ESTRUTURAS TUBULARES E FLAMBAGEM DE COLUNAS · 10/3/2016 1 ESTRUTURAS TUBULARES E FLAMBAGEM DE...

10/3/2016

1

ESTRUTURAS TUBULARES

E

FLAMBAGEM DE

COLUNAS

P R O F . L U C I A N O R . O R N E L A S D E L I M A

l u c i a n o l i m a u e r j @ g m a i l . c o m

2

SUMÁRIO

Introdução

Características Geométricas

Processos de Fabricação

Ensaios em Laboratório

Perspectivas para o Futuro

Ferramentas Computacionais

Conclusões

mailto:[email protected]

10/3/2016

2

3

INTRODUÇÃO

Durante muitos anos perfis em aço foram

desenvolvidos para a máxima eficiência

Seções I foram geradas de forma que elementos

comprimidos e tracionados fossem alocados apenas

onde necessário

Vigas I laminadas a quente

Vigas I soldadas

Resistência a compressão muito maior em um

determinado eixo pouca eficácia para colunas

4

INTRODUÇÃO

Para resistências semelhantes em relação aos dois

eixos principais da seção colunas e componentes

comprimidos de treliças de grandes vãos

Seções ideais tubulares

circulares quadradas retangulres

ovais

elípticas

10/3/2016

3

5

INTRODUÇÃO

Tubos → excelentes propriedades mecânicas e

estruturais

Produção industrial somente foi iniciada no início dos

anos 60 na Inglaterra

Alguns exemplos na natureza evidenciam as

excelentes propriedades geométricas destes perfis

como elemento resistente à compressão, tração,

flexão e, principalmente, torção

6

INTRODUÇÃO

10/3/2016

4

7

INTRODUÇÃO

Além do seu excelente comportamento estrutural,

suas formas tornam este tipo de concepção bastante

atrativa do ponto de vista arquitetônico e visual

Estação Metrô

Cidade Nova

8

INTRODUÇÃO

Vila Nova de Gaia, Portugal Ripshorster Bridge, Alemanha

10/3/2016

5

9

INTRODUÇÃO

Allianz Arena -

Alemanha

10

INTRODUÇÃO

Brasília

Fortaleza

10/3/2016

6

11

INTRODUÇÃO

12

INTRODUÇÃO

10/3/2016

7

13

INTRODUÇÃO

Bangcok

14

INTRODUÇÃO

Santos Dumont

10/3/2016

8

15

INTRODUÇÃO

Habitações

Offshore

16

INTRODUÇÃO

Shopping Bosque dos Ipês

Mato Grosso do Sul

10/3/2016

9

17

INTRODUÇÃO

Torres Eólicas

http://www.renewableuk.com/

18

CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS

Curvas tensão versus

massa

Elevada resistência e

baixo peso próprio

Soluções leves →

maior resistência →

torção, cargas axiais

e efeitos combinados

→ maior economia

10/3/2016

10

19


Além disso, a maior resistência a flambagem das

barras possibilita o uso de maiores vãos livres com

significativa redução do número de pilares e

contraventamentos

20


Maiores vãos livres

10/3/2016

11

21


• Tubo x Seção Aberta

Seções tubulares menor área superficial

menores custos de pintura e proteção

contra o fogo

Facilitando os serviços de manutenção

Menor coeficiente de arrasto quando

exposto à ação do vento e da água

22

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

Em 1886 → os irmãos

Mannesmann desenvolveram

uma técnica de fabricação de

seções tubulares espessas sem

costura

Esta técnica, aliada ao processo

desenvolvido por Pilger anos mais

tarde, tornou possível a obtenção

de seções tubulares de paredes

finas sem costura

10/3/2016

12

23


Laminação Contínua (sem costura)

Aquecimento de um lingote de aço bruto

Laminador perfurador para ser moldada na forma

tubular → mandril perfurador é inserido no centro do

lingote através do seu eixo longitudinal

24


10/3/2016

13

25


Solda → indução a alta frequência

A corrente de alta frequência é induzida para o tubo com a costura aberta

através de uma bobina de indução localizada a frente do ponto de solda

formando um V aberto, cujo vértice está à frente deste ponto, não havendo

contato entre a bobina e o tubo

A bobina age como o primário de um transformador de alta frequência e o

tubo com a costura aberta como um secundário de uma volta

Os rolos de soldagem forçam a união das bordas completando a soldagem

26


10/3/2016

14

27

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20

Lo

ad

(kN

)

