FEM analysis of the cyclic behaviour of steel beam-to-column joints

Abstract

A análise e dimensionamento de estruturas metálicas devem considerar todos os tipos de ações que esta possa ser submetida ao longo do seu período de vida útil. A ação sísmica é uma ação particularmente severa que tem que ser cuidadosamente considerada. Neste cenário, as ligações viga-pilar de estruturas metálicas devem ser dimensionadas de forma a evitar modos de rotura frágeis. Para este efeito, o dimensionamento das ligações viga-pilar de estruturas metálicas deve ser levado a cabo seguindo as prescrições da EN 1998, EN 1993 e da EN 1993-1-8 em particular, fazendo do método das componentes.A análise experimental é o método tradicionalmente usado pela comunidade científica para avaliar o comportamento cíclico de ligações viga-pilar metálicas. No entanto, a caracterização do comportamento cíclico das ligações metálicas ao nível das componentes diretamente a partir dos resultados experimentais não é viável. Desta forma, são necessários modelos numéricos avançados desenvolvidos e validados com base em ensaios experimentais.Nesta dissertação são desenvolvidos modelos com base no Método dos Elementos Finitos para avaliar o comportamento monotónico e cíclico das zonas tracionadas de ligações viga-pilar metálicas, focando esta análise no comportamento da componente banzo dos pilar em flexão. Este trabalho enquadra-se no âmbito do projeto EQUALJOINTS.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

The construction of a structure undergoes several stages, each of which must be thoroughly thought. In structures that may be subject to seismic actions at some point of their use life, these considerations are especially significant. Joints between steel elements in this type of structures should always be designed, fabricated and erected such that brittle failure is avoided and a ductile mode of failure governs the collapse. Designers must always bear in mind design requirements set by the relevant design standards. In Europe, EN1998 must be observed for the seismic design of structures, with significant reference to EN1993 for the design of steel structures and EN1993-1-8 in particular for the design of steel joints making use of the components method.Nowadays the experimental test is the preferred method between the scientific community to assess the seismic behavior of steel joints. However, the analysis of the seismic behavior of beam-to-columns joints at component level directly from the analysis of the results of the experimental test is unfeasible. Accordingly, advanced numerical models must be developed and validated with the experimental tests. The aim of this dissertation is to develop advanced FEM based models for the simulation of cyclic tests of T-Stub of steel beam-to-column joints tested in the scope of “European pre-qualified steel joints (EQUALJOINTS) Grant agreement no. RFSR-CT-2013-00021” project. These models will allow to extract and characterize the cyclic behaviour of the components of the joint