Numerical assessment of fixed-ended short-to-intermediate stainless steel starred hot-rolled equal-leg angle sections built-up columns

Abstract

Os aços inoxidáveis austenítico e duplex são escolhidos para uma vasta gama de construções devido às suas notáveis características como, por exemplo, elevada resistência à corrosão, durabilidade, resistência e apelo estético. Contudo, as diretrizes de projeto atuais do Eurocódigo 3: Parte 1.4, específico para estruturas de aços inoxidáveis, frequentemente baseiam-se em analogias com o comportamento do aço carbono, o que pode não ser adequado, devido às características específicas do material, como o seu comportamento não-linear. Adicionalmente, seções cantoneira de abas iguais são comumente empregadas em aplicações estruturais, particularmente para colunas de comprimentos curtos a intermediários, que exibem comportamentos estruturais distintos. A geometria de sua seção transversal, caracterizada pelo encontro das linhas média (baixa rigidez torcional) e centroide não alinhado com o centro de cisalhamento, afeta o comportamento pós-flambagem das colunas, devido à interação entre deslocamentos ao redor dos eixos de maior e menor inércia, influenciando diretamente a resistência final do elemento. Neste contexto, a utilização de uma seção cruciforme, formada pela união de duas seções cantoneira de abas iguais conectadas pelo canto – alinhando o centroide e o centro de cisalhamento, emerge como uma solução eficiente para mitigar o deslocamento nos eixos de maior e menor inércia durante o comportamento pós-flambagem, resultando em uma estrutura mais estável. Com o objetivo de abordar as lacunas relacionadas ao uso de aços inoxidáveis e à aplicação de colunas com seção cruciforme, este estudo realiza uma investigação numérica sobre colunas com apoios fixos constituídas de aços inoxidáveis austenítico e duplex com seções cruciforme (tanto soldadas quanto parafusadas) de comprimentos curtos a intermediários, portanto suscetíveis à flambagem torsional. Um modelo de elementos finitos sólido foi desenvolvido e validado com resultados experimentais para examinar: (i) o comportamento de flambagem elástica das colunas, (ii) os caminhos de equilíbrio no comportamento elástico pós-flambagem, (iii) a sensibilidade à imperfeição geométrica inicial, (iv) a influência das propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis austenítico e duplex, e (v) obter a carga máxima das colunas. Uma análise paramétrica foi realizada, considerando seções transversais compactas típicas de cantoneiras de abas iguais (ou seja, b/t < 20) e selecionando comprimentos de colunas – com base no comportamento de flambagem elástica – propensas à falha por flambagem torsional. Por fim, (vi) a resistência última numérica obtida é usada para avaliar se as disposições de cálculo do Eurocódigo 3: Parte 1.4, especificamente a curva de flambagem “b”, prevê com precisão a carga última. As discrepâncias encontradas entre a carga última numérica e a resistência à flambagem por torção prevista pelo Eurocódigo indicaram um conservadorismo desnecessário. Consequentemente, propõe-se duas modificações ao código europeu, incluindo uma reclassificação da seção e uma modificação da curva de flambagem “b” usada atualmente para o dimensionamento desses elementos estruturais.