Gabriela Ribeiro Fernandes
Título
VALIDAÇÃO NUMÉRICO-EXPERIMENTAL DO COLAPSO DISTORCIONAL DE COLUNAS METÁLICAS EM PERFIL FORMADO A FRIO
Orientador(es)
Alexandre Landesmann
Resumo
Este trabalho apresenta uma análise numérico-experimental de colunas de aço em perfil formado a frio (PFF) com seção U enrijecida (Ue ) sob compressão axial, sujeitas ao modo de falha distorcional, com a finalidade de calibrar um modelo numérico desenvolvido por LANDESMANN & CAMOTIM (2013) e estudar aplicabilidade do Método da Resistência Direta (MRD) – este prescrito pelas normas ABNT NBR 14762:2010 e AISI S100:2016 – na estimativa da resistência última. Os modos de flambagem e as respectivas forças críticas são determinados por meio da Teoria Generalizada de Vigas, com emprego do programa de livre acesso GBTul (IST/Portugal). Os testes experimentais avaliaram dezessete colunas com extremidades fixas, variando as proporções geométricas (razão alma/mesa) com o objetivo de estudar se algumas dessas relações têm influência no comportamento de pós-flambagem distorcional. As imperfeições iniciais e as propriedades mecânicas do aço foram previamente medidas. As trajetórias de equilíbrio, as forças máximas resistentes, as configurações deformadas e o mecanismo de colapso fornecem resultados relevantes para a descrição do comportamento dessas colunas. A calibração do modelo numérico e validação dos resultados experimentais são realizadas a partir de uma análise não linear física e geométrica, por meio de um modelo numérico de elementos finitos de casca – desenvolvido com auxílio do software ANSYS. Os resultados numéricos evidenciaram o arqueamento das chapas de extremidade das colunas, alterando suas condições de apoio. A compilação dos resultados experimentais e numéricos de resistência última das colunas é usada na avaliação da curva de dimensionamento codificada pelo MRD, bem como no ajuste de uma nova equação para as condições de apoio observadas.
Abstract
This work presents a numerical-experimental investigation of cold-formed steel lipped channel columns under axial compression, subjected to distortional failure, in order to calibrate the numerical model developed by LANDESMANN & CAMOTIM (2013) and to study the applicability of the Direct Strength Method (DSM) – which is prescribed in the Brazilian standard ABNT NBR 14762:2010 and in the American standard AISI S100:2016 –in the ultimate strength estimation. The buckling modes and the correspondent ultimate strength values were obtained by means of Generalized Beam Theory, through the GBTul code (IST/Portugal). The experimental tests assessed 17 fixed-ended columns, with variable geometric proportions, aiming to study if those aspects influence the distortional post-buckling behavior. Measurements of initial imperfections and steel’s mechanical properties were also taken prior to compression tests. The equilibrium paths, ultimate strength and deformed configurations (including the failure mode) provide relevant results for the description of the columns’ behavior. The calibration of the numerical model and validation of the experimental results were determined through ANSYS geometrical and material SFEA (shell finite element analyses). The numerical results evidenced the arching of the columns’ end plates, changing their support conditions. The compilation of the columns’ ultimate strength experimental and numerical results is used in the assessment of the DSM design curves, as well as in the adjustment of a new equation for the observed support conditions.
