Avaliação experimental e numérica de ligações tubulares tipo T constituídas de aço inoxidável austenítico

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Tipo do documento:	Dissertação
Título:	Avaliação experimental e numérica de ligações tubulares tipo T constituídas de aço inoxidável austenítico
Título(s) alternativo(s):	Experimental and numerical assessment on austenitic stainless steel tubular T-Joints
Autor:	Oliveira, Chrysthyan Rhayhan Souza de
Primeiro orientador:	Lima, Luciano Rodrigues Ornelas de
Segundo orientador:	Rodrigues, Monique Cordeiro
Primeiro membro da banca:	Silva, André Tenchini da
Segundo membro da banca:	Sarmanho, Arlene Maria Cunha
Resumo:	A utilização de perfis com seções tubulares já é uma realidade nas construções ao redor do mundo, em função das diversas vantagens construtivas, como por exemplo, a elevada resistência a esforços axiais, o que leva ao emprego desse tipo de seção em estruturas treliçadas, resultando em ligações tubulares. Aliado a isso, o aço inoxidável apresenta características únicas, como a elevada resistência à corrosão, e caso se utilize o aço austenítico, a elevada resistência mecânica, já sendo visto seu uso em estruturas offshore e dutos industriais. Em função dessas premissas, o presente trabalho tem como objetivo avaliar de maneira experimental e numérica o comportamento de ligações tubulares tipo T entre perfis de seções quadradas em aço inoxidável austenítico com valores propostos de β ≤ 0,8, buscando entender a influência dos parâmetros geométricos β (razão entre as larguras de montante e banzo) e 2γ (razão entre a largura do banzo e sua espessura) na resistência da ligação, além de identificar os modos de falha ocorridos e avaliar a aplicabilidade das equações normativas atuais que se baseiam em premissas do aço carbono. Um programa experimental foi desenvolvido para a realização de doze ensaios em ligações com seis configurações geométricas diferentes, resultando em protótipos com valores de 0,4 ≤ β ≤ 0,8, abrangendo de maneira gradual o limite preconizado pelo Eurocode 3, parte 1-8 para o modo de falha de plastificação na face superior do banzo (modo A). Juntamente a isso, realizou-se uma modelagem numérica utilizando o Método dos Elementos Finitos por meio do programa ANSYS, em que a partir dos resultados experimentais ocorreu a calibração dos modelos numéricos, garantindo a coerência dos resultados. Na etapa de análise paramétrica, em função dos 348 modelos desenvolvidos, em conjunto com os resultados obtidos experimentalmente, concluiu-se que tanto o parâmetro geométrico β quanto a espessura do banzo (t0) são críticos e tem influência direta na resistência das ligações tubulares, enquanto que não se encontrou uma relação proporcional para a influência do parâmetro 2γ. Observou-se que o modo de falha de plastificação na face superior do banzo é predominante nas ligações, contudo, existe a possibilidade da interação entre o modo A e a plastificação na face lateral do banzo (modo B), gerando um modo de falha combinado (A+B) para ligações com valores de 0,7 ≤ β ≤ 0,8. Após a realização de uma análise de confiabilidade, concluiu-se que tanto as equações para o modo A e modo B indicadas no Eurocode 3, parte 1-8 e pela NBR 16239 quanto em algumas formulações propostas na literatura resultam em dimensionamentos conservadores, não sendo aplicáveis para os casos analisados, e a partir disso, um novo fator de correção foi proposto, garantindo assim um projeto de ligações tubulares entre perfis de aço inoxidável austenítico viável.
Abstract:	The use of hollow structural sections is already a reality in construction worldwide due to the various constructive advantages, such as high resistance to axial forces, which allow its use in trusses, resulting in tubular joints. In addition, stainless steel has unique characteristics, such as high resistance to corrosion, and high mechanical resistance. Due to these properties, austenitic stainless steel is being adopted in offshore structures and industrial pipelines. Based on these topics, the present research aims to assess the experimental and numerical behaviour of austenitic stainless steel tubular T-joints with square hollow sections with β ≤ 0,8, seeking to understand the influence of β (ratio of brace width to chord width) and 2γ (ratio of chord width to chord thickness) parameters in joint resistance, in addition to identifying the failure modes that occurred and evaluating the applicability of current design equations that are based on carbon steel assumptions. An experimental programme was developed to carry out twelve tests on joints with six different geometric configurations, resulting in specimens with values of 0,4 ≤ β ≤ 0,8, gradually covering the limit recommended by Eurocode 3, part 1-8 for chord face failure (mode A). Along with this, numerical modelling was carried out using the Finite Element Method through the software ANSYS, and based on the experimental results, the numerical models were calibrated, ensuring the coherence of the results. In the parametric analysis, based on the 348 models developed, together with the experimental results, it was concluded that both the β parameter and the chord thickness (t0) are critical and have a direct influence on the resistance of tubular joints. At the same time, a proportional relationship was not found for the influence of the 2γ parameter. It was noticed that the chord face failure is predominant in the joints. However, there is a possibility of interaction between mode A and chord side wall failure (mode B), providing a combined failure mode (A+B) for joints with 0,7 ≤ β ≤ 0,8. After carrying out a reliability analysis, it was concluded that both the equations for mode A and mode B indicated in Eurocode 3, part 1-8, NBR 16239 and some formulations proposed in the literature result in conservative design, not applying to the cases analyzed, and with that, a new correction factor was proposed, ensuring an economical and safe design of austenitic stainless steel tubular T-joints.
Palavras-chave:	Engenharia civil Aço tubular - Estruturas Juntas (Engenharia) Aço austenítico Análise numérica Civil engineering Tubular steel structures Joints (Engineering) Austenitic steel 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:	OLIVEIRA, Chrysthyan Rhayhan Souza de. Avaliação experimental e numérica de ligações tubulares tipo T constituídas de aço inoxidável austenítico. 2024. 216 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrônica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2024.
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
URI:	http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/22725
Data de defesa:	2-Ago-2024
Aparece nas coleções:	Mestrado em Engenharia Civil

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