Análise numérica dos modos de rotura das ligações aparafusadas autoperfurantes a temperaturas elevadas

Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáA verificação de segurança de estruturas e edifícios contra o risco de incêndio é de extrema importância. Nesse contexto se insere a verificação para estruturas de perfis de aços enformados a frio. Estas construções metálicas possuem diversas vantagens tais como sua elevada eficiência estrutural dada pela sua excelente relação de resistência estrutural em função do peso e têm construção fácil e versátil. Para realizar as ligações entre os elementos de perfis de aço enformados a frio são utilizados parafusos autoperfurantes, os quais podem ser inseridos nos perfis sem abertura prévia de furação. Pelo crescimento na utilização destas estruturas em construções, é importante conhecer a resistência destas ligações e como estas ligações se comportam quanto aos seus modos de falha em situações de incêndio. Neste trabalho é apresentado um estudo pelo método dos elementos finitos a respeito do comportamento das ligações aparafusadas autoperfurantes aplicadas em chapas finas de aços enformados a frio tanto a temperatura ambiente quanto a temperaturas elevadas. Utilizando o programa Ansys® foi realizada uma análise de ligações sob esforço de corte, onde os parâmetros avaliados compreendem diferentes valores de temperatura e diferentes espessuras das chapas de aço. Considera-se um comportamento não linear geométrico e material do modelo de elementos finitos. Pelo método dinâmico implícito foi possível comparar os resultados das cargas máximas de colapso do modelo com os valores provenientes do modelo simplificado de cálculo do Eurocódigo 3 parte 1.3 e parte 1.2 e da ETA. A partir da análise pelo método dinâmico explícito se permite determinar o modo de falha das ligações com uma referência de deformação de 3 mm da ligação. Isso se dá pelo fato deste método se enquadrar na observação do comportamento dos elementos presentes já que apresenta uma melhor aproximação do comportamento real deles. Avaliando primeiramente as análises implícitas do modelo de elementos finitos apresentado foi possível concluir que à temperatura ambiente os resultados apresentados estão próximos, assim como os resultados provenientes da ETA para as mesmas combinações de chapas. No entanto, com o aumento da temperatura os valores das simulações se tornam maiores levando a constatação que os valores do Eurocódigo são seguros, porem sobredimensionados. Pelas análises dinâmicas explícitas concluiu-se que os modos de falha mais comuns à temperatura ambiente são por esmagamento das chapas e por corte do parafuso. Com o aumento até certa temperatura e maior exposição a ela pelas chapas, os modos de falha variam para esmagamento das chapas e por arranque e inclinação do parafuso. E quando se tem temperaturas ainda maiores, o modo de falha se restringe apenas ao esmagamento das chapas.The fire safety verification of buildings and structures is a requirement is of utmost importance. In this context, enter the verification for cold-formed structures. These metal constructions have several advantages such as their high structural stability given their excellent structural strength to weight ratio and easy and versatile construction. To perform the connections between the elements of cold formed steel profiles, self-drilling screws are used, which can be inserted into the profiles without prior drilling. Due to the growing use of these structures in construction, it is important to know the strength of these connections and how these connections behave as to their failure modes in fire situations. This work presents a study by the finite element method concerning the behavior of self-drilling bolted joints applied to cold formed steel thin sheets at both ambient and elevated temperatures. Using the Ansys® software, an analysis of shear tension was performed, where the evaluated parameters comprise different temperature values and different thicknesses of the steel sheets. A nonlinear geometric and material behavior of the finite element model is considered. With the implicit method was possible to compare the results of the model maximum loads with the values from the simplified model of the Eurocode 3 part 1.3 and part 1.2 and ETA. From the analysis by the explicit dynamic method, it is possible to determine the failure mode of the connection with a 3 mm displacement reference of the connection. This is because this method fits in the observation of the behavior of the elements in the model since it presents a better approximation of their actual behavior. First evaluating the implicit analyzes of the presented finite element model it was possible to conclude that at room temperature the results presented are close, as well as the results from ETA for the same sheets combinations. However, with increasing temperature the values of the simulations become larger, leading to the realization that the Eurocode results are safe, but oversized. From the explicit dynamic analysis, it was concluded that the most common failure modes at room temperature are bearing failure and shear of the fasteners. With rising to a certain temperature and greater exposure to it by the sheets, failure modes vary for bearing failure and tilt and pull-out failure. And when higher temperatures are applied, the failure mode is restricted to the veering failure