Análise estrutural de colunas cruciformes formadas por cantoneiras de abas iguais em aço inoxidável submetidas à compressão axial

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Tipo do documento:	Dissertação
Título:	Análise estrutural de colunas cruciformes formadas por cantoneiras de abas iguais em aço inoxidável submetidas à compressão axial
Título(s) alternativo(s):	Structural analysis of cruciform columns composed by stainless steel equal legs angles subjected to axial compression
Autor:	Torres, Flávio Lacerda
Primeiro orientador:	Vellasco, Pedro Colmar Gonçalves da Silva
Segundo orientador:	Lima, Luciano Rodrigues Ornelas de
Primeiro membro da banca:	Silva, André Tenchini da
Segundo membro da banca:	Morsch, Inácio Benvegnu
Resumo:	A vasta gama de possibilidades para aplicações com as mais variadas finalidades torna o aço inoxidável adequado ao emprego tanto do ponto de vista estrutural quanto arquitetônico. Entretanto, o comportamento não linear do aço inoxidável demandam regras diferenciadas no que tange o seu dimensionamento, especialmente nos fenômenos relacionados à instabilidade de colunas sob compressão axial. As cantoneiras em aço inoxidável são empregadas como componente estrutural em virtude da facilidade em executar ligações entre elementos e pela versatilidade na combinação das mesmas formando outras seções com maior capacidade de carga frente às solicitações. Com base tanto nas demandas citadas acima quanto na escassez de pesquisas relacionadas ao comportamento de cantoneiras duplas com seção cruciforme, surgiu a motivação para realizar o presente trabalho. Foram avaliadas colunas cruciformes, formadas por cantoneiras duplas de abas iguais laminadas a quente em aço inoxidável austenítico 304, com comprimentos de 900mm, 1400mm e 2200mm e seções transversais de 50,8x4,76mm, 50,8x6,35mm e 50,8x7,93mm. As dimensões das colunas foram escolhidas com base em análises de estabilidade elástica utilizando o software GBTul. Já a concepção dos modelos numéricos e as análises foram realizadas com o auxílio do software ANSYS 2019 R3. A partir dos resultados fornecidos pelas análises de flambagem elástica das colunas foram elaboradas as curvas de assinatura para colunas com seções transversais, formadas tanto por cantoneiras simples quanto cantoneiras duplas cruciformes (com e sem interconexões). As curvas de assinatura forneceram informações importantes acerca das cargas críticas de flambagem elástica, dos modos de flambagem das colunas e do comprimento da coluna onde ocorre a transição entre os modos de flambagem. Com base nos modos de flambagem obtidos, foram introduzidas as imperfeições geométricas iniciais nas colunas e realizadas as análises não lineares das mesmas. De posse dos resultados obtidos nas análises numéricas, foi possível observar o comportamento das colunas frente a introdução de interconexões entre as cantoneiras duplas. Foi observado que, além do aumento da capacidade resistente da coluna, o modo de flambagem ao qual a coluna esta suscetível, influenciou na determinação da distância entre interconexões, necessárias para promover o trabalho em conjunto da coluna. Ao comparar os resultados obtidos com as prescrições normativas do Eurocode 3, Parte 1-1 [25] e do AISC [24], foi possível observar que alguns valores normativos previstos são demasiadamente conservadores. Além disso, ambas as normas não apontam para a influência do modo de flambagem das colunas no que se refere a distância máxima entre as interconexões para promover o trabalho em conjunto da coluna. Por fim, foi proposta uma metodologia para determinar a distância ótima entre as interconexões das colunas duplas cruciformes com seção transversal formada por cantoneiras de abas iguais, com base nos modos de flambagem das colunas, capaz de promover o trabalho em conjunto da coluna.
Abstract:	The wide range of possibilities for applications with the most varied purposes makes stainless steel suitable for use both structurally and architecturally. However, the non-linear characteristics of stainless steel demand different rules regarding its dimensioning, especially in the phenomena related to the instability of columns under axial compression. Stainless steel angle brackets are used as a structural component due to the ease in making connections between elements and the versatility in combining them, forming other sections with greater load capacity in response to requests. Based both on the demands mentioned above and on the scarcity of research related to the behavior of double angles with cross-section, the motivation to carry out the present work emerged. Cruciform columns were evaluated, formed by double angles with equal flaps hot-rolled in 304 austenitic stainless steel, with lengths of 900mm, 1400mm and 2200mm and cross sections of 50,8x4,76mm, 50,8x6,35mm and 50,8x7,93mm. Column dimensions were chosen based on elastic stability analysis using GBTul software. The design of numerical models and analyzes were performed with the aid of ANSYS 2019 R3 software. From the results provided by the analysis of elastic buckling of the columns, signature curves were created for columns with cross sections, formed by both simple and double cruciform angles (with and without interconnections). Signature curves provided important information about elastic buckling critical loads, column buckling modes, and column length where the transition between buckling modes occurs. Based on the buckling modes obtained, the initial geometric imperfections in the columns were introduced and their non-linear analyzes were carried out. With the results obtained in the numerical analyses, it was possible to observe the behavior of the columns against the introduction of interconnections between the double angles. It was observed that, in addition to the increase in the column's resistant capacity, the buckling mode to which the column is susceptible influenced the determination of the distance between interconnections, necessary to promote the column's joint work. When comparing the results obtained with the normative prescriptions of Eurocode 3, Part 1-1 [25] and of the AISC [24], it was possible to observe that some predicted normative values are too conservative. In addition, both standards do not point to the influence of the column buckling mode regarding the maximum distance between the interconnections to promote the column's joint work. Finally, a methodology was proposed to determine the optimal distance between the interconnections of double cruciform columns with a cross section formed by angle bars with equal edges, based on the buckling modes of the columns, capable of promoting joint work in the column.
Palavras-chave:	Civil engineering Steel - Structures Metallic columns Structural analysis (Engineering) Stainless steel Engenharia civil Aço – Estruturas Colunas metálicas Análise estrutural (Engenharia) Aço inoxidável
Área(s) do CNPq:	ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
Idioma:	por
País:	Brasil
Instituição:	Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição:	UERJ
Departamento:	Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa:	Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação:	TORRES, Flávio Lacerda. Análise estrutural de colunas cruciformes formadas por cantoneiras de abas iguais em aço inoxidável submetidas à compressão axial. 2022. 249 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2022.
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
URI:	http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/19338
Data de defesa:	18-Mar-2022
Aparece nas coleções:	Mestrado em Engenharia Civil

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