898 [1]. As ligações estudadas neste trabalho são ligações simples sujeitas ao corte compostas por duas chapas de aço leve ligadas através de um parafuso autoperfurante. Foram utilizadas chapas das classes SGD 220, SGD 250, SGD 280, SGD320 e SGD350 com espessuras de 0.5 [mm], 1 [mm] e 1.5 [mm]. Os testes compreendem uma análise paramétrica dos Estudo experimental de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas a temperaturas elevadas iv diferentes modos de colapso da ligação para os diferentes níveis de temperatura, classe de resistência das chapas de aço e a influência do efeito de bordo da ligação. Dos ensaios verificou-se que a temperatura é um fator crucial na resistência da ligação. A comparação dos resultados experimentais com as metodologias de cálculo simplificadas apresentadas nos Eurocódigos permitem concluir que os resultados obtidos pelo Eurocódigo 3 parte 1.3 são demasiado conservativos e os obtidos pelo Eurocódigo 3 parte 1.8 sobredimensionam a resistência da ligação, mostrando-se inseguros.The application of cold-formed steel structural members in steel construction, has a number of advantages that includes its high structural efficiency of these profiles, elevated structural resistance/weight ratio, possibility of rapid creation of varied shapes and profiles adapted to needs, economy in transportation and high speed of execution of the work. The design of cold-formed sections and their connection elements must be performed at room temperature and also in an accidental fire situation, for which the connection strength design value must be determined at elevated temperatures. This work presents a study about the effect of elevated temperatures in cold formed steel sheet connections made from self drilling screws. A set of experimental tensile tests on the screw SFS SD6-H15 Ø5,5 x 22 [mm] is performed at elevated temperatures to determine the screw steel mechanical resistance. The tests were done at different temperature leves, but the one at ambient temperature enable to classify the screw as being of the classe 10.9, as specifies by the standard ISO898. The study of cold-formed connections presented in this thesis are single connections subject to shear loads. The specimen is composed of two cold-formed steel sheets connected by a self-drilling screw. Different steel grades were used, namelly SGD 220, SGD 250, SGD 280, SGD320 and SGD350 with thicknesses varying 0.5 [mm], 1 [mm] and 1.5 [mm]. The set of tests enable to performe and analyse the different collapse modes in function of the Estudo experimental de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas a temperaturas elevadas vi temperature, steel sheet material class, steel sheet thickness an edge effect of the screw position. From the tests results it can be verified that the temperature is the main parameter that affects the connection resistance. Comparing the experimental results with the ones obtained from the simplified calculation method of the Eurocodes, it can be concluded that the ones determined from the Eurocode 3 part 1.3 are conservative and the ones from the Eurocode 3 parte 1.8 overestimate the connection resistance, being unsafe

Estudo experimental de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas a temperaturas elevadas

Cold-formed steel structural members have been used widely in steel construction, mainly due to its high structural efficiency and constructions times. Because these elements are usually thin sheet profiles the structural connections by self-tapping screws and self-drilling screws are the most used. For the self-drilling screwed connections, considering that the steel sheets range between 0.5 and 3 [mm], the joint is made without the need of opening a hole. These connections behave differently than the conventional bolted connections. In the case of self-drilling screwed connections of thin steel sheets, the joint collapse load is usually determined by the bearing resistance of the plates, and only in thicker plates by the screw shear resistance. This distinction is even more noticeable in the case of structures under fire conditions. This work presents a numerical study of the behaviour of cold-formed thin steel sheeting screwed connections at room temperature and high temperatures. The study comprises a parametric analysis, considering: (i) different high temperature values; (ii) cold-formed steel grades; (iii) board effect of the screw position; (iv) and different steel sheet thicknesses. The structural model used in the numerical simulations, by the finite elements method, consider both implicit and explicit dynamics simulations of the connection behaviour. The simulations are performed in the Ansys® software considering geometric and material non-linear analysis and an Augmented Lagrange Formulation to model the frictional contact between surfaces. The numerical results are compared with the simplified calculation method presented in the European standards.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Behaviour of cold-formed steel screwed connections at ambient and elevated temperatures

