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2019-01-30

Análise de estabilidade de um pilar de aço de acordo com a norma EN 1993-1-1

Este artigo é sobre a análise de estabilidade de um pilar de aço com compressão axial de acordo com a EN 1993-1-1, cláusula 6.3.1. Adicionalmente, é realizado um estudo de variação visando a otimização do aço.

Sistema

A secção do pilar é uma secção oca quadrada. O sistema estrutural e a carga de cálculo são apresentados na Figura 01.

Dimensionamento,

Os pilares de aço apresentados na Figura 1 estão sujeitos a cargas específicas e a sua encurvadura por flexão será analisada. Uma vez que existe compressão axial no caso atual, o dimensionamento pode ser realizado de acordo com a EN 1993-1-1, secção 6.3.1. O dimensionamento de acordo com a análise de segunda ordem com contra-flecha também seria uma opção.

O objetivo é chegar a uma conclusão em termos de eficiência e analisar a aplicação de resistências superiores ao aço.

A tabela seguinte mostra as verificações correspondentes com o cálculo manual.

SecçãoQHP 260x8QHP 300x6QHP 250x6,3
MaterialS 235S 235S 550
Classificação
c/t28,54635,68
Área de secção [cm²]79,9570,1760,99
Tensão [kN/cm²]-12,51-14,25-16,40
Relação de tensões1,01,01,0
Fator do material1,01,00,65
C/t máx. Para Classe 1333321,57
C/t máx. Para Classe 2383824,84
C/t máx. Para Classe 3424227,45
Classe de secção144
Propriedades de secções efetivas
 0,810,97
 0,890,8
beff = ρ ∙ b [cm] 24,8117,98
A ou Aeff [cm²]79,9563,5149,79
Verificação da encurvadura por flexão
[kN]1745,662 089,141246,46
Npl = A ∙ fy ou Aeff fy [kN]1.878,831492,492738,45
1,040,851,48
Fator de imperfeição α0,21 (BC a)0,21 (BC a)0,13 (BC a0 )
Φ = 0,5 ∙ [1 + α (λ - 0,2) + λ²]1,130,931,68
0,6390,7690,404
[kN]1091,41043,41005,8
0,920,960,99

Todos os três pilares podem suportar a carga especificada. O pilar do meio tem maiores dimensões exteriores, mas é esbelto em relação às dimensões da secção transversal. A secção é, portanto, classificada na classe de secção 4 e o dimensionamento tem de ser realizado com a área de secção efetiva de acordo com a EN 1993-1-5. Isto resulta numa redução de 11% devido à encurvadura local. No entanto, as maiores dimensões externas têm um efeito positivo na carga crítica Ncr. Como resultado, este pilar tem uma relação de esbelteza mais favorável para a encurvadura por flexão.

No caso do pilar do meio (barra 2), cerca de 12% da área da secção transversal pode ser guardada em comparação com o pilar da esquerda que tem a mesma classe de aço.

No caso do pilar da direita (barra 3), cerca de 13% da área da secção transversal ainda pode ser reduzida em comparação com o pilar do meio. As dimensões menores têm um efeito negativo na carga crítica. Cerca de 20% da área da secção também é ineficaz devido à encurvadura local. A relação de esbelteza deste pilar é significativamente pior do que a das outros pilares, embora seja permitido calcular Ncr com a área da secção real. No entanto, o dimensionamento é cumprido devido à maior tensão de cedência.

Os resultados do dimensionamento com o RF-/STEEL EC3 são apresentados na Figura 02.


Ligações