Análise estrutural das colunas de sustentação de um silo metálico

Abstract

Silos metálicos para armazenagem de diferentes tipos de produto são muito empregados no Brasil, isso faz com que compreender melhor o funcionamento deste tipo de sistemas estrutural possa levar a soluções mais inteligentes e econômicas. Com esse intuito no presente trabalho estudam-se as colunas de sustentação de um tipo de silo metálico para armazenagem de ração animal. Neste estudo as colunas foram analisadas seguindo as determinações da norma brasileira de dimensionamento de perfis conformados a frio e com modelos numéricos de diferentes níveis de complexidade. Primeiramente se estudou o perfil conformado a frio utilizado nas colunas dos silos através do método das faixas finitas e obtiveram-se as forças axiais de flambagem local e distorcional elástica. Estes valores foram utilizados no método da resistência direta para obtenção dos índices de esbeltez associados a estes modos de flambagem. Foram definidas as forças axiais de colapso, seguindo as metodologias da norma ABNT NBR 14762:2010 (método das larguras efetivas, seção efetiva e resistência direta) para diversos comprimentos do perfil. Foi desenvolvido um modelo numérico para cálculo via método dos elementos finitos, considerando não linearidades materiais e geométricas e imperfeições geométricas iniciais. Os resultados obtidos através deste modelo numérico foram comparados com os obtidos através da norma ABNT NBR 14762:2010. Após ajuste do modelo numérico se realizou um estudo paramétrico para conhecer a influência da rigidez de fixação, entre a coluna de sustentação e o corpo silo, na força de colapso do perfil. São aplicadas diversas condições de contorno com o objetivo de aproximar o modelo numérico das condições reais de fixação da coluna. Finalmente os resultados obtidos são utilizados para determinar a relação entre a força resistente do perfil e a força solicitante na coluna do silo segundo as condições usuais de segurança referentes aos estados-limites últimos determinados pela ABNT NBR 14762:2010.

Tubular steel silos for storage of different product types are widely used in Brazil. The knowledge of these structural systems can result to smarter and economic solutions. In this work is studied the structural columns of some bulk feed tanks with the national standard design code and numeric models with several complexity level. First were studied the cold-formed steel member used in the silo’s columns with the finite strip methods, and were obtained the elastic local/distorcional buckling axial forces. These values were used with the Direct Strength Method to find out slenderness ratios associated with these modes of buckling. The axial collapse forces were defined following the conception of standard ABNT NBR 14762:2010(using the methods of effective width, effective section and direct resistance) for several members’ lengths. A numeric model was development to calculate with finite elements method, considering materials and geometrics nonlinearities with initial geometric imperfections. The results obtained by this numeric model were compared with those obtained by the standard ABNT NBR 14762:2010. After the numeric model adjust, a parametric study was made to know the influences of the connection stiffness between the column and the silo’s cylindrical wall, in the member’s allowable axial strength. Several boundary conditions were applied with the main purpose to approximate the numeric model with the actual columns' end conditions. Finally the obtained results were used to determine the ration between the axial allowable strength and the required load on the silo’s columns by the usual safety conditions using the ultimate limit state determined by the ABNT NBR 14762:2010.