The application of cold-formed steel structural members in steel construction, and in particular building construction, has a number of advantages that includes its high structural efficiency compared to the member weight. These sections are usually obtained by thin cold-formed sheets and have slender cross-sections. In recent years the increasing safety requirements reflected in the different design standards, boosted the behaviour of materials under extreme conditions, in particular in conditions of high temperatures such as those arising from fires. The design of cold-formed sections and their connection elements must be performed at room temperature and also in an accidental fire situation, for which the connection strength design value must be determined at elevated temperatures. This work presents a study of the behaviour of cold-formed thin steel sheeting screwed connections at room temperature and elevated temperatures. The shear and bearing failure modes are analysed experimentally by means of a parametric analysis, considering: (i) different elevated temperature values; (ii) cold-formed steel grades; (iii) board effect of the screw position; (iv) and different steel sheet thicknesses. The set of experimental results are used for calibration and verification of the numerical model developed by the finite element method in the software Ansys. The experimental tests presented allowed to determine the load resistance of self-drilling screwed connections of thin steel sheets and the influence of the sheet thickness, edge distance (e1) and the connection temperature. The results show that for the same connection, keeping the sheet thickness and edge distance e1, a change on the failure mode with the temperature increase occur. The finite element numerical model presented allow to study the behaviour of self-drilling screwed connections and determine the collapse load. The cases analysed give results close to the characteristic resistance of the screws manufacturer.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Comportamento de ligações autoperfurantes de perfis enformados a frio a temperaturas elevadas

A aplicação de perfis estruturais de aço enformados a frio na construção metálica, nomeadamente construção de edifícios, tem um conjunto de vantagens das quais se destacam a elevada eficiência estrutural destes perfis, com uma elevada relação resistência estrutural/peso, a possibilidade de criação rápida de perfis de formas variadas e adaptadas às necessidades, assim como a economia no transporte e a elevada rapidez de execução da obra. Esta última está diretamente relacionada com os sistemas de ligação dos elementos estruturais utilizados, em que, por se tratarem de perfis de chapa fina, as ligações por parafusos autoroscantes e autoperfurantes são as mais utilizadas. O dimensionamento destes elementos estruturais e dos seus elementos de ligação devem ser dimensionados à temperatura ambiente e também numa situação acidental de incêndio, em que é necessário o valor de cálculo da resistência da ligação em função da temperatura de exposição. Este trabalho apresenta um conjunto de ensaios experimentais acerca do comportamento de ligações aparafusadas sujeitas ao corte simples de chapas de aço a temperaturas elevadas. As ligações são feitas com recurso a parafusos autoperfurantes e roscantes. É realizado um estudo paramétrico ao nível da espessura das chapas a ligar e a influência da posição da ligação para a temperaturas elevadas, representativas da situação de incêndio. Os resultados permitem verificar que a resistência da ligação é limitada pela resistência ao corte do parafuso ou pela resistência ao esmagamento da chapa de aço, dependendo da espessura das chapas a ligar, da distância da ligação à extremidade da placa e da temperatura de exposição.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Resistência de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas de perfis enformados a frio a temperaturas elevadas

A aplicação de perfis estruturais de aço enformados a frio na construção metálica, nomeadamente construção de edifícios, tem um conjunto de vantagens das quais se destacam a elevada eficiência estrutural destes perfis, com uma elevada relação resistência estrutural/peso, a possibilidade de criação rápida de perfis de formas variadas e adaptadas às necessidades, assim como a economia no transporte e a elevada rapidez de execução da obra. Esta última está diretamente relacionada com os sistemas de ligação dos elementos estruturais utilizados, em que, por se tratarem de perfis de chapa fina, as ligações por parafusos autoroscantes e autoperfurantes são as mais utilizadas. O dimensionamento destes elementos estruturais e dos seus elementos de ligação deve ser efetuado à temperatura ambiente e também numa situação acidental de incêndio, em que é necessário conhecer o valor de cálculo da resistência da ligação em função da temperatura de exposição. Este trabalho apresenta um conjunto de ensaios experimentais acerca do comportamento de ligações aparafusadas sujeitas ao corte simples de chapas de aço a temperaturas elevadas. As ligações são feitas com recurso a parafusos autoperfurantes e roscantes (SFS SD6-H15 Ø5,5 x 22 mm). É realizado um estudo paramétrico ao nível da espessura das chapas, com combinações das chapas a ligar de 1.5+1.5, 2.0+1.5 e 2.0+2.0 [mm], do efeito de bordo da ligação (e1=10=1.82D, e1=15=2.73D e e1=20=3.64D [mm]), e da influência da temperatura, com testes realizados desde a temperatura ambiente até 800 [ºC]. Os testes apresentados permitem aferir da influência destes parâmetros na resistência da ligação e adicionalmente no modo de rotura da mesma.info:eu-repo/semantics/publishedVersio