Comportamento numérico e experimental de cantoneiras de aço formadas a frio

Abstract

Perfis de aço formados a frio (PFF) são comumente utilizados não só em estruturas metálicas civis convencionais tais como estruturas de silos e depósitos entre outros, como também em estruturas mecânicas típicas, tais como estruturas de veículos rodoviários. A grande vantagem destes elementos é a sua versatilidade (é muito fácil fabricar perfis nas mais variadas formas de geometria de seção transversal para atender uma determinada solicitação, otimizando assim a relação resistência/peso). Por outro lado em PFF de formas não convencionais, a determinação da força resistente exige um cuidado especial em seu cálculo. O método tradicional de cálculo utilizado para determinar a força resistente é o Método da Largura Efetiva (MLE), simples na sua conceituação, mas trabalhoso na sua implementação. As normas mais modernas de projeto estão incorporando métodos de cálculo que possibilitam a utilização de ferramentas numéricas para determinar as forças de flambagem elástica, entre elas destacando-se o Método da Resistência Direta (MRD), proposto por Schafer e Peköz. Por outro lado, programas de elementos finitos comerciais confiáveis, que permitem avaliar diferentes tipos de não linearidades, são ferramentas que estão sendo cada vez mais utilizadas para determinar o comportamento deste tipo de perfis. Neste contexto, no presente trabalho são comparados os resultados experimentais de perfis cantoneira de diferentes comprimentos submetidos à força axial de compressão centrada com os resultados obtidos teoricamente. Para a determinação dos resultados teóricos utilizam-se o MLE, o MRD e um modelo em Elementos Finitos que considera a não linearidade física e geométrica, bem como as imperfeições geométricas iniciais dos elementos analisados. Ao final deste estudo realizam-se discussões sobre os resultados encontrados e apresentam-se conclusões sobre o comportamento dos perfis estudados como das metodologias utilizadas para sua análise.

Cold-formed sections are not only applied to steel structures in buildings, other applications are bunks, silos, and also mass transport vehicles. The main advantage of those sections is its formability, i.e., the easy way to develop any geometrical section. However this advantage demands a careful estimation of the squash load. The common method used is the effective width (EWM), to get properties of the section and ultimate load, easy as a concept, difficult to implement numerically. Modern standards for the project are incorporating new numerical methods to determinate the elastic buckling force, among them the Direct Strength Method (DSM). Finite Element commercial software’s, also, allow develop non-linear behavior of several kinds, which result in better limits loads. In lieu of that facts, in the present work are developed numerical and experimental studies for different lengths of steel angle section subjected to compression, and both results are analyzed and commented. For numerical estimation of buckling load was used the DSM and the EWM, and also a finite element analysis with include physical and geometrical nonlinearity and the imperfections of the elements experimental studied. At the end of this study are held discussions about the results and present conclusions about the behavior of the section studied as well as the methodologies used for their analysis.