Validation of the design of steel joints with large dimensions

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaO método das componentes, ao permitir avaliar o comportamento de uma gama alargada de configurações de junta, estabeleceu-se como o método de referência para o dimensionamento de juntas metálicas, sendo por isso codificado no Eurocódigo 3 – Projeto de estruturas de aço, Parte 1-8: Projeto de ligações. Ainda assim, este método apenas foi calibrado para juntas de dimensões usuais.Os modelos 3D de elementos finitos atualmente são uma ferramenta com imenso potencial pois permitem considerar fenómenos complexos relacionados com não linearidades materiais e geométricas, mas cuja utilização ainda não é uma realidade.Nesta tese é levado a cabo a avaliação do comportamento de duas juntas metálicas de grandes dimensões. Esta avaliação é feita recorrendo ao método das componentes e ao método dos elementos finitos cujos resultados são confrontados com resultados de ensaios experimentais realizados.Este trabalho permitiu concluir que o método das componentes conduz a estimativas conservadores para a resistência e para a rigidez das juntas e que o método dos elementos finitos pode conduzir a boas estimativas para o comportamento das juntas, mas, para isso, as condições de fronteira dos provetes de ensaio devem ser perfeitamente definidas.Este trabalho permitiu ainda concluir que o método dos elementos finitos é uma ferramenta com muitas potencialidades que permite uma caracterização muito rigorosa do comportamento efetivo das juntas. No entanto, a sua utilização para o efeito de projeto tem custos proibitivos na medida em que exige muito tempo para criar e correr os modelos, mas também know-how para definir não só os modelos materiais bem como as malhas.Conclui-se desta forma que o método das componentes é perfeitamente aplicável a ligações de grandes dimensões e é o método com melhor relação custo/benefício para utilização em ambiente de projeto.The component method, by allowing the evaluation of the behaviour of a wide range of joints configurations, has been established as the reference method for the design of steel joints and being therefore encoded in Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-8: Design of joints. However, this method was only calibrated for joints with usual dimensions.The 3D models of finite elements are currently a tool with high potential because they allow to consider complex phenomena related to material and geometric nonlinearity but whose use is not yet a reality. In this thesis the behaviour of two steel joints with large dimensions is characterized. This characterization is made by using the component method and the finite element method whose results are compared with results of experimental tests carried out.This study allowed to conclude that the component method leads to a conservative estimate for the strength and stiffness of the joints. Furthermore, the finite element method can lead to a good estimate for the behaviour of the joints but for this the boundary conditions of test specimens shall be clearly defined.This study still allowed to conclude that the finite element method is a tool with so many potentialities that allow to a very rigorous characterization of the effective behaviour of the joints. However, its use for the design of joints has prohibitive costs in that it requires a lot of time to create and run models, but also know-how to define not only the materials models as well as the meshes.It is thus concluded that the component method is perfectly applicable to joints with large dimensions and is the most cost-effective method for use in the design