Proposição de uma curva de flambagem para perfis I soldados formados por chapas cortadas a maçarico

O presente trabalho objetiva desenvolver uma nova curva de flambagem que possa representar, de maneira mais adequada que as atuais curvas da NBR 8800, a resistência à flambagem de colunas com perfis I soldados de chapa cortada a maçarico. São feitas considerações sobre a resistência à compressão de perfis soldados, a partir de uma visão histórica da evolução dos estudos sobre a estabilidade até aos atuais critérios de curvas múltiplas de flambagem, adotados pelas normas modernas de projeto e cálculo de estruturas de aço, passando pelo estudo dos principais fatores que influenciam a resistência das colunas. É dada ênfase às tensões residuais, cujo padrão de distribuição, devido ao processo de fabricação que induz o aparecimento de tensões de tração nas bordas das mesas dos perfis formados com chapa cortada a maçarico, provoca um considerável aumento da resistência à compressão destes perfis. A NBR 8800, entretanto, a exemplo da ENV 1993 - 1.1, classificou todos os perfis I soldados na mesma curva, independente do processo de fabricação, não permitindo assim que se levasse em conta o padrão mais favorável de tensões residuais exibidos pelos perfis formados com chapas cortadas a maçarico. Um programa de computador capaz de executar análise não linear física e geométrica pelo M.E.F. é utilizado para gerar, juntamente com programas auxiliares de pré e pós-processamento, curvas de resistência última de perfis selecionados para representar uma gama de variedades de dimensões de seção transversal, tipos de aço e eixos em torno dos quais ocorre a flambagem. Apresenta-se o desenvolvimento da teoria geral utilizada na confecção do programa, que leva em conta imperfeições iniciais e a presença das tensões residuais auto-equilibradas na equações de equilíbrio do elemento, dentro de uma formulação Lagrangiana consistente. Com os resultados obtidos na análise numérica, é realizada uma análise estatistica, baseada no procedimento determinístico recomendado pelo SSRC, com o objetivo de desenvolver a nova curva de flambagem. É realizada também uma série de comparações com as atuais curvas da NBR 8800, juntamente com exemplos numéricos de utilização, com a intenção de demonstrar que a nova curva é capaz de representar, de maneira racional e econômica, a resistência à flambagem de perfis I soldados formados por chapas cortadas a maçarico.This dissertation proposes a new buckling curve that is able to predict flame-cut column strength better than the present NBR 8800. A historical review about the evolution of stability theories is developed, from Euler first works until the modern multiple curve criteria. A investigation of the factors that most influence the column strength is made, emphasizing the residual stresses, resulted from the fabrication process. Due to flame-cutting, flame-cut welded wide-flange shapes have tensile stress at the flange tips, that remains after welding. Flame-cut shapes, therefore, exhibit column strength greater than those manufactured fromuniversal mill plates. However, like ENV 1993-1.1, NBR 8800 has classified all welded wide-flange shapes in the same curves, regardless the manufacturing process. The NBR 8800 curves, therefore, do not permit taking into account the favorable residual stress pattern exhibited by flame-cut shapes. A consistent numerical analysis, which takes into account residual stress and initial imperfection, is performed with a software that allows physical and geometrical nonlinearities using the Finite Element Method. Several maximum strength curves, representing many different combinations of steel grade, size of shapes and buckling axes, are generated by the main software together with pre and posprocessors. A general theory, that was used in the main software development, is presented, based on a consistent Lagrangean formulation, using corrotational technique to obtain the tangent stiffness matrix. Based on the deterministic procedure recommended by SSRC, a statistical analysis is performed, in order to develop the new buckling curve. Several comparisons between the present NBR8800 curves and the new curve, together with numerical examples, are developed, showing that a more reliable and economical design can be achievedwith the new proposed buckling curve