Dissertação
Análise experimental de conexões parafusadas para vigas mistas de aço e madeira
Experimental analysis of screwed connections for steel and timber composite beams
Registro en:
EMERICK, Jean Antônio. Análise experimental de conexões parafusadas para vigas mistas de aço e madeira. 2022. 219 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2022.
Autor
Emerick, Jean Antônio
Institución
Resumen
Os sistemas de piso seco em Light Steel Framing (LSF) geralmente consistem em placas de madeira conectadas a perfis de aço formados a frio por parafusos autoatarraxantes. Para desenvolver o uso de sistemas de piso seco em LSF e tirar proveito de suas vantagens construtivas, é preciso avançar na compreensão do comportamento estrutural desses sistemas. Pesquisas anteriores mostraram que o comportamento misto entre perfis de aço formados a frio e placas de madeira pode ser obtido, reduzindo o consumo de aço e permitindo maiores vãos. Nesse contexto, esta dissertação trata da análise experimental de conexões parafusadas para vigas mistas de aço formado a frio e madeira. A presente pesquisa abrangeu o estudo do comportamento força/deslizamento das conexões a partir da realização de ensaios push-out, a avaliação da influência de parâmetros que afetam a capacidade resistente, o fluxo de cisalhamento longitudinal, a rigidez e a ductilidade da conexão, a avaliação dos modos de falha. Para isso, realizou-se um programa experimental composto por 30 ensaios push-out, divididos em 6 modelos experimentais. Em cada modelo variou-se o diâmetro dos parafusos e o espaçamento entre eles, e em uma amostra de cada modelo os parafusos foram instalados com arruelas de aço. Os resultados obtidos indicaram que o diâmetro do parafuso influencia a capacidade resistente da conexão. Os resultados indicaram também que o espaçamento entre parafusos influencia o fluxo de cisalhamento longitudinal da conexão, de modo que quanto maior o espaçamento entre parafusos menor o fluxo de cisalhamento longitudinal. As amostras com arruelas de aço não contribuíram no aumento da capacidade resistente e da rigidez dos modelos experimentais. O modo de falha observado para os modelos ensaiados decorreu do esmagamento da placa de Oriented Stranded Board (OSB) associado ao giro do parafuso autoatarraxante. Com base em expressões analíticas relacionadas aos modos de falha, um modelo semiempírico é proposto para predizer a força resistente máxima da conexão entre perfis de aço formados a frio e placas de madeira. Palavras-chave: Análise experimental. Conexão parafusada. Light Steel Framing. Madeira. Viga mista. Perfis formados a frio. Push-out. Light Steel Framing (LSF) dry floor systems generally consists of timber slabs connected to cold-formed steel profiles by self-tapping screws. In order to develop the use of LSF dry floor systems and take advantage of their constructional benefits, it is necessary to advance the understanding of the structural behavior of these systems. Previous research has shown that composite action between cold-formed steel profiles and timber slabs can be obtained, reducing steel consumption and allowing larger spans. In this context, this thesis is about the experimental analysis of screwed connections for cold-formed steel and timber composite beams. The present research included the study of the load/slip connections behavior by performing push-out tests, the evaluation of the influence of parameters that affect the resistant capacity, the longitudinal shear flow, the stiffness and ductility of the connection and the evaluation of failure modes. For this purpose, an experimental program was carried out consisting of 30 push-out tests, divided into 6 experimental models. In each model the screw diameter and the spacing between them were varied, and in one specimen of each model the screws were installed with steel washers. The results obtained indicated that the screw diameter influences the connection’s resistant capacity. The results also indicated that the screw spacing influences the longitudinal shear flow of the connection, so that the greater the spacing between screws the lower the longitudinal shear flow. The specimens with steel washers did not contribute in increasing the resistant capacity and stiffness of the experimental models. The failure mode observed for the experimental models resulted from the Oriented Stranded Board (OSB) crushing associated with the self-tapping screw tilting. Based on analytical expressions related to failure modes, a semi-empirical model is proposed to predict the load-carrying capacity of the connection between cold-formed steel profiles and wood-based boards. Keywords: Cold-formed steel profiles. Composite beam. Experimental analysis. Light Steel Framing. Push-out. Screwed connection. Timber. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior