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2023-11-03

Comparação entre a análise geométrica não linear e a teoria de segunda ordem para barras de aço sujeitas a torção

As estruturas de aço são normalmente constituídas por elementos esbeltos, para as quais a estabilidade desempenha um papel importante. Nesse contexto, a análise geométrica não linear (GNA) fornece resultados precisos, no entanto, a sua utilização traduz-se em maiores exigências computacionais. Consequentemente, simplificar o GNA seria conveniente na prática. Uma abordagem comum chamada teoria de segunda ordem (SOT) surge onde os esforços numéricos são reduzidos, preservando a precisão. Este estudo, então, tem como objetivo avaliar até que ponto os deslocamentos e as forças internas da deformação podem ser descritos com precisão segundo o SOT em vez do GNA, especificamente para cargas de torção e flexão que podem causar encurvadura por flexão-torção.

Autor
David Bonilla
Universidade

Universidade Bauhaus de Weimar

Foram realizadas várias análises numéricas utilizando o software comercial RFEM segundo os métodos SOT e GNA. Para as simulações, foram consideradas diferentes variáveis: 4 sistemas estruturais, 2 tipos de EF, 43 perfis (38 abertos e 5 fechados) e 3 cargas externas. Cada análise foi realizada 10 vezes, em cada uma as cargas externas são aumentadas até 100 % do valor máximo. Como resultado, foram analisadas as cargas críticas, os deslocamentos, os esforços internos e as tensões.

Verifica-se que a discrepância entre SO e GNA aumenta à medida que os deslocamentos aumentam. O mesmo comportamento é observado para as cargas, forças mais altas resultam em deslocamentos maiores e consequentemente, a variação aumenta entre as duas abordagens.

Para perfis fechados, foi encontrada baixa variação tanto dos deslocamentos como das forças internas. A análise também pode ser simplificada com a utilização de elementos de barra 1D. Está definido que para perfis fechados a rotação será limitada à capacidade da secção. Além disso, os perfis fechados apresentam um excelente comportamento à torção e, neste caso, o SOT pode ser utilizado com segurança como aproximação para o GNA.

Em última análise, como resultado do estudo, foi estabelecido um nível em que o SOT fornece resultados suficientemente fiáveis na forma de curvas de ajuste encontradas para os perfis IPE e HEB. As curvas de ajuste apresentam uma forma prática para estimar o tipo de análise que deve ser seguido para barras de aço sujeitas a flexão e torção. A aplicação de SOT ou GNA depende muito do perfil da secção e do nível de carga. Adicionalmente, as condições de fronteira e os tipos de carregamento desempenham um papel importante. O último mostrou que, mesmo para distribuições de carga diferentes, as curvas ainda fornecem uma boa estimativa. Além do mais, as curvas de ajuste IPE também podem ser úteis para perfis UPE.


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