Análise numérica de conectores de cisalhamento em pilar misto tubular circular preenchido com concreto

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Publicada em 22/11/2019

Discente: Marina de Fátima Ferreira Chaves

Resumo:

Os pilares mistos preenchidos com concreto (PMPCs) trazem uma série de vantagens, porém é de extrema importância assegurar que os dois materiais, aço e concreto, trabalhem em conjunto. Em regiões de introdução de cargas, muitas vezes a tensão de aderência entre os dois materiais não é o suficiente para garantir a interação. Nessas regiões é necessário a colocação de conectores de cisalhamento, que tem o objetivo de assegurar transferência de carga entre o aço e o concreto, assegurando o comportamento em conjunto. No presente trabalho foi realizada a análise numérica de modelos de PMPCs tubulares circulares preenchidos com concreto, com a presença de conectores de cisalhamento do tipo parafuso estrutural. Os modelos numéricos foram construídos e analisados no software Simulia ABAQUS 6.14 (2014) e então calibrados com os modelos experimentais Neto (2016). Os modelos contemplam conectores com diferentes geometrias, além da variação da espessura do tubo e da resistência do concreto. A malha de elementos finitos utilizada conta com elementos do tipo C3D8 e C3D10. Foi utilizado o modelo constitutivo Concrete Damage Plasticity para o concreto. Os modelos numéricos, em sua maioria, representam com fidelidade o comportamento de carga por conector versus deslocamento dos modelos experimentais. Dentre os modelos construídos, os com parafuso de menor diâmetro do fuste apresentaram resultados mais próximos aos resultados experimentais. Os resultados de carga máxima por conector assim como os experimentais apresentaram valores maiores que os previstos pela norma ABNT NBR 16239: 2013. Com a parametrização de algumas variáveis foi possível concluir que o diâmetro do fuste do conector é a variável de maior influência para o PMPC e a espessura do tubo de aço deve ser compatível com o diâmetro do fuste para que não haja subaproveitamento dos materiais. A relação entre diâmetro do conector e espessura do tubo de aço deve estar entre 1,3 e 2,0. A mudança de comprimento do conector não acarretou alteração significativa na capacidade de carga. A distância mínima entre linhas de conectores de seis vezes o diâmetro, estabelecida pela norma ABNT NBR 16239: 2013 é o suficiente para que não haja sobreposição dos modos de falha dos conectores na direção longitudinal. Os conectores de cisalhamento se mostraram em todos os casos bastante eficientes em transferir as cargas entre os materiais e assegurar o comportamento em conjunto do PMPC.

Abstract:

The use of concrete filled steel tubes (CFSTs) has many advantages, although is crucial to guarantee the composite action between the steel tube and the concrete core. In regions of load introduction the bond strength between the steel and the concrete is not enough to prevent the relative slip, for that cases is necessary the use of shear connectors. The shear connectors have the purpose of assure the load transference between the steel and the concrete. In this research is presented a numerical analysis of shear connectors, specifically stud bolts, used in circular CFSTs. The numerical models were build and analyzed on the software Simulia ABAQUS 6.14 (2014) and then calibrated with the experimental results of Neto (2016). Stud bolts with distinct geometries were analyzed, were used also different thickness of the steel tube and different concrete strength in the models. In the finite element mesh were used two different types of element, C3D8 and C3D10. The constitutive model for the concrete used Concrete Damage Plasticity. Most part of the numerical models faithfully represents the behavior of the load per connector versus displacement of the experimental models. The results of load per connector on this research demonstrate that the formulation of the predicted strength present in Brazilian standard ABNT NBR 16329: 2013 is overrated. With the parameterization of some variables is possible to conclude that the diameter of the connector is the most influent variable in the behavior of the CFST and the thickness of the steel tube must be compatible with the diameter of the shear connector. The ideal relation between the diameter of the connector and the thickness of the steel tube must be between 1.3 and 2.0. The change in the length of the connector didn’t cause significant change in load capacity. The minimum distance between the shear connectors of six times the diameter, established by the ABNT NBR 16239: 2013 standard is enough to prevent overlap of the failure modes between the connectors. Shear connectors in all cases proved to be very efficient in transferring the load to the concrete core for the steel tube, assuring the composite action. Keywords: concrete filled steel tube, shear connectors, numerical analyses.

Palavras-chave:

Pilar misto preenchido com concreto, conectores de cisalhamento, analise numérica

Áreas de Concentração:

- Mestrado: Estruturas e Construção

Orientadores:

- Arlene Maria Cunha Sarmanho

Banca Examinadora:

Profa. Arlene Maria Cunha Sarmanho (UFOP, Presidente)
Prof. Joel Martins (IFMG)
Prof. André Tenquini da Silva (UERJ)

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