Theoretical-experimental analysis of steel spacetruss stamped connection under static and cyclic loads

As estruturas tridimensionais em barras de aço, largamente conhecidas como treliças espaciais, são muito aplicadas na construção de coberturas. Estas são compostas por barras conectadas, geralmente, por meio de parafusos em nós. Existem diversos tipos de ligações para estas treliças 3D, muitas destas patenteadas e outras não. No Brasil, a ligação mais aplicada em treliças 3D é a ligação de nó típico, produzida a partir do amassamento das extremidades das barras, gerando uma conexão de baixo custo de execução. Este nó típico é também conhecido como conexão estampada. Entretanto, vários acidentes em estruturas espaciais com este tipo de conexão já foram também notificados no Brasil. Este trabalho apresenta propostas para garantir maior segurança às estruturas treliçadas espaciais que usam o nó típico. Propõe-se, inicialmente, o uso de reforço e correção no sistema construtivo com o intuito de elevar a capacidade da conexão. As bases deste estudo são a diminuição da excentricidade e o aumento da rigidez da conexão com nó típico. Este trabalho também propõe uma nova metodologia para o cálculo e verificação dos elementos comprimidos de treliças espaciais baseada na teoria de limite superior do momento fletor existente na conexão em nó típico. Desta forma, o dimensionamento dos elementos comprimidos é feito por critérios de flexo-compressão. Sendo as grandes coberturas sujeitas às ações cíclicas do vento, este trabalho, também estuda de forma pioneira o comportamento do nó típico em relação à fadiga. Verifica-se, portanto, neste trabalho de forma experimental e numérica (via método dos elementos finitos) o ganho de resistência que se pode obter com as correções propostas, tanto no que diz respeito à resistência estática como à resistência à fadiga. Ao final deste trabalho conclui-se que as propostas apresentadas influenciam na melhoria da resistência e da segurança das treliças espaciais feitas em aço com conexões estampadas. _______________________________________________________________________________ ABSTRACTThree-dimensional structures made of steel bars, widely known as space trusses, are very frequently used at the construction of roofs. These structures consist of steel bars, generally, connected by bolts at nodes. There are several types of connection for these 3D trusses, many are patented but others are not. In Brazil, the connection usually employed in these 3D trusses is the so called typical node, which is produced by stamping the ends of the bars, thus generating a low cost connection. This typical node is also known as a stamped connection. However, several accidents in space structures using this type of connection have also been reported in Brazil. This research presents suggestions to ensure greater safety for truss structures that use the typical node. It is proposed, initially, the use of reinforcement and constructive correction in the connection in order to increase its capacity. The basis for this are the reduction in the eccentricity and the increase in the rigidity of the typical node connection. This work also proposes a new methodology for the calculation and verification of the compressive elements of the space trusses based on upper bound limits of the bending moment existing in the typical node connection. Thus the design of the compressive elements is done by bending-compression criteria. Since large roofs are subject to cyclic wind action, this work also examines, for the first time, the behavior of the typical node concerning the fatigue strength. This research, verifies, experimentally and numerically, the strength increase achieved with the proposed construction corrections with regard to static loads and fatigue. At the end of work, it is concluded that the suggestions presented improve the strength and safety of steel space trusses with stamped connections