Displacement (mm)

TR03

TR02

TR06

ENSAIOS DE COLUNAS EM LABORATÓRIO

Mostrar vídeo – Coluna_Longa.mov

x

y

x

y

839kN

936kN

1059kN 110x80x6,3mm

• Estruturas em Aço Carbono

Flambagem global

28


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 5 10 15 20 25 30

Heig

ht

(mm

)

Lateral Displacement (mm)

1.26

103.34

200.25

300.14

400.75

500.34

600.69

699.34

800.87

962.34

937.54

912.51

887.28

862.85

837.76

812.78

787.90

747.97

705.52

(in kN)


10/3/2016

15

29


Mostrar vídeo – Coluna_Curta.mov

x y

x

y

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 10 20 30 40 50

Lo

ad

(kN

)

Displacement (mm)

TR09_A

TR07_A

TR08_A_C

TR10_A_C

TR11_A_C_B

TR12_A_C_B


Flambagem local

30

ENSAIOS DE COLUNAS EM LABORATÓRIO • Estruturas em Aço Carbono

10/3/2016

16

31


0

200

400

600

800

1000

1200

-13000 -11000 -9000 -7000 -5000 -3000 -1000 1000

Strain-2

Strain-4

Strain ()

Lo

ad

(kN

)

0

200

400

600

800

1000

1200

-30000 -20000 -10000 0 10000

Strain-1

Strain-3

Strain () L

oad

(kN

)


32

ENSAIOS DE COLUNAS EM LABORATÓRIO • Estruturas em Aço Carbono

0

200

400

600

800

1000

1200

-25000 -15000 -5000 5000

Strain-1

Strain-3

Strain ()

Lo

ad

(kN

)

0

200

400

600

800

1000

1200

-25000 -15000 -5000 5000

Strain-2

Strain-4

Strain ()

Lo

ad

(kN

)

10/3/2016

17

33

DIMENSIONAMENTO

Curvas de flambagem

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.5 1 1.5 2 2.5

c

l0

Eurocode 3 - curva a

Eurocode 3 - curva c

NBR8800

NBR8800 com ga1=1,1

NBR16239

NBR16239 com ga1=1,1

Nb = ( c x Ag x fy ) / a1


34

DIMENSIONAMENTO Nb = ( c x Ag x fy ) / a1


10/3/2016

18

35

PERSPECTIVAS PARA O FUTURO

• Estruturas em Aço Inoxidável

Colunas Mistas

Resultados Experimentais

Resultados Numéricos

Análise Paramétrica

36



Colunas Mistas

10/3/2016

19

37



Colunas em cantoneiras

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8

Ca

rga

[k

N]

Deslocamento [mm]

L_1000

L_500

L 64x64x6,4mm

x

y

38




L 64x64x6,4mm

Flambagem local Flambagem global

10/3/2016

20

39




L 64x64x6,4mm

Flambagem local

40




L 64x64x6,4mm

Flambagem global

10/3/2016

21

41



Colunas em tubos

50x50x2mm

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.5 1 1.5 2

Ne

f [k

N]

Esbeltez Normalizada λ

EC3

ANSYS

500 mm

700 mm

1000 mm

1500 mm

1800 mm

42

DIMENSIONAMENTO

Modelos Estruturais

10/3/2016

22

43

DIMENSIONAMENTO

Ensaios Experimentais

Cooperação com Prof. A. Bussbaumer e L.

