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Tipo do documento: Dissertação
Título: Análise numérica de colunas tubulares quadradas constituídas de aços inoxidáveis austenítico, ferrítico e duplex
Título(s) alternativo(s): Numerical analysis of austenitic, ferritic and duplex stainless steels SHS columns
Autor: Pereira, Gabriel de Souza Cerveira 
Primeiro orientador: Lima, Luciano Rodrigues Ornelas de
Segundo orientador: Silva, André Tenchini da
Primeiro membro da banca: Burgos, Rodrigo Bird
Segundo membro da banca: Baságlia, Cilmar Donizeti
Resumo: Estruturas tubulares são largamente utilizadas na Europa, Sudeste Asiático, América do Norte e Austrália. Elas possuem uma alta eficiência estrutural, sendo bastante resistentes à esforços axiais, de torção e efeitos combinados. Estruturas tubulares são leves e possuem menor área de seção transversal em relação a seções abertas, proporcionando menores custos de proteção contra o fogo e manutenção da estrutura. O dimensionamento de estruturas tubulares em aço inoxidável, de acordo com as normas vigentes, baseia-se em analogias assumidas com o comportamento de estruturas de aço carbono, mesmo o aço inoxidável apresentando comportamento bastante distinto. Em detalhe, a curva tensão versus deformação do aço inoxidável não possui um patamar de escoamento bem definido, e ainda, é possível observar um comportando não linear iniciando-se em baixos valores de tensão. Além de não levar em consideração o comportamento não linear do aço inoxidável para o dimensionamento de estruturas tubulares, a norma europeia EN1993-1-4 utiliza a mesma curva de flambagem no dimensionamento de estruturas tubulares para os três tipos de aços inoxidáveis considerados nesta dissertação: austenítico, ferrítico e duplex. Esta dissertação objetiva estudar o comportamento estrutural de colunas constituídas de aços inoxidáveis austenítico, ferrítico e duplex submetidas à compressão axial, avaliando a curva de flambagem do EN1993-1-4, o dimensionamento pelo Método da Resistência Contínua (CSM) e pelo SCI-P413 e os limites de esbeltez da classe 3 para elementos comprimidos existentes na literatura. O estudo foi feito por meio de uma análise paramétrica com a utilização de um modelo numérico de análise não linear desenvolvido no programa ANSYS 22 e validado com base nos resultados experimentais presentes na literatura. O dimensionamento pelo EN1993-1-4 apresentou resultados conservadores, havendo diferença acerca do comportamento do aço inoxidável austenítico em relação dos outros tipos pois apresentou resistência para colunas com índice de esbeltez intermediária abaixo da curva de dimensionamento. O dimensionamento pelo CSM apresentou também resultados conservadores, porém melhores que o EN1993-1-4, principalmente para colunas curtas. O dimensionamento pelo SCI-P413 apresentou resultados mais seguros para o aço inoxidável austenítico, porém mais conservadores para os aços inoxidáveis ferrítico e duplex. Com base nos resultados, foi proposto um método de dimensionamento modificado baseado no dimensionamento do EN1993-1-4 para melhorar o dimensionamento de colunas, levando em consideração alteração nas curvas de dimensionamento, ficando mais próximas das curvas propostas pelo SCI-P413. Também foi concluído que o limite de esbeltez da classe 3 para elementos comprimidos proposto na literatura é mais adequado que o do EN1993-1-4.
Abstract: Hollow structural sections are widely used in Europe, Southeast Asia, North America, and Australia. They have high structural efficiency and present high strength when subjected to axial forces, torsion, and combined effects. Hollow sections are lightweight and have a smaller cross-sectional area than open sections, providing cost savings in fire protection, and maintenance. According to current standards, the design of stainless steel hollow structural sections is based on assumptions and analogies with the behavior of carbon steel structures, even though stainless steel exhibits significantly different behavior. Unlike carbon steel, the stress-strain curve of stainless steel does not have a well-defined yield plateau, and a nonlinear behavior can be observed even at very low-stress levels. In addition to not considering the nonlinear behavior of stainless steel for the design of hollow structures, the EN1993-1-4 uses the same buckling curve for the design of hollow structures for all three types of stainless steel studied in this dissertation: austenitic, ferritic, and duplex. This dissertation aims to study the structural behavior of austenitic, ferritic, and duplex stainless steel columns subjected to axial compression, evaluating the buckling curve according to EN1993-1-4, the Continuous Strength Method (CSM), and the SCI-P413, as well as the slenderness limits of Class 3 for compressed elements existing in the literature. The study was conducted through a parametric analysis using a nonlinear numerical model developed in the ANSYS 22 software, validated on experimental results available in the literature. Designing according to EN1993-1-4 yielded results higher than the numerical ones, with differences observed in the behavior of austenitic stainless steel compared to other types. The austenitic stainless steel columns with intermediate slenderness ratios exhibited resistances below the design curve according to EN1993-1-4. The CSM design results were also higher than the numerical values but were more accurate than EN1993-1-4, especially for stub columns. Design based on the SCI-P413 provided safer results for austenitic stainless steel but was more conservative for ferritic and duplex stainless steel. Based on the findings, a modified design method was proposed, building upon the EN1993-1-4 approach to improve column design. This method considers changes in the buckling curves, which become closer to the bucking curves proposed by SCI-. Additionally, it was concluded that the slenderness limits of Class 3 proposed in the literature for compressed elements are more suitable than those outlined in EN1993-1-4.
Palavras-chave: Engenharia civil
Aço tubular – Estruturas
Colunas
Aço inoxidável
Análise numérica
Civil engineering
Tubular steel structures
Columns
Steel, Stainless
Numerical analysis
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: PEREIRA, Gabriel de Souza Cerveira. Análise numérica de colunas tubulares quadradas constituídas de aços inoxidáveis austenítico, ferrítico e duplex. 2023. 133 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2023.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/20609
Data de defesa: 24-Ago-2023
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Civil

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