Aplicação informática para verificação de perfis enformados a frio segundo a EN1993-1-3

Os perfis enformados a frio estão em crescente uso na indústria da construção, utilizados como estruturas secundárias e primárias, por apresentar resistência em relação ao baixo peso, facilidade de utilização em obra e sustentabilidade. A norma europeia EN1993-1-3, também adotada em Portugal, que apresenta as especificações normativas sobre o uso estrutural de perfis enformados a frio é de difícil aplicação para os projetistas devido à quantidade e complexidade de cálculos para que sejam efetuadas as verificações de segurança necessárias, pelas limitações dos programas informáticos e complexidade de compreensão dos fenómenos da instabilidade local e distorcional que condicionam o comportamento deste tipo de secções, classificadas como de classe 4. O presente trabalho procura explicar os procedimentos do eurocódigo e os seus aspetos mais controversos, como, por exemplo, o processo de cálculo da distribuição de tensões numa secção arbitrária constituída por segmentos retos, o cálculo de larguras efetivas e espessuras reduzidas e as verificações de segurança em termos de resistência e estabilidade global requeridos pela norma. O principal objetivo deste trabalho é o desenvolvimento um programa de cálculo para verificar barras com secções de classe 4 que tenha a abrangência das especificações do Eurocódigo (EC3-1-3), que possa auxiliar engenheiros no processo de projeto, dimensionamento e verificação regulamentar de estruturas metálicas que utilizem este tipo de secções. Para isso foi criada uma aplicação informática, em ambiente Windows®, que está ligada ao programa Autodesk® Robot Structural Analisys® para obtenção de dados de cálculo e executar os cálculos de secções efetivas e verificações de segurança de acordo com a norma europeia. São apresentados diagramas de blocos com a sequência do procedimento de cálculo das várias fases de cálculo de secções efetivas e de verificação de barras, com vista a mostrar a lógica de funcionamento interno da aplicação criada no âmbito deste trabalho. Por fim desenvolve-se um manual de utilização da aplicação e um exemplo comparativo, de cálculo das propriedades efetivas de uma secção, entre os resultados do programa e documentos de referência com cálculos manuais

Dimensionamento de Uma Cobertura em Elementos Estruturais de Aço Enformados a Frio

O presente relatório versa sobre a análise e dimensionamento de estruturas de aço enformadas a frio. Devido a serem estruturas de elevada esbelteza, frequentemente denominadas “estruturas de aço leve”, apresentam fenómenos de instabilidade tanto a nível local como global, sendo da perspetiva regulamentar abrangidas pelo Eurocódigo 3, nomeadamente pelas Partes 1-1, 1-3 e 1-5. A Parte 1-3 do Eurocódigo 3 diz respeito às regras suplementares de elementos de aço enformados a frio, na qual estão presentes as regras de dimensionamento, bem como as verificações de segurança que deverão ser aplicadas. Nesta, é possível ainda “fazer a ponte” com a Parte 1-1 do Eurocódigo 3, respetiva às regras gerais de projeto de estruturas de aço e com a Parte 1-5 do Eurocódigo 3 relativa a elementos estruturais constituídos por placas. Inicialmente, será realizado um estado da arte, onde será efetuado um enquadramento histórico, apresentando o processo de fabrico destes elementos e o tipo de elementos estruturais originados, concluindo-se com as vantagens/desvantagens dos perfis em aço enformados a frio. Os conceitos teóricos de estabilidade estrutural, os tipos de instabilidade mais comuns nestes elementos, bem como os tipos de análise destes fenómenos farão a ponte com o capítulo que se segue. Relativamente ao dimensionamento destes elementos, será dado enfâse às metodologias preconizadas pelo Eurocódigo 3, Parte 1-3. Este capítulo incidirá, entre outos, nas propriedades das secções transversais, na determinação da resistência destas, onde se contabilizará os efeitos das instabilidades locais de placa e distorcionais, na instabilidade global dos perfis e nas ligações entre os mesmos. Será analisada, posteriormente, a abordagem apresentada pela ECCS relativamente ao dimensionamento de madres travadas por painéis de cobertura. Neste capítulo será apresentada a metodologia para o dimensionamento de vigas com restrição à torção e à translação, bem como a resistência da secção transversal da madre e do seu banzo livre à encurvadura. Finalmente, e ao encontro do que foi proposto pela empresa CCAD-Serviços de Engenharia, Lda, efetuar-se-á o dimensionamento de uma cobertura de um edifício de distribuição, cobertura esta constituída por asnas treliçadas e madres simples. Neste dimensionamento foram consideradas as ações segundo o Regulamento de Segurança e Ações Para Estruturas de Edifícios e Pontes e o Eurocódigo 1, Parte 1-1 que diz respeito às Ações Gerais em Estruturas e Parte 1-4 respeitante às Ações do vento.

Verificação de segurança de perfis de aço enformado a frio com secção em C

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Estruturas e Geotecnia

Solução construtiva com elementos de aço enformados a frio

A atual dissertação consiste numa apreciação global dos vários critérios que integram a aplicação do método construtivo de elementos estruturais de aço enformado a frio, muitas vezes designado por método prescritivo da construção em “aço leve”, “Light Steel Framing” (LSF) ou em alternativa também designado de “Light Gauge Steel Framing” (LGSF) e está especialmente vocacionado para a construção de edifícios de um a três pisos. Este conceito tem origem no facto de se usar chapas de aço de espessura reduzida, respetivamente mais leve, para fabricação dos perfis o que contribui para um menor peso dos elementos estruturais. Será abordado essencialmente o sector dos edifícios de habitação bem como a reabilitação dos mesmos, com recurso à solução em estudo, dado que é um dos setores que detém maior impacte socio-económico e ambiental. O estudo engloba igualmente a descrição e análise dos métodos construtivos, bem como os produtos empregues nesta solução sustentável, definindo desta forma uma resposta ajustada a cada subsistema da construção, desde estrutura, pavimentos, coberturas, fachadas, divisórias, climatização e acústica. Por fim, para obter um retrato da prática na Região Autónoma da Madeira, face a este tipo de construção sustentável, realizou-se uma análise de casos de estudo, nomeadamente no que diz respeito à viabilidade económica desta solução construtiva.

Estudo crítico das metodologias de cálculo para perfis dobrados a frio de vigas tipo canal sem enrijecedores de borda

Neste trabalho é realizada uma análise crítica sobre as formas de dimensionamento de estruturas de chapa dobrada, apresentando as metodologias utilizadas pelas principais normas modernas de cálculo, juntamente com metodologias não convencionais. Para realizar dita análise concentrou se a atenção num tipo de perfil simples (perfis não enrijecidos), e submetido a dois tipos de carregamento: carga axial concentrada no centro de gravidade; barra trabalhando como viga em balanço com carga aplicada no centro de corte. Foi realizado um estudo comparativo, entre as normas de cálculo NBR 14762, AISI e Eurocode 3, com outros métodos de dimensionamento, que são: o método direto desenvolvido por Schafer (1997); e duas formulações de análise por elementos finitos: uma considerando a carga de flambagem elástica; e outra empregando uma análise não linear física e geométrica, para perfis submetidos à compressão centrada e à flexão. Neste trabalho realizou-se um estudo paramétrico, registrando em gráficos e tabelas a influência de parâmetros tais como: comprimento do elemento analisado; da relação entre a alma e a mesa; da relação alma e a espessura. Através destes gráficos é possível observar as diversas formas de colapso (flambagem local, flambagem global, colapso plástico entre outras) se apresentando como críticas e interagindo entre si. Realizaram-se também dois experimentos de perfis submetidos à flexão, com o objetivo de verificar a grandeza dos valores obtidos através das diversas metodologias de cálculo. Para aplicação prática dos conceitos e métodos apresentados fez-se a verificação do dimensionamento de uma estrutura utilizada como prateleira em um almoxarifado de uma empresa metalúrgica situada na grande Porto Alegre, a qual apresentou flambagem lateral de seus elementos horizontais.

Verificação de pilares metálicos compostos constituídos por perfis formados a frio por meio de programa computacional

In this work, we discuss the procedures adopted for the design of built-up columns (laced and battened columns). Built-up columns are widely used in steel construction generally when the compression forces are relatively low and the column buckling lengths are large. They are commonly used in industrial buildings, for example, as posts for cladding, or as columns supporting a crane girder. Unlike columns with full section, in the case of built-up columns, it is necessary to evaluate the shear stiffness. In fact, the shear strength leads to a significant reduction of the critical load. In the context of this work, the components of the columns (chords, diagonals, posts, etc.) are formed by cold-formed members. In order to systematize and rationalize the verification of the built-up columns, this work aim to develop a computer program based on the standards NBR 14762, NBR 6355 and Eurocode 3, basically the considerations of the part EN 1993-1-1

Verificação de pilares metálicos compostos constituídos por perfis formados a frio por meio de programa computacional

In this work, we discuss the procedures adopted for the design of built-up columns (laced and battened columns). Built-up columns are widely used in steel construction generally when the compression forces are relatively low and the column buckling lengths are large. They are commonly used in industrial buildings, for example, as posts for cladding, or as columns supporting a crane girder. Unlike columns with full section, in the case of built-up columns, it is necessary to evaluate the shear stiffness. In fact, the shear strength leads to a significant reduction of the critical load. In the context of this work, the components of the columns (chords, diagonals, posts, etc.) are formed by cold-formed members. In order to systematize and rationalize the verification of the built-up columns, this work aim to develop a computer program based on the standards NBR 14762, NBR 6355 and Eurocode 3, basically the considerations of the part EN 1993-1-1

Dimensionamento de Madres Enformadas a Frio Travadas por Painéis do Tipo Sandwich

O presente relatório de estágio foi elaborado no âmbito da Unidade Curricular de DIPRE, Dissertação/Projeto/Estágio, do 2.º ano de Mestrado em Engenharia Civil do Instituto Superior de Engenharia do Porto, do ramo de estruturas, tendo como principal foco, a análise e dimensionamento de madres de aço enformado a frio e sua utilização com painéis do tipo sandwich em coberturas. Seções enformadas a frio são cada vez mais utilizadas em construções modernas, especificamente como estrutura secundária em coberturas, onde geralmente são fixas a painéis através de ligações aparafusadas. A presença de painéis e fixações através de parafusos permitem a estabilização lateral e torsional de madres aumentando desta forma a capacidade resistente, mas por serem elementos estruturais de espessura reduzida, os enformados a frio são suscetíveis a fenómenos de instabilidade associados. Desta forma, a norma EN 1993-1-3 [4] permite a análise e dimensionamento deste tipo de elementos através das disposições regulamentares preconizadas nas partes 1-1 [3] e 1-5 [5] da mesma norma. Num primeiro estudo, o presente trabalho tem como objetivo o dimensionamento e verificação de segurança de elementos enformados a frio com base na seção efetiva determinada com o auxílio das normas EN 1993-1-1 (regras gerais) e EN 1993-1-5 (regras para elementos estruturais constituídos por placas). Numa segunda fase, este trabalho pretende apresentar um estudo do comportamento de interação entre os sistemas madres-painéis. Para tal, são quantificadas as rigidezes das conexões dos sistemas e dos painéis para se realizarem a análise relativamente à restrição lateral e restrição torsional de madres. Neste contexto, concluiu-se que os painéis, quando fixos de forma adequada às madres, contribuem para a estabilidade.

Análise teórica-experimental de perfis de aço formados a frio devido à instabilidade por distorção na flexão

Apresenta-se neste trabalho um estudo teórico-experimental sobre a instabilidade de perfis formados a frio submetidos à flexão. A instabilidade distorcional se faz comum na presença de tensões de compressão atuando sobre perfis enrijecidos e fabricados com aços de elevada resistência mecânica. A parte teórica abrange os métodos de cálculo analíticos e numéricos para a análise de instabilidade distorcional de perfis de seção aberta formados a frio. Na parte experimental inclui-se o estudo de perfis formados a frio com seções do tipo U enrijecidos submetidos aos ensaios à flexão. Nestes ensaios variou-se a altura de alma e espessura de chapa procurando-se abranger maior número de condições geométricas para análise da estabilidade distorcional. Inclui-se também a análise de instabilidade numérica dos perfis do programa experimental através do método de resistência direta via método das faixas finitas. Com base nos resultados experimentais, numéricos e na análise teórica do problema, verificou-se o procedimento adotado pela NBR14762/2001 e efetuou-se comparação entre curvas de resistência propostas para o dimensionamento de perfis formados a frio à flexão. Foi verificado que o fenômeno de instabilidade distorcional pode ser o estado limite último crítico para o dimensionamento dos perfis formados a frio.

Avaliação de métodos numéricos de análise linear de estabilidade para perfis de aço formados a frio.

Para o projeto de estruturas com perfis de aço formados a frio, é fundamental a compreensão dos fenômenos da instabilidade local e global, uma vez que estes apresentam alta esbeltez e baixa rigidez à torção. A determinação do carregamento crítico e a identificação do modo de instabilidade contribuem para o entendimento do comportamento dessas estruturas. Este trabalho avalia três metodologias para a análise linear de estabilidade de perfis de aço formados a frio isolados, com o objetivo de determinar os carregamentos críticos elásticos de bifurcação e os modos de instabilidade associados. Estritamente, analisa-se perfis de seção U enrijecido e Z enrijecido isolados, de diversos comprimentos e diferentes condições de vinculação e carregamento. Determinam-se os carregamentos críticos elásticos de bifurcação e os modos de instabilidade globais e locais por meio de: (i) análise com o Método das Faixas Finitas (MFF), através do uso do programa computacional CUFSM; (ii) análise com elementos finitos de barra baseados na Teoria Generalizada de Vigas (MEF-GBT), via uso do programa GBTUL; e (iii) análise com elementos finitos de casca (MEF-cascas) por meio do uso do programa ABAQUS. Algumas restrições e ressalvas com relação ao uso do MFF são apresentadas, assim como limitações da Teoria Generalizada de Viga e precauções a serem tomadas nos modelos de cascas. Analisa-