Encurvadura local de barras por flexão segundo ADM 2020 no RFEM 6

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Uma secção de barra em alumínio composta por elementos esbeltos pode sofrer roturas por encurvadura local dos seus banzos ou alma antes de a barra atingir a sua resistência total. No módulo Dimensionamento de alumínio, estão disponíveis três opções para determinar a resistência à flexão nominal, Mnlb para o estado limite da encurvadura local ao dimensionamento de acordo com o Aluminium Design Manual [1].

  • F.3.1 Método da média ponderada

Este é o método mais utilizado nos exemplos do ADM e também a opção padrão no RFEM 6. O método da média ponderada combina resistências determinadas separadamente para cada elemento utilizando a equação F.3-1 da ADM 2020 [1].

  • F.3.2 Método da resistência direta

Neste método, a resistência à encurvadura local da secção como um todo é determinada por uma análise que inclui diretamente a interação dos elementos. Este método é o mais preciso e abrangente dos três métodos.

  • F.3.3 Método do elemento limite

Este método limita a resistência à flexão da barra com base na resistência à encurvadura local mais baixa de todos os elementos. Este método é geralmente menos preciso e mais conservativo, uma vez que não considera a interação entre os elementos.

Os três métodos utilizados na secção F.3 para determinar as resistências à encurvadura local referem-se às secções B.5.4 e B.5.5. Essas secções incluem a determinação da resistência de elementos em compressão uniforme e elementos em compressão por flexão. A resistência à encurvadura local depende ainda do facto de o elemento estar apoiado numa ou em ambas as bordas, além da relação largura-espessura, b/t.

Comparação dos resultados do RFEM utilizando os três métodos diferentes

A resistência à encurvadura local de uma viga de alumínio no Exemplo 3 da ADM é comparada com os resultados do RFEM utilizando os três métodos diferentes descritos anteriormente.

Para a viga de 16 m de comprimento, é utilizado uma secção AW 5 x 3,70 e o material 6061-T6 (B221). A viga tem um apoio lateral contínuo e um espaçamento de apoio vertical de 1,2 m no centro. Está a suportar uma carga permanente uniforme de 4,50 k/ft (Figura 2).

As propriedades da secção são apresentadas na Figura 3.

As tensões de encurvadura local do banzo e da alma são necessárias para determinar a resistência à flexão nominal da barra.

Tensão de encurvadura local de banzo

O banzo (um elemento plano apoiado numa borda) está em compressão uniforme. A sua tensão de encurvadura local é determinada de acordo com a secção B.5.4.1.

A relação de esbelteza, b/t é igual a [(3,5 in -0,19 in - 2*0,30 in)/2]/0,32 in = 4,234

O coeficiente de esbelteza, λ1 = 6,7, pode ser determinado através da equação listada na secção B.5.4.1 ou diretamente da Tabela 2-19 da parte VI.

Uma vez que b/t = 4,234 é inferior a λ1 = 6,7, o estado limite de elasticidade controla. Por isso, a tensão de compressão uniforme, Fc = Fcy = 35,0 ksi (Tabela A.4.1 & Tabela A.4.3).

Tensão de encurvadura local da alma

A alma (um elemento plano apoiado em duas bordas) está em compressão por flexão. A sua tensão de encurvadura local é determinada de acordo com a secção B.5.5.1.

A relação de esbelteza, b/t é igual a [(5,0 in -2*0,32 in -2*0,3 in)]/0,19 in = 19,789

O coeficiente de esbelteza, λ1 = 33,1, pode ser determinado através da equação listada na secção B5.5.1 ou diretamente da Tabela 2-19 da parte VI.

Uma vez que b/t = 19,789 é inferior a λ1 = 33,1, o estado limite de elasticidade controla. Por isso, a tensão de flexão e compressão, Fb = 1,5*Fcy = 1,5*35,0 ksi = 52,5 ksi (Tabela A.4.1 & Tabela A.4.3).

Os detalhes da verificação de dimensionamento no RFEM 6 fornecem as equações e referências utilizadas em cada método. A saída de resultados de cada método pode ser verificada facilmente.

  • Resistência nominal à flexão, Mnlb por F.3.1 Método da média ponderada
  • Resistência nominal à flexão, Mnlb por F.3.2 Método da resistência direta
  • Resistência nominal à flexão, Mnlb por F.3.3 Método do elemento limite

Este é o método utilizado no Exemplo 3 [1]. A diferença desprezável na relação de utilização é da Fórmula de viga utilizada para determinar o momento fletor máximo necessário.

Conclusão

Neste exemplo, as relações de verificação do método da média ponderada e do método da resistência direta são quase idênticas (0,657 e 0,662). E, como esperado, o método do elemento limitante é o mais conservativo e tem a maior relação de verificação de dimensionamento (0,749).

Autor

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Engenheiro de apoio técnico

O Cisca é responsável pelo apoio técnico ao cliente e pelo desenvolvimento contínuo de programas para o mercado norte-americano.

Palavras-chave

encurvadura local Barras de flexão Dimensionamento de alumínio

Referência

[1]   Aluminum Design Manual 2020

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  • Atualizado 11 de janeiro de 2023

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