Kathleen Guimarães Santana
Título
DIRECT-STRENGTH METHOD DESIGN OF SPHERICALLY-HINGED COLD-FORMED STEEL EQUAL-LEG ANGLE COLUMNS
Orientador(es)
Alexandre Landesmann
Resumo
Devido ao seu comportamento estrutural singular, colunas esbeltas em perfil cantoneira de aço de abas iguais formadas a frio não são atualmente pré-qualificadas para o dimensionamento pelo Método da Resistência Direta (MRD) na Especificação Norte Americana para Perfis Formados a Frio. Estes perfis também são excluídos da aplicação do fator de resistência =0.85. Desta feita, existe um esforço para incorporar as características estruturais acima mencionadas a um novo método de dimensionamento baseado no MRD, o qual mostrou eficácia na previsão de resistência última para apoios fixos e pinados. Recentemente, este procedimento foi ampliado para apoios esféricos. Entretanto, ainda não há resultados para perfis cantoneira com apoios esféricos. Este trabalho consiste em uma busca para preencher esta lacuna por um estudo experimental conduzido na Universidade Federal do Rio de Janeiro sobre o comportamento e colapso destas colunas. Inicialmente, há o detalhamento da seleção das colunas a serem testadas, seguido pela descrição da instrumentação e dos procedimentos experimentais. Os resultados experimentais consistem em: (i) medição das imperfeições iniciais, (ii) trajetórias de equilíbrio referentes ao carregamento aplicado e aos deslocamentos principais da coluna, (iii) configurações deformadas e (iv) resistências últimas. Estes resultados são utilizados para validar um modelo de elementos finitos de casca desenvolvido previamente pelos autores, com uma aquisição de dados numéricos de falha adicionais por meio do mesmo modelo. Finalmente, há uma avaliação do mérito do procedimento de dimensionamento pela comparação dos resultados numéricos com os experimentais.
Abstract
Due to its complex structural behavior, short-to-intermediate equal-leg angle columns are currently not pre-qualified for the Direct-Strength Method (DSM) design in the North American Specification for Cold-Formed Steel Structures. These members are also excluded from the application of the LFRD resistance factor =0.85. In light of this issue, there is an effort to incorporate the aforementioned behavioural features into a novel DSM-based design approach, which was shown to predict failure loads for fixed and pin-ended columns with accuracy. Recently, this approach was extended to the spherically hinged support condition. However, there are still no available experimental investigations on cold-formed spherically hinged angle columns. This work consists on an attempt to fill this gap by an experimental study carried out at the Federal University of Rio de Janeiro on the behaviour and collapse of short-to-intermediate spherically hinged cold-formed steel columns. First, the selection of the columns to be tested is detailed, followed by a description of the experimental test set-up and procedure. The experimental results consist on: (i) initial imperfection measurements, (ii) equilibrium paths concerning the applied load to key column displacements, (iii) deformed configurations and (iv) failure loads. Those results are used to validate a shell finite element model previously developed by the authors, with an additional numerical failure data acquisition. Finally, there is a merit assessment of the proposed design approach by comparing experimental to numerical results.
