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