Análise numérica de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas a temperaturas elevadas - Dias, Rui Paulo Silva (2017)
Os elementos estruturais de aço enformados a frio têm sido amplamente utilizados na construção metálica, principalmente devido à sua elevada eficiência estrutural e rapidez de execução. Sendo estes elementos perfis de chapa fina as ligações estruturais são realizadas através de ligações com parafusos autoperfurantes, nas quais as chapas de aço como possuem espessuras entre 0,5 e 3 [mm], a ligação é realizada sem a abertura prévia de furação. Estas ligações possuem mecanismos de rotura que diferem das ligações aparafusadas convencionais. No caso das ligações de chapas de aço finas, a carga de colapso da ligação é geralmente determinada pela resistência ao esmagamento das chapas e apenas em placas mais espessas pela resistência ao corte do parafuso. Esta distinção é ainda mais acentuada no caso de estruturas em situação de incêndio. Este trabalho apresenta um estudo numérico do comportamento das ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas de aço formado a frio à temperatura ambiente e temperaturas elevadas. O estudo compreende uma análise paramétrica, considerando: (i) diferentes valores de temperatura; (ii) diferentes classes de aço formados a frio; (iii) efeito de bordo da posição da furação; (iv) e diferentes espessuras de chapa de aço, concretizando 176 ensaios numéricos. O modelo estrutural utilizado nas simulações numéricas, pelo método de elementos finitos, considera análises implícitas e dinâmicas explícitas do comportamento da ligação. As simulações são realizadas no software Ansys® considerando o comportamento não linear geométrico e material, assim como uma formulação Lagrangeana Aumentada para a modelação do contato de atrito entre as superfícies. Análise numérica de ligações aparafusadas autoperfurantes de chapas finas a temperaturas elevadas iv Os resultados numéricos são comparados com os obtidos pelo método de cálculo simplificado apresentado no Eurocódigo 3 parte 1.3 e parte 1.2. O método dinâmico explícito permitiu determinar o valor da carga máxima da ligação ocorrida num deslocamento de referência de 3 [mm]. Este método apresenta-se como sendo o mais adequado para simular e comparar o comportamento das ligações testadas experimentalmente. O estudo paramétrico alargado, realizado com simulações numéricas baseadas no método implícito, mostram que a resistência da ligação varia com a distância de bordo da furação à extremidade da placa. As simulações realizadas a temperaturas elevadas permitem concluir que o coeficiente de redução da resistência para a temperatura dos parafusos (kb,), não é adequado para definir a resistência das ligações a temperaturas elevadas.