Experimental and numerical analysis of cold-formed steel angles under tension and connected with bolts

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2006.Este trabalho é um estudo experimental e numérico de cantoneiras de aço formadas a frio, conectadas por parafusos e sob carga de tração. Devido à conexão parafusada, a cantoneira não se deforma uniformemente, surgindo então um fenômeno conhecido como shear lag, o qual reduz a capacidade resistente da cantoneira. Este fenômeno é também investigado neste trabalho. Para o cálculo da capacidade última da peça tracionada, a hipótese de ruptura da seção líquida é examinada e o fenômeno de “shear lag” levado em conta através do fator Ct. Neste estudo, uma análise experimental envolvendo a ruptura de 158 espécimes é realizada e os resultados dos ensaios são usados no esclarecimento das diversas variáveis que afetam a resistência da ligação. A partir de análise estatística sobre os dados experimentais, é proposta uma nova equação que quantifica a redução da eficiência da seção transversal de cantoneiras. A viabilidade desta equação é avaliada em resultados de outras pesquisas envolvendo perfis formados a frio. A performance da equação prescrita pela norma brasileira NBR 14.762-2001 é também verificada e comparada com os resultados obtidos neste estudo. Utilizando o método dos elementos finitos, é apresentada uma estratégia para a modelagem deste tipo de perfil metálico, considerando a não-linearidade geométrica e de material, cujos resultados são comparados com aqueles obtidos experimentalmente, levando a uma boa concordância com os mesmos.This work is an experimental and numerical study of cold-formed steel angles connected with bolts and under tension loading. Due to the non-uniform straining of the tensionmember when connected to the gusset plate, a debilitating phenomenon, known as the shear lag, takes place. This phenomenon is also investigated in this research. For the calculation of the ultimate capacity of a tension member, the failure of the net-section is verified, and shear lag taken into account through the efficiency factor (Ct). In this study, a total of 158 specimens were experimentally tested in the laboratory. The examination of the experimental data suggests that new parameters, other than those considered by the Brazilian and the AISC Standards, can be taken into account for the determination of the ultimate strength of cold-formed steel angles under tension. From the statistical treatment of the experimental data a new equation is proposed for the efficiency factor of the net section. The evaluation of the proposed equation is done using other experimental tests on cold-formed steel angles and performed by different researchers. The performance of the Ct equation prescribed in the Brazilian and the AISC Standards is evaluated and compared with the lab tests carried out in this work. Finite element models are employed to simulate the numerical behavior of cold-formed steel angles under tension. The FE models take into consideration geometric and material non-linearity in a sequence of load steps until collapse of the steel angle takes place. The numerical results are compared with the experimental test giving good agreement