Load transfer models in joint lines of punched metal plate fasteners

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Paiva, Lucas
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10198/20529
Resumo: Dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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spelling Load transfer models in joint lines of punched metal plate fastenersTimber connectionsNail plate trussesPunched metal plate fastenersStress distributionDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia CivilDupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáTimber joints are a key part of timber structures, and their performance is a major requisite to successful timber constructions. Among all the connection types, punched metal plate fasteners are the most economical and e cient, reasons why this connection dominates the prefabricated truss industry. However, the structural load bearing capacity of these timber connections is mechanically complex and di cult to analyse. Besides, the current standards oversimplify many current joint con gurations and don’t provide a guideline to predict the stress distribution within the plate. Most research to date has focused on modelling and testing punched metal plate fasteners from a FEM 3-D perspective, accounting for all its parts (timber, plate, teeth and toothwood interface) whilst knowledge on the 2-D stress distribution within the plate is limited. The complete joint modeling with a 3-D model based on FEM gives precise results on the mechanical behavior of those plates, but requires more time to model and more computational processing. In a truss design point of view, where many connections need to be verify, a 2-D static model is usually the annalist’s choice, and despite the large industrial application of metal plates, the internal force ow still lacks research. The research reported in this thesis describes four methods to account for the stress distribution in punched metal plate fasteners. Each model is based on a particular plate behavior and aims to identify the critic rupture lines to successfully attend the ultimate limit state criteria. A heel joint was taken as starting point to study the stress distribution in the rupture lines, and a computational tool (NPCalc) was developed based on the current standards to verify the main connection aspects. The connection was modeled by the four methods and the results were analysed and compared, seeking to identify how the stress ows within the plate once the loads are applied. Two manual and two numerical methods were presented. The results showed a considerable variability with the model’s choice, and the numerical models pointed to be more conservative. However, the simple regions (delimited by only one rupture line) presented equal results regardless the chosen model. Finally, the conclusions of the elaborated research are presented, discussing the extension of its results and the suggestions for future development, in order to complement the analysis and modeling of wooden trusses with punched metal plate fasteners.As ligações são um aspecto chave das estruturas de madeira e seu desempenho é um requisito necessário para construções bem-sucedidas. Entre os tipos de ligação já desenvolvidos, as chapas metálicas são as mais econômicas e e cientes, razões pelas quais essa conexão domina o setor de treliças pré-fabricadas. No entanto, a capacidade de carga estrutural dessas conexões é mecanicamente complexa e difícil de análise. Além disso, os normativas atuais simpli cam con gurações correntes de conexão e não fornecem uma diretriz para prever a distribuição de tensões na placa. Até o momento, a maioria das pesquisas se concentrou na modelagem e teste de chapas dentadas a partir de uma perspectiva FEM 3-D, respondendo por todas as suas partes (madeira, chapa, dentes e interface dente-madeira), enquanto o conhecimento da distribuição de tensões 2-D dentro do placa é limitada. A modelagem completa da ligação com um modelo 3-D baseado em FEM fornece resultados precisos sobre o comportamento mecânico dessas placas, mas requer tempo para modelar e considerável processamento computacional. Do ponto de vista do projeto de treliças, onde muitas conexões precisam ser veri cadas, um modelo estático em 2-D é geralmente a escolha do analista e, apesar da grande aplicação industrial dessas chapas, o conhecimento acerca da distribuição de forças internas ainda requer aprofundamento. A pesquisa relatada nesta tese descreve quatro modelos para prever a distribuição de tensões nas linhas de ruptura de chapas metálicas dentadas. Cada modelo é baseado em comportamento especí co da ligação e tem como objetivo identi car as linhas de ruptura críticas para atender com segurança os critérios do estado limite último. Uma ligação de extremidade foi tomada como ponto de partida para estudar a distribuição de tensões e uma ferramenta computacional (NPCalc) foi desenvolvida com base nas normativas atuais para veri car os principais aspectos da conexão.Aconexão foi modelada pelos quatro métodos desenvolvidos e os resultados foram analisados e comparados, buscando identi car como a tensão na chapa ui após a aplicação das cargas. Foram apresentados dois modelos manuais e dois modelos numéricos. Os resultados apresentaram grande variabilidade com o modelo escolhido, e os modelos numéricos tenderam a ser mais conservadores. Entretanto, As regiões simples (delimitadas por apenas uma linha de ruptura) apresentaram resultados iguais para todos os modelos testados. Por m, são apresentadas as conclusões do trabalho elaborado, discutindo a extensão de seus resultados e as sugestões para desenvolvimento futuro, a m de complementar a análise e modelagem de treliças em madeira com chapas dentadas.Braz-César, M.T.Souza, Edson Florentino deBiblioteca Digital do IPBPaiva, Lucas2020-02-03T11:06:33Z202020182020-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10198/20529TID:202400514enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-21T10:46:37Zoai:bibliotecadigital.ipb.pt:10198/20529Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T23:11:22.630558Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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