A construção modular experimenta uma expansão nos últimos anos à medida que a necessidade de integrar sustentabilidade no ciclo de vida dos edifícios se torna um fator chave para projetos de engenharia.A (i) redução de resíduos de construção, (ii) a capacidade de desmontagem e (iii) reciclagem de componentes estruturais em comparação com os sistemas de construção tradicionais fazem das estruturas de aço modulares uma técnica de construção otimizada em conjunto com as vantagens de exigir menos trabalhos in situ, uma vez que os módulos são manufaturados em processo automatizado, possibilitando um rápido processo de assemblagem, longa durabilidade devido às propriedades materiais e acesso facilitado para manutenção.Contudo, limitações normativas relativamente a modelos de dimensionamento para ligações intermodulares e a necessidade de prever os efeitos em sistemas estruturais são aspetos que devem ser tratados. Esta dissertação aborda o comportamento mecânico das ligações intermodulares propostas no âmbito do projeto R2U Technologies entre estruturas modulares em aço submetidas a cargas axiais e laterais. As configurações incluem uma ligação long bolt que garante a continuidade vertical e horizontal entre módulos e uma ligação aparafusada, referenciada como ligação spider, com um mecanismo de fricção sob tração.Ensaios experimentais foram realizados para o projeto R2U, e os resultados obtidos foram utilizados para calibrar modelos de elementos finitos (EF) desenvolvidos com o objetivo de investigar a capacidade das ligações e expandidos para avaliar os efeitos de distintos parâmetros geométricos.Portanto, a partir das respostas experimentais e numéricas, a resistência das componentes ativas foi determinada através da identificação de caminhos de carga. Posteriormente, modelos de cálculo analítico foram desenvolvidos para reproduzir o desempenho das ligações em compressão, tração e esforço transverso. Os comportamentos axiais e laterais obtidos foram implementados em modelos estruturais 3D com o propósito de quantificar a influência e o impacto das ligações em edifícios de baixa a média altura em termos de transferência de carregamentos e deslocamentos.

Modular construction has experienced an expansion in recent years as the need to integrate sustainability into the lifecycle of buildings becomes a key factor for engineering projects. The (i) reduced construction waste, (ii) demountable capability and (iii) recyclability of structural components over traditional building systems make steel modular structures an optimized construction technique in addition to the advantages of requiring less on-site work, once building modules are manufactured within an automated process, enabling rapid assembling process, providing long-term durability due to material properties and facilitated maintenance access. However, code limitations on design models for intermodular connections and the need to predict their effects on the structural systems are aspects that must be treated. This thesis addresses the mechanical behaviour of proposed intermodular connections developed within the R2U Technologies project between steel structure modules under axial and lateral loads. The configurations include a long bolt connection ensuring the continuity along stacked and side-to-side modules and a bolted connection, referred to as the spider connection, with a friction-based mechanism under tension. Experimental tests were performed for the R2U project, and the obtained results were used to calibrate finite element (FE) models developed in order to investigate the capacity of the connections and expanded to evaluate the effects of different geometric parameters.Hence, from experimental and numerical responses, the resistance of active components was determined through the identification of load transfer paths. Subsequently, analytical calculation models were developed to reproduce the performance of the connections under compression, tension and shear. The resulting axial and lateral behaviour was implemented on 3D building structural models with the purpose of quantifying the influence and impact of the connections on low and mid-rise modular buildings in terms of load transfer and displacements.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia

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