Análise Numérica Bidimensional em Especificações de Cisalhamento Duplo de Estruturas Compostas de Madeira e Concreto

Efeitos das Dimensões dos Parafusos e da Densidade da Madeira

Resumo

Este estudo investiga o comportamento das conexões por parafusos em estruturas compostas de madeira e concreto (TCC) utilizando modelagem de elementos finitos bidimensionais com o software LUSAS. A pesquisa foca na capacidade de força de cisalhamento e rigidez dos parafusos dispostos em uma formação paralela de 90 graus dentro de uma configuração de teste de cisalhamento duplo. Uma revisão abrangente da literatura forneceu os dados necessários sobre as resistências de incrustação de parafusos em madeira e concreto. Simulações de elementos finitos de estruturas TCC foram conduzidas e validadas com base em resultados experimentais anteriores. A análise examinou como variações no diâmetro do parafuso, profundidade e densidade da madeira impactam o desempenho das conexões. Os resultados indicam que um parafuso de 10 mm de diâmetro com 100 mm de profundidade de incrustação e densidade de madeira de 476 kg/m³ atinge uma capacidade de força de cisalhamento de 11,80 kN, um deslocamento máximo de 16,48 mm e uma rigidez de 701 N/mm. A redução do diâmetro do parafuso para 8 mm e 6 mm resulta em capacidades de cisalhamento mais baixas de 9,45 kN e 7,07 kN, com rigidez correspondente de 574 N/mm e 438 N/mm. Da mesma forma, a diminuição da profundidade do parafuso para 80 mm e 60 mm reduz as capacidades de cisalhamento para 9,34 kN e 7,01 kN, com rigidez de 572 N/mm e 437 N/mm, respectivamente. Aumento da densidade da madeira para 600 kg/m³ melhora a capacidade de força de cisalhamento para 14,70 kN e a rigidez para 980 N/mm. Os resultados demonstram que diâmetros maiores de parafusos, maiores profundidades de incrustação e maiores densidades de madeira aumentam significativamente a capacidade de força de cisalhamento e a rigidez das conexões por parafusos em estruturas TCC. A principal conclusão desta pesquisa é a identificação do modo de falha das conexões por parafusos, que é influenciado pelas propriedades da madeira, do concreto e do parafuso. Quando a resistência do concreto supera a resistência da madeira, ocorre falha devido ao esmagamento da madeira, enquanto a deformação do parafuso e o esmagamento da madeira são esperados quando as tensões de interação excedem a tensão de escoamento na interface madeira-parafuso. Este estudo fornece informações críticas para otimizar as conexões por parafusos no design de TCC e contribui para o desenvolvimento de códigos de projeto mais eficazes para compostos de madeira e concreto.