Avaliação do comportamento e otimização numérica de ligações soldadas entre perfis tubulares circulares de aço e chapas diafragma externas

Abstract

Este projeto de pesquisa buscou examinar os mecanismos de transferência de forças através de chapas diafragma externas em pilares tubulares circulares de aço quando submetidos ao momento fletor. Embora não seja inovador, a implementação de tal modelo de ligação pode resultar em uma construção mais ágil e eficiente, com redução no uso de materiais e equipamentos especiais, contribuindo para uma maior otimização do processo construtivo de sistemas estruturais de edifícios de múltiplos andares. No contexto brasileiro, a ausência de normas técnicas e literatura específica dificulta o cálculo da capacidade resistente desse tipo de ligação. Dessa maneira, este trabalho objetiva realizar uma avaliação numérica, utilizando o método dos elementos finitos por meio do software Ansys, de modo que seja possível entender e otimizar o cálculo da ligação soldada entre as chapas diafragmas e o pilar de aço. Dentro deste contexto, foi estudada um modelo de ligação composto por vigas em perfil I unidas a pilares tubulares circulares por meio de chapas diafragma externas com variadas larguras. As respostas resistivas da estrutura frente a solicitação por momentos fletores e forças axiais permitiram obter resultados promissores, mostrando que a largura da chapa de ligação influencia tanto no encaminhamento das tensões pela chapa diafragma, bem como, no filete mínimo de solda a ser utilizado, sendo possível, em ambos os casos, a redução da quantidade de material empregado. Além disto, foi possível caracterizar o funcionamento mecânico da ligação, estabelecendo um certo padrão na transmissão dos esforços, facilitando a previsão do fluxo de tensões pela chapa.

This research project aimed to examine the force transfer mechanisms through external diaphragm plates in circular steel tubular columns when subjected to bending moments. While not innovative, implementing such a connection model could lead to faster and more efficient construction, with reduced use of materials and special equipment, thereby optimizing the construction process of multi-story building structural systems. In the Brazilian context, the absence of technical standards and specific literature complicates the calculation of the resistance capacity of this type of connection. Therefore, this study aims to perform a numerical evaluation using the finite element method through Ansys software, to understand and optimize the calculation of the welded connection between the diaphragm plates and the steel column. Within this context, a connection model composed of I-beams joined to circular tubular columns through external diaphragm plates of various widths was studied. The structural responses to bending moments and axial forces allowed for promising results, indicating that the width of the connection plate influences both the stress distribution through the diaphragm and the minimum weld size to be used, potentially reducing material usage in both cases. Additionally, it was possible to characterize the mechanical behavior of the connection, establishing a certain pattern in the transmission of forces, thereby facilitating the prediction of stress flow through the plate.