Assessment of the effect of chord stresses on the ultimate strength of RHS and SHS welded joints

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:00:35Z No. of bitstreams: 1 Tatiana Pereira Correia_BDTD.pdf: 7866730 bytes, checksum: 7f2cbb92e29c8b16988d60d87fc0f59d (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:00:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tatiana Pereira Correia_BDTD.pdf: 7866730 bytes, checksum: 7f2cbb92e29c8b16988d60d87fc0f59d (MD5) Previous issue date: 2019-09-26 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro The adoption of hollow section profiles in steel structures has stood out, especially, due to its high resistance to compression, torsion, bending and combined loads. Therefore, they are widely used in columns, trusses and bracing elements. In light of this context, it is necessary to expand studies in the area, aiming to achieve the best form of application of this profile as structural elements. A particularly important aspect in the design of tubular structures is the assessment of the joints, since these points are susceptible to different failure mechanisms. Traditionally, this evaluation is carried out based on technical standards, such as Eurocode 3, part 1-8, ABNT NBR 16239 and ISO 14346. The objective of this dissertation is to develop a numerical study, evaluating the effects of chord stresses on the ultimate resistance of welded joints constituted by SHS and RHS cold-formed profiles, with β ratio equal to 1. A parametric analysis was conducted with finite element models elaborated in the software ANSYS, and calibrated against experimental results. In this analysis, unreinforced and reinforced T tubular joints were simulated, considering different levels of chord axial preloading. From the results, it was observed that the introduction of compression and chord tension loads reduces the joint ultimate capacity. A greater resistance reduction is noted for joints with chords subjected to tension loads. With the inclusion of sidewall reinforcement plates, it was verified a lower ultimate resistance decrease, indicating that the effects of chord axial stresses is more significant in unreinforced joints than in reinforced joints. Finally, it was concluded that ISO 14346 function Qf, which introduces the effect of chord axial stresses into the resistence capacity of welded tubular joints, was the one that presented the best results, however it provided overestimated values for a wide range of joints with chord subjected to tension loads, and for this reason, two new methods are proposed conducting to satisfactory results. O emprego de perfis tubulares em estruturas de aço tem se destacado, em especial, devido à sua elevada resistência à compressão, torção, flexão e esforços combinados. Por este motivo, são amplamente empregados em colunas, treliças e em elementos de contraventamento. Diante deste contexto, faz-se necessário o desenvolvimento de estudos na área, visando alcançar a melhor forma de aplicação destes perfis como elementos estruturais. Um aspecto particularmente importante no dimensionamento de estruturas tubulares é a verificação das ligações, visto que estes pontos estão suscetíveis a diferentes mecanismos de falha. Tradicionalmente, esta verificação é realizada com base em normas de projeto, tais como o Eurocode 3, parte 1-8, ABNT NBR 16239 e ISO 14346. O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um estudo numérico para avaliar a influência de tensões normais no banzo para a resistência de ligações soldadas entre perfis SHS e RHS, com β igual a 1. Uma análise paramétrica foi conduzida com modelos em elementos finitos elaborados no programa ANSYS, e calibrados com ensaios experimentais. Nesta análise, foram simuladas ligações T com e sem reforço de chapa lateral, considerando diferentes níveis de esforço axial no banzo. A partir dos resultados obtidos, observou-se que a introdução de esforços axiais de compressão e de tração no banzo resulta em uma diminuição da resistência da ligação. Uma redução maior da resistência última é observada para ligações com o banzo sujeito a tração. Com a inclusão de reforço de chapa lateral verificou-se uma diminuição menor da resistência última, indicando que o efeito da introdução de tensões normais no banzo é mais expressivo em ligações não reforçadas do que em ligações reforçadas. Por fim, concluiu-se que a função Qf da norma ISO 14346, que introduz o efeito de tensões axiais atuantes no banzo na capacidade resistente de ligações tubulares soldadas, foi a que apresentou os melhores resultados, porém forneceu valores contra a segurança para uma ampla gama de ligações sujeitas a tensões de tração no banzo, e por esta razão, dois novos métodos são propostos fornecendo resultados satisfatórios.