Análise avançada de estruturas de aço utilizando limites de deformação baseados no método da resistência contínua

Abstract

No projeto de estruturas de aço tradicionalmente adotam-se checagens individuais dos membros para garantir a segurança da estrutura nos padrões normativos. A análise avançada consiste na elaboração de modelos em elementos finitos (EF) de barra considerando a não linearidade geométrica, a não linearidade do material e imperfeições geométricas globais. Dessa forma, os mecanismos de falha de toda a estrutura são capturados, garantindo a verificação da segurança em nível global, além de possibilitar a redistribuição de esforços em patamar de plastificação. Por utilizar EF de barra, incapazes de capturar instabilidades locais, a análise avançada fica limitada a seções compactas, que não estão sujeitas à flambagem local e que alcançam grandes níveis de deformação antes da estrutura tornar-se instável. Visando contornar esse problema, neste trabalho é estudada (para seções tipo I) a incorporação na análise avançada dos limites de deformação do Método da Resistência Contínua (MRC) de modo a limitar a capacidade da estrutura. São limites à deformação axial associados ao desenvolvimento da flambagem local, calculados por meio da chamada curva base, que define uma relação entre a deformação máxima e a esbeltez da seção. Faz parte também do MRC modelo constitutivo quadri-linear, que representa a totalidade do comportamento tensão-deformação de peças de aço carbono laminado, permitindo ao método considerar o encruamento do material. Ao final deste trabalho são simuladas estruturas de aço carbono laminado pela técnica da análise avançada com limites de deformação do MRC. Os resultados alcançados são comparados com experimentos e com modelos em EF de casca. A técnica apontou melhor eficiência na determinação da capacidade de estruturas com seções não-esbeltas.

In structural steel design member cheks traditionally are adopted to ensure the safety of the structure in the normative standards. The advanced analysis consists in the elaboration of beam finite element (FE) models considering the geometric nonlinearity, material nonlinearity, and geometrical global imperfections. Thus failure mechanisms of the whole structure are captured, ensuring the verification of safety at the global level, besides enabling the strength distributions at the plastic range. By utilizing beam FE, unable to capture local instabilities, the advanced analysis becomes limited to compact sections, which are not subjected to local buckling and reach high levels of deformations before the structural destabilization. To overcome this problem, this work studies (in I cross-sections) the incorporation of the deformation limits of the Continuous Strength Method (CSM) to limit the capacity of the structure in the advanced analysis. These are limits to the axial deformation associated with the development of the local buckling, calculated employing the called base curve, which defines a relationship between maximum deformation and the cross-section slenderness. Belongs to the CSM also the quad-linear constitutive model, which represents the totality of the stress-strain behavior of hot-rolled steel structures, allowing stress at the hardening level to the method. At the end of this work, hot-rolled steel structures are simulated by the technique of advanced analysis with the CSM strain limits. The results achieved are compared with experiments and with models in shell FE. The technic appointed better efficiency in the determination of the capacity of non-slender section structures.