Theoretical and experimental study of beam-to-column connection with pad of mortar and bolts for precast concrete structures

As ligações com chumbador e almofada, sem continuidade estrutural, são comumente empregadas em obras de concreto pré-moldado como galpões, edifícios de poucos pavimentos e no topo de pilares. Na análise estrutural, este tipo de ligação é caracterizado como articulado. Este trabalho teve como objetivo fazer um estudo com este tipo de ligação levando em conta que a transferência de momento fletor ocorrerá em função da rigidez proporcionada por uma almofada de compósito de argamassa e por chumbadores de aço. A idéia é considerar o benefício da redução das solicitações nos elementos de concreto pré-moldado, particularmente, na base dos pilares. A análise experimental foi feita com modelos em escala reduzida 1:2. Foram ensaiados quatro modelos da ligação que são: a) Modelo 1 - chumbadores de aço CA-25 e almofada de compósito de argamassa; b) Modelo 2 - chumbadores de aço CA-25 e almofada de policloropreno; c) Modelo 3 - chumbadores de aço CA-50 e almofada de compósito de argamassa e; d) Modelo 4 - chumbadores de aço CA-50 e pilar com largura igual a 50% maior que os casos anteriores e almofada de argamassa. Foi feita ainda a análise numérica tridimensional dos modelos da ligação utilizando o software Ansys e análises de pórtico plano para avaliar a distribuição de solicitações ao longo de estruturas representativas. Foi desenvolvido um modelo de projeto para prever o comportamento da ligação. Com as simulações de pórtico plano, onde foram consideradas as semirigidezes das ligações, obteve-se uma redução de até 48% do momento fletor na base dos pilares para um edifício de quatro pavimentos, cujas ligações viga-pilares apresentavam um consolo de 40 cm, e de 21,8% para um edifício de um pavimento do tipo galpão, cujas ligações continham quatro chumbadores, considerando apenas a carga de frenagem. A análise de deslocamentos nos pórticos planos também aponta o benefício da consideração da semirigidez nas ligações. Uma redução de deslocamento horizontal do topo do pórtico do tipo galpão de até 32,8% para o modelo com ligações com quatro chumbadores e somente força horizontal, e de até 71,9% para o edifício de quatro pavimentos considerando as ligações semirígidas com consolos de 40 cm.Connections with bolts and pad, without structural continuity, are commonly used in construction of precast concrete as one-storey building, building with a few storeys and on top of columns. In structural analysis, this type of connection is characterized as pinned, that is, without restriction of the rotation on the connection. This work aims to make a study of this type of connection taking into account that the transfer of bending moment will occur due to the stiffness provided by a pad of mortar composite and the steel bolts. The idea is to consider the benefit of reducing the demands on the elements of precast concrete, particularly at the base of the columns. The experimental analysis was done with models scale 1:2. Four models of connection were tested: a) Model 1 - steel bolts CA-25 and pad of mortar composite, b) Model 2 - steel bolts CA-25 and chloroprene rubber pad, c) Model 3 - bolts of CA-50 steel and pad of mortar composite, and d) Model 4 - steel bolts CA-50 and column with a width of 50% larger that the others and mortar pad. It was still a three-dimensional numerical analysis of the lead models using Ansys software and frame plan analysis to evaluate the stress distribution along the representative structures. A model design to predict the behavior of the connection was developed. Based on the numerical simulations on precast concrete frames, semi-rigidity of connections was take in to account, it was obtained a reduction of up to 48% of the bending moment at the base of the columns of a four-storey building, which beam-to-column connections had a corbel 40 cm, and 21,8% for a one-storey building, which connections contained four bolts, considering only the horizontal load. The analysis of displacements in the plane frame also shows the benefit of considering the semi-rigidity connections. Reduction in horizontal displacement of the top of the one-storey building to 32,8% for the model with four bolts in the connections with only horizontal force, and 71,9% for the four-storey buildings with semi-rigid connections considering the corbels of 40 cm