Borges - Lausanne (Experimental +

Numérico)

44

DIMENSIONAMENTO

Modelos Numéricos

10/3/2016

23

45

DIMENSIONAMENTO

Modos de Falha - Ligações

46

DIMENSIONAMENTO


Cooperação com Prof. Choo - Singapore

(Experimental + Numérico)

10/3/2016

24

47

DIMENSIONAMENTO

Tipos de Ligações

48

DIMENSIONAMENTO


10/3/2016

25

49

DIMENSIONAMENTO

Modos de

Falha -

Ligações

Local buckling in compression brace

50

DIMENSIONAMENTO

Parâmetros de Geometria


0 030 90

1

0

0,2 1,0d

d

00

0

10 50d

t

10 50ii

i

d

t

0

0

252

d

t

10/3/2016

26

51

DIMENSIONAMENTO

Resistência das Ligações


52

DIMENSIONAMENTO

Resistência das Ligações


10/3/2016

27

53

PESQUISA

Ligações Tubulares

Avanços → Norma Brasileira

NBR16369

Análises Numéricas → calibradas

com resultados experimentais

Critério de Deformação Limite

Análises Paramétricas

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15 20 25 30 35

Displacement (mm)

Lo

ad

(k

N)

T1 - Lie et al. [10]

T1RA4Nx2MATWELDSOLID

T1RA4Nx2MATWELDOUT

T1RA4Nx2MATWELDSHELL

EC3

Deformation limit

Cooperação com Prof. Luis Neves – Coimbra

54

PESQUISA

10/3/2016

28

55

PESQUISA

Ligações RHS x CHS K

Ligações RHS x CHS KT

Cooperação com Profa. Arlene – UFOP

56

PESQUISA

Ligações RHS x CHS K

10/3/2016

29

57

PESQUISA

Ligações CHS x CHS T

58

PESQUISA

Ligações CHS x CHS K

0

400

800

1200

1600

2000

0 5 10 15 20 25 30

Axial displacement (mm)

Lo

ad

(k

N)

1 - right diagonal

(compression)2 - left diagonal (tension)

EC3 ultimate load

Lu et al - ultimate strength

Lu et al - serviciability

strength

Ns = 1550kN Nu = 1650kN

10/3/2016

30

59

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 20 40 60 80 100Modelos

Cb,ip/Sj,ini

Cb,ip/Sj,ini

C*b,ip/Sj,ini

PESQUISA

Ligações CHS x Perfil I

60

0

25

50

75

100

125

150

175

200

225

0 2 4 6 8 10

Deslocamento (mm)

Fo

rça (

kN

)

Coluna Curta com Enrijecedor Coluna Curta sem Enrijecedor

210kN

70kN


Estruturas c/ Aço Inoxidável

Colunas

Resultados numéricos

Análise paramétrica

RT1L650

RS1J500

10/3/2016

31

61

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Car

ga [

kN]

Deslocamento [mm]

Numérico

Experimental


•Ligações Tubulares Aço Inox

• Aço Inoxidável – Cooperação com Prof.

Ben Young - Hong Kong (Experimental)

Avanços → Desenvolvimento de Norma

Brasileira

Análises Numéicas → calibradas com

resultados experimentais

Critério de Deformação Limite

Análises Paramétricas

Ligações T RHS x RHS

62


Testes in loco, em Laboratório e Simulações MEF

10/3/2016

32

63

PRODUÇÃO BRASILEIRA DE AÇO POR SETOR

64

FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS - SMARTHPONES

10/3/2016

33

65

FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS - COMPUTADORES

66

CONCLUSÕES

Tubos Natureza Seções ideais colunas e

componentes comprimidos de treliças de grandes vãos

Resistentes a compressão, tração, flexão e,

principalmente, torção

Normas relativamente recentes

Muitas aplicações mais variados tipos de estruturas

Ligações tubulares soldadas cuidados especiais

dimensionamento e fabricação

Arquiteto Siegbert Zanettini

10/3/2016

34

OBRIGADO!!!!!!

P R O F . L U C I A N O R O D R I G U E S O R N E L A S D E L I M A

l u c i a n o l i m a u e r j @ g m a i l . c o m

mailto:[email protected]

ESTRUTURAS TUBULARES E FLAMBAGEM DE COLUNAS · 10/3/2016 1 ESTRUTURAS TUBULARES E FLAMBAGEM DE...

Documents

Transcript of ESTRUTURAS TUBULARES E FLAMBAGEM DE COLUNAS · 10/3/2016 1 ESTRUTURAS TUBULARES E FLAMBAGEM DE...