Análise de estabilidade de perfis formados a frio com perfurações

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Publicada em 18/05/2016

Discente: Vinicius de Oliveira Faria

Resumo:

Os sistemas de armazenagem industrial são estruturas utilizadas para armazenar produtos manufaturados, conhecidos também como racks, fabricados em perfis formados a frio com perfurações ao longo do comprimento. Há poucos estudos que consideram a magnitude do furo, disposição e forma dos mesmos, bem como a influência destes na capacidade resistente dos elementos. O objetivo deste trabalho foi avaliar os modos de instabilidade local e distorcional, considerando a influência dos furos no comportamento estrutural do perfil por meio de análises numéricas e experimentais. O estudo numérico foi realizado em elementos finitos via programa ANSYS e calibrado pela Teoria Generalizada de Vigas através do software GBTul. A maior divergência verificada foi de 4% entre as modelagens. O programa experimental foi composto por 18 ensaios sob carregamento axial centrado com o objetivo de medir os deslocamentos associados aos modos de flambagem local e distorcional. A carga última e os modos de colapso numéricos foram obtidos e comparados com os resultados experimentais, indicando a viabilidade na avaliação do comportamento pós crítico dos protótipos. A uniformidade nos resultados foi verificada, com pequena dispersão ocasionada por fatores de experimento. A existência dos furos acarreta em redução da carga última das colunas com a identificação do modo local somente entre as perfurações. Porém, esse último não influenciou na capacidade resistente das mesmas, predominando em todos os casos, o modo distorcional. Este novo modo de instabilidade difere da flambagem local e foi abordado neste trabalho como modo localizado de placa. A fim de se observar o desenvolvimento do mesmo, foi realizado um estudo paramétrico com variações de furos a partir de uma chapa plana e perfil tipo rack. Para os modelos, cujo comprimento médio dos furos é superior a 50% da largura da alma, o modo local inicia-se na região destes ocorrendo uma acentuada redução da carga crítica em relação às perfurações menores.

Abstract:

Industrial Storage Systems, usually called racks, are structures usually built using cold formed perforated steel uprights, called "rack sections". There are just a few studies that consider holes parameters such as size, shape and distribution along upright length in the behavior and resistance of sections. The main target of this research is to evaluate the occurrence of local and distortional buckling modes in rack sections, by numerical and experimental analysis. Numerical analysis was carried out by finite element software ANSYS, and the Generalized Beam Theory (GBT) by software GBTul was used as a reference to columns without holes, and the divergence of results were less to 4%. Experimental analysis was carried out by 18 tests under axial loading and the occurrence of local and distortional modes and the ultimate resistance were obtained. These results were compared to numerical ones, and the good agreement between them indicate the validity of numerical analysis to evaluate the post buckling behavior of rack uprights even with some dispersions between numerical and experimental results due to experimental imperfections. The holes induce some reduction in the ultimate load and, for relatively large perforations it can occur a buckling mode concentrated in perforated region despite the distortional buckling mode prevailing in terms of ultimate resistance. The new observed mode was called "Localized Plate Buckling", and was analyzed by a parametric study in order to evaluate its occurrence. It was observed that holes with length bigger than 50% to plate width induce the "Localized Plate Buckling" and a reduction in buckling load bigger than the reduction observed to perforations smaller than 50% to plate width. Keywords: Steel structures, Structural instability, Cold formed steel, Distortional mode, Racks.

Palavras-chave:

Estruturas metálicas, Instabilidade estrutural, Perfis formados a frio, Modo distorcional, Racks

Áreas de Concentração:

- Mestrado: Construção Metálica

Orientadores:

- Arlene Maria Cunha Sarmanho
- Flávio Teixeira de Souza

Banca Examinadora:

Profa. Arlene Maria Cunha Sarmanho, UFOP (Presidente)
Prof. Flávio Teixeira de Souza, IFMG
Prof. Luciano Rodrigues Ornelas de Lima, UERJ
Prof. Francisco de Assis das Neves, UFOP

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