João Alfredo De Lazzari
Título
DISTORTIONAL-GLOBAL INTERACTION IN COLD-FORMED STEEL LIPPED CHANNEL COLUMNS: BUCKLING ANALYSIS, STRUCTURAL BEHAVIOR AND STRENGTH
Orientador(es)
Eduardo de Miranda Batista
Resumo
O objetivo do presente trabalho é estudar a interação distorcional-global (D-G) em colunas de perfis de aço formados a frio (PFF) com secção U enrijecido (Ue), com relação ao comportamento estrutural e resistência. Alguns estudos sobre o tópico têm sido desenvolvidos na literatura, entretanto a interação D-G não é bem conhecida e precisa de atenção. Para a análise elástica de flambagem, um software denominado FStr Computer Application Program é criado. O aplicativo é desenvolvido com base no método das faixas finitas, com foco em uma interface fácil e amigável. O programa FStr gera os modos de flambagem e insere como imperfeição inicial no software de elementos finitos ANSYS, objetivando efetuar analise não-linear física e geométrica. Tanto o programa FStr, quanto o modelo em elementos finitos, são validados com exemplos numéricos e experimentos em escala real. Além disso, para o comportamento estrutural e determinação da carga última, são gerados caminhos de estabilidade, provenientes da analise não-linear, com diferentes combinações dos modos global e distorcional como imperfeição inicial. A combinação dos modos de flambagem como alternativa para a imperfeição inicial ajuda a compreensão do comportamento da interação D-G, o qual é difícil prever com uma análise de flambagem elástica. Os resultados para o estudo da combinação dos modos mostraram que, para aço com alta tensão de escoamento, a imperfeição inicial com o modo global apresentou a menor carga última. Adicionalmente, o estudo paramétrico variando o comprimento da coluna demonstrou que a equação da resistência à compressão axial nominal da flambagem global, já presente nas normas, é suficiente para considerar o efeito do fenômeno D-G.
Abstract
The goal of the present research is the distortional-global (D-G) buckling interaction of cold-formed steel (CFS) lipped channel (LC) columns, in its buckling, structural behavior and strength nature. Some studies on this topic have been conducted in the literature, however, the D-G interaction is not well known and needs more attention.
For an elastic buckling analysis, a software entitled FStr Computer Application Program is developed. The application is based on the Finite Strip Method, mainly focused in a simple and accessible interface. The FStr program generates the modal shapes and insert as initial geometric imperfections in the finite element software ANSYS, in order to perform a geometric and material nonlinear analysis. Both, the FStr program and the finite element model are validated with available numerical examples and laboratory tests from the literature. Moreover, for the structural behavior and column strength, it is carried out stability paths from previous nonlinear analysis, for different combination of initial geometric imperfection of global and distortional modes. The buckling mode combination as initial geometric imperfection helps to understand the D-G buckling interaction, which is difficult to predict with a simple elastic buckling analysis. The results of the initial imperfection combination have shown that, for high yielding steel, the global initial geometric imperfection provides the most detrimental ultimate load. Additionally, a parametric study varying the column’s length have shown that the nominal axial strength for global buckling equation, already in the standards, is enough to cover the D- G coupled phenomenon.