Resumo Os pilares mistos preenchidos com concreto (PMPC) podem ter a seção transversal classificada em função da esbeltez local do perfil tubular como sendo: esbelta, semicompacta ou compacta. Embora já existam modelos de cálculo para determinação da força axial resistente dos PMPC com seção tubular esbelta, são escassos os estudos sobre a transferência de forças vindas das vigas conectadas a esses pilares. Este artigo tem como objetivo apresentar o processo de desenvolvimento e validação de um modelo numérico para simular o comportamento dos conectores Crestbond aplicados a (PMPC) de seção tubular esbelta, com base em resultados de experimentos realizados. O modelo numérico apresentado pode ser utilizado para o estudo e projeto da transferência de força em pilares de seção esbelta utilizando conectores em chapa conhecidos como composite dowels.

Abstract The cross-section of concrete-filled steel tube (CFST) columns is classified according to the local slenderness of the steel tube as slender, non-compact, or compact. There are analytical models to determine the axial force of locally slender CFST columns, however studies on load transfer from beams connected to these columns are scarce. This paper presents the process of the development and validation of a numerical model to simulate the behavior of Crestbond connectors applied to CFST columns with slender steel tubes, based on the results of experiments carried out. The numerical model presented can be used for the analysis and design of the load transfer in slender columns using connectors known as composite dowels.

Resumo Desde o desenvolvimento de conectores de cisalhamento em chapa contínua com furos circulares, diferentes formulações foram propostas para o cálculo da capacidade resistente dos mesmos. A maior parte dessas formulações foi desenvolvida com base no ensaio push-out padrão de protótipos com múltiplos furos simulando a aplicação desses conectores em vigas mistas de aço e concreto. Visando a aplicação mais geral desses conectores em estruturas mistas e o entendimento dos parâmetros físicos e geométricos que influenciam em sua capacidade resistente, avaliou-se, no presente trabalho, a aplicação de 12 dessas formulações a 92 resultados de ensaio. Esses ensaios extraídos da literatura têm em comum o fato de apresentarem apenas um furo solicitado. Escolheram-se ensaios com essa característica por permitirem isolar melhor o comportamento da conexão, facilitando análises comparativas. Os resultados extraídos foram avaliados estatisticamente, sendo consideradas as melhores formulações aquelas que apresentaram menor dispersão de dados e fator de correção próximo à unidade. Além disso, foi investigado se os termos individuais que constituem as formulações descrevem adequadamente ou mostram relação com a mecânica que rege a conexão. Verificou-se que as formulações mais bem avaliadas estatisticamente foram também as que apresentaram uma relação mais clara com o comportamento mecânico do conector. Dentre as formulações avaliadas, três se mostraram significativamente melhores que as demais para previsão da capacidade resistente, contudo, observou-se que ainda é possível aprimorá-las se levada em consideração a influência do confinamento e espessura da chapa na capacidade resistente do furo.

Abstract Since the development of perforated plate shear connectors, different formulations have been proposed to predict their shear strength. Most of these formulations were derived from standard push-tests on multiple concrete filled holes (CFH) specimens simulating specific steel-concrete composite beam applications. Aiming at a more general application of these connectors in composite structures and the understanding of the physical and geometric parameters that influence their shear strength, the present work evaluated the use of 12 different formulations to predict 92 test results of single-hole specimens extracted from the literature. Such tests were chosen because the single-hole configuration allows better isolation of the connection behavior which facilitates comparative analysis. The predictions were statistically evaluated, and it was considered that the best formulations were those that showed lower scatter of data and a correction factor closer to one. Also, it was investigated if the individual terms that constitute the formulations adequately describe or show relation to the mechanics that govern the connection. It was verified that the best statistically rated formulations were also the ones showing clearer relation to the connector mechanical behavior. Among the evaluated formulations, three were significantly better than the others for strength prediction, however, it was noted that they can be further improved by considering the influence of concrete confinement and plate thickness on the hole’s strength.

RESUMO: Esse trabalho apresenta um estudo numérico do conector Crestbond, caracterizado por uma chapa de aço com recortes regulares trapezoidais, quando utilizado como elemento para transferência de cargas em pilares mistos preenchidos com concreto em situação de incêndio. O modelo numérico desenvolvido foi calibrado com resultados experimentais de pilares mistos em situação de incêndio e posteriormente foram inseridos os elementos de transmissão de carga. As análises numéricas foram realizadas com o auxílio do software Abaqus e compreenderam a variação do diâmetro do pilar misto e dos níveis de carregamento, bem como a comparação com os resultados obtidos quando é utilizada uma chapa de aço passante sem recortes como dispositivo de transferência de carga. Com as análises realizadas, observou-se que o conector Crestbond e a chapa passante apresentam desempenho termomecânico muito semelhantes em relação à capacidade de transferência de carga. Sendo assim, o conector Crestbond tem potencial para ser aplicado em alternativa à chapa passante como dispositivo de transferência de carga em pilares mistos preenchidos, tendo como vantagem a possibilidade do uso associado de barras de armadura longitudinais e, principalmente, transversais.

ABSTRACT: This paper presents a numerical study of the Crestbond shear connector, characterized by a steel plate with regular cuttings, when used as a load transfer element in concrete filled composite columns in fire. The developed numerical model was calibrated with experimental results of composite columns in fire and later the load transfer devices were inserted. Numerical analyzes were performed with the software Abaqus and comprised the variation of the composite column diameter and of the loading levels, as well as the comparison with the results obtained when is used a through steel plate without cuttings (Shear Flat) as a load transfer device. With the analyzes performed, it was observed that the Crestbond shear connector and the Shear Flat present very similar thermomechanical performance in relation to the load transfer capacity. Thus, the Crestbond shear connector has the potential to be applied alternatively to the Shear Flat as a load transfer device in concrete filled composite columns, with the advantage of the possibility of associate use of longitudinal and manly transverse reinforcement.