Non-linear analysis of cold formed steel compression members with stiffened cross-secions

Orientadores: Cilmar Donizeti Basaglia, João Alberto Venegas RequenaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: Devido aos elevados níveis de esbeltez frequentemente exibidos pelas barras de aço formadas a frio, a sua eficiência estrutural é fortemente condicionada pela ocorrência de fenômenos de instabilidade (flambagem) locais, distorcionais e/ou globais. Uma forma de aumentar a resistência dessas barras às instabilidades locais e distorcionais, consiste na inclusão de enrijecedores longitudinais intermediários nas placas/paredes que compõem a seção transversal do barra (quase sempre na alma, mas muitas vezes também nas mesas) ¿ a maioria destes enrijecedores intermediários exibem configurações dos tipos em V, Trapezoidal, e em Z. Estes enrijecedores intermediários reduzem a "esbeltez local" das paredes que compõem as seções transversais do perfil, na medida em que elas ficam subdivididas em segmentos de menor largura. Assim, a elaboração, validação e calibração de metodologias e fórmulas de dimensionamento para tais barras requer a aquisição de um conhecimento aprofundado sobre os seus comportamentos de estabilidade e pós-flambagem, o que envolve identificar os modos de instabilidade relevantes, calcular as tensões de bifurcação que lhes estão associadas e determinar as correspondentes trajetórias de pós-flambagem e capacidades resistentes. O objetivo deste trabalho é apresentar e discutir os resultados de uma investigação numérica que consiste em avaliar a estabilidade e a pós-flambagem de barras de aço formados a frio, submetidas à compressão axial uniforme, com seções do tipo C e exibindo enrijecedores longitudinais intermediários na alma e/ou nas mesas. Por meio de um estudo paramétrico utilizando a Teoria Generalizada de Vigas (Generalised Beam Theory em inglês - GBT), procura-se identificar o "enrijecimento ótimo", avaliando-se a influência da quantidade, dimensão e do tipo dos enrijecedores nos valores de carga crítica e nas configurações dos correspondentes modos de instabilidade. Em seguida, são realizadas análises de pós-flambagem, em regime elasto-plástico, através de elementos finitos de cascas, proporcionando uma maior compreensão dos aspectos mecânicos relativos ao comportamento não-linear destas barras enrijecidosAbstract: Due to the high slenderness of their walls, the structural efficiency of cold-formed steel members is strongly conditioned by the occurrence of local, distortional and/or global buckling phenomena. One possible way of improving the column resistance against the local and distortional failures consists in the inclusion of longitudinal intermediate stiffeners in the walls of the member cross-section (usually in the web, but often also at the flanges) ¿ most of these intermediate stiffeners exhibit shapes of the types in V, Trapezoidal and Z. These intermediate stiffeners reduce the wall local slenderness that compose the member cross-sections, once they are subdivided into segments of smaller width. Thus, the elaboration, validation and calibration of procedures and design formulae for such members require the acquisition of in-depth knowledge about their buckling and post-buckling behaviours, which involve (i) identifying the relevant buckling modes, (ii) evaluating the associated bifurcation stresses and (iii) determining the corresponding post-buckling equilibrium paths and ultimate strengths. The objective of this work is to present and discuss the numerical investigation results, which consist of assessing the buckling and post-buckling behaviours of cold-formed steel members, subjected to uniform axial compression, with lipped channel cross-section and exhibiting longitudinal intermediate stiffeners at the web and/or flanges. Through a parametric study, using the Generalised Beam Theory (GBT), was sought to finding the "optimal stiffening", which permitted evaluating the influence of the amount, size and type of the stiffeners on the critical buckling loads and the corresponding buckling mode shapes. Then, post-buckling analyses were performed in elastic-plastic regime, by means of shell finite element models, providing a better understanding of the mechanical aspects of the nonlinear behavior of these stiffened membersMestradoEstruturas e GeotécnicaMestre em Engenharia Civi