A flambagem local de placas sempre foi assunto de interesse nas estruturas de aço, devido ao uso constante de placas esbeltas compondo as seções transversais das peças estruturais. Do levantamento bibliográfico realizado observou-se uma grande preocupação no entendimento desse fenômeno e sua caracterização, principalmente, nas barras com seções de chapas finas formadas a frio. Entretanto, nos perfis estruturais convencionais, soldados e laminados, a flambagem local também é um fenômeno estrutural importante, tanto sob o ponto de vista comportamental, alterando a geometria da peça, quanto sob o ponto de vista de resistência, pois altera a capacidade resistente última.
De modo geral, observa-se que os estudos e pesquisas desenvolvidos até o presente caminha ram no sentido de buscar formas alternativas, aproximadas, para resolver e entender o problema da flambagem local de perfis estruturais. Normalmente, nesses trabalhos, a abordagem é feita pela busca de um método aproximado de se considerar as não- linearidades existentes, ou na elaboração de técnicas numéricas que incorporem alguma particularidade do problema. Alguns sugeriram novas formas de aproximação para as considerações normativas, como novos coeficientes para consideração das tensões residuais ou novas equações para a largura efetiva.
Na maior parte dos estudos teóricos, a consideração dos fatores de influência é feita desassociada, ou seja, são analisados separadamente os efeitos de cada um dos fatores sem considerar a influência conjunta, como por exemplo, das imperfeições geométricas iniciais em placas com tensões residuais, a pós-flambagem de perfis estruturais de aço com comportamento elasto-plástico, etc.
No âmbito experimental, não se encontrou na literatura estudos que permitissem uma compreensão geral do fenômeno, com a medição de todos os parâmetros de influência, e o acompanhamento e a descrição total do comportamento até o colapso. Os estudos experimentais encontrados procuravam sempre inferir apenas um desses fatores de influência.
Por questões econômicas, muitas vezes não é possível efetuar o estudo e a compreensão de um comportamento estrutural. Além disso, em muitos casos, observa-se que a determinação de todos os fatores é difícil nos ensaios experimentais e existem limitações econômicas, principalmente em ensaios até o colapso, e físicas, de medição e acompanhamento.O fato de se fazer uma simulação numérica já pressupõe uma aproximação ao modelo real, porém, com os recursos computacionais disponíveis hoje em dia, é possível que essa modelagem considere praticamente todos os aspectos físicos importantes ao problema, permitindo a avaliação de estruturas com praticamente todos os fatores de não- linearidades desejados e com grande precisão.
Neste trabalho, pretende-se realizar uma análise numérica da flambagem local de barras estruturais de aço axialmente comprimidas, através do uso do programa ABAQUS, versão 6.5-1, considerando as tensões residuais, as imperfeições geométricas iniciais e as não- linearidades de material, objetivando contribuir na compreensão do fenômeno da flambagem local, principalmente quanto aos perfis estruturais. Para o estudo pretende-se desenvolver uma metodologia de abordagem, implementação e verificação dos diversos fatores, que possibilitem validar os resultados pelo acompanhamento e controle dos parâmetros por outros que sejam conhecidos da literatura, ou por inferência de resultados através de aproximações comportamentais.
Essa metodologia poderá então ser adaptada e estendida a praticamente todos os fatores de colapso estrutural das barras de aço, permitindo a análise do comportamento generalizado e a obtenção de resultados satisfatórios. Dessa maneira será possível fazer uma avaliação da validade e confiabilidade das aproximações dos métodos de estudo alternativos da literatura e a verificação e melhoria na formulação dos procedimentos das normas de projeto vigentes.
Os perfis estruturais adotados pelas normas para barras submetidas à compressão uniaxial uniforme, são os perfis I duplamente simétricos, os perfis U, os perfis caixão, os perfis T e as cantoneiras de abas iguais. Os perfis I e U são compostos por dois tipos de placas distintas quanto à vinculação de suas bordas longitudinais, sendo o primeiro tipo a placa vinculada nas duas bordas longitudinais e o segundo a placa vinculada em uma borda longitudinal e livre na outra. O perfil caixão é composto apenas por placas
vinculadas nas duas bordas longitudinais. O perfil T e as cantoneiras de abas iguais são formados apenas por placas vinculadas em uma borda longitudinal e livre na outra.
Considerando que os perfis I e U são mais representativos para a análise do que o perfil caixão, pois possuem os dois tipos de placa e permitem a verificação da interação entre elas, e que o perfil I é normalmente mais utilizado nos projetos estruturais que o perfil U, e fazendo-se essa mesma consideração para as cantone iras em relação ao perfil T, optou-se neste trabalho por considerar o estudo dos seguintes perfis estruturais:
- perfis I duplamente simétricos, constituídos por uma placa vinculada nas duas bordas longitudinais (alma) e por quatro placas vinculadas apenas em uma borda longitudinal (meias- mesas), figura 1.5-a;
- cantoneiras de abas iguais, formadas por duas placas idênticas vinculadas apenas em uma borda longitudinal, figura 1.5-b.
Meia-mesa (placa
vinculada em uma borda longitudinal)
Alma (placa
vinculada nas duas bordas longitudinais) (a) Perfil I duplamente simétrico
Aba (placa
vinculada em uma borda longitudinal) (b) Cantoneira de abas iguais Figura 1.5 – Elementos constituintes dos perfis estruturais.
Inicialmente, foi realizado um estudo aprofundado dos conceitos fundamentais envolvidos no problema da instabilidade de barras de aço, que permitisse uma compreensão do fenômeno e das formas como o mesmo deve ser abordado. No capítulo 2 tem-se a descrição desses conceitos, podendo-se ressaltar os seguintes tópicos principais de estudo:
- análise de estabilidade; - estabilidade de placas; - estabilidade de seções; - tensões residuais;
- normas e especificações de projeto;
- estudo dos procedimentos e formas de análise pelo ABAQUS.
Este último item é de extrema importância pois estabelece uma familiaridade com os procedimentos de entrada e saída de dados pelo ABAQUS, permite uma compreensão dos métodos de análise empregados, com suas potencialidades, limitações e particularidades, e principalmente quanto ao controle dos parâmetros envolvidos, e garante uma confiabilidade nos resultados obtidos.
No capítulo 3 é feito um estudo da estabilidade de placas isoladas com o objetivo de se verificar a adequabilidade da metodologia de implementação dos modelos, dos parâmetros de controle e da acuidade dos resultados, uma vez que o comportamento das placas tem sido exaustivamente estudado e existem diversos resultados teóricos, numéricos e experimentais na literatura.
No capítulo 4 tem-se a aplicação da sistemática de análise desenvolvida para as placas aos perfis estruturais. O procedimento inicia-se com estudo de casos simples encontrados na literatura, algumas vezes para seções diferentes das apresentadas na figura 1.5, mas que permitem verificar e calibrar a forma de implementação e análise dos modelos e servem em alguns casos como parâmetros de inferência para os perfis objetos deste estudo. O acoplamento das não- linearidades aos modelos é gradual, de modo a permitir um acompanhamento dos problemas específicos, inerentes a cada perfil, e suas soluções, de modo a permitir um controle sobre todo o processo.
Por fim, no capítulo 5 é feita uma análise qualitativa e quantitativa dos resultados obtidos e comparação destes com resultados análogos disponíveis na literatura e também com a aplicação das normas em vigor. São apresentadas as conclusões do estudo e as sugestões para futuras contribuições.