Estudo numérico de vigas híbridas de aço submetidas à flexão
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Rodrigo Barreto Caldas
Renata Gomes Lanna da Silva
Renata Gomes Lanna da Silva
Resumo
Este trabalho apresenta um estudo do comportamento de vigas híbridas de aço com seção transversal do tipo I submetidas à flexão. Foram desenvolvidos e validados modelos numéricos em elementos finitos no software ABAQUS. Nos modelos, desconsidera-se a flambagem lateral com torção, uma vez que a viga será contida lateralmente, de maneira que somente as instabilidades locais estejam presentes e assim avaliadas. As análises foram divididas em duas etapas, a saber: primeiramente, realizou-se a análise de flambagem elástica para obter as cargas críticas de flambagem e os modos de flambagem das vigas compactas e esbeltas; posteriormente, efetuou-se a análise da capacidade resistente última das vigas considerando tensões residuais e imperfeições iniciais. Após definido o modelo numérico, desenvolveu-se a partir de uma linguagem de programação (Python) uma rotina para execução dos modelos e realizou-se um estudo de sensibilidade da resistência ao escoamento do aço da mesa. Além disso, com a finalidade de alinhar os resultados obtidos com a expectativa comercial das soluções, foram avaliados os custos de cada modelo numérico. Os resultados foram satisfatórios e, como esperado, mostraram que as vigas híbridas resistem a um esforço maior de momento fletor quando comparadas com suas vigas homogêneas correspondentes. Concluiu-se que as vigas híbridas, no geral, possuem uma resistência 33% maior do que as vigas homogêneas correspondentes, enquanto que o aumento no custo foi de apenas 3%.
Abstract
This work presents a study of I-shaped hybrid steel girders behavior subjected to bending. For
this purpose, numerical models with finite elements were developed and validated in the
ABAQUS software. In these models is not considered the lateral torsional buckling since the
beam will be restrained against out-of-plane translation, so only the local instabilities were
evaluated. The analyses were divided into two stages, namely: first, it was performed a
linearized eigenvalue buckling analysis to obtain the critical buckling loads and the buckling
modes; then, it was performed an analysis of the ultimate resistant capacity considering residual
stresses and initial imperfections. After defining the numerical model, the routine for running
the models was developed from a programming language (Python) and a sensitivity study of
the flange yield strength was carried out. Furthermore, the costs of the models were evaluated
in order to make in parallel the results obtained with the expectations of commercial solutions.
The outcomes obtained from the numerical models developed were satisfactory and, as
expected, showed that the hybrid steel girders resist a greater bending when compared with
their equivalent homogeneous beams. It was concluded that hybrid girders, in general, have a
resistance 33% higher than their equivalent homogeneous beams, while the increase in cost was
only 3%.
Assunto
Engenharia de estruturas, Aço - Estruturas, Vigas, Analise funcional não-linear
Palavras-chave
Vigas híbridas de aço, Instabilidade local, Seção transversal do tipo I, Análise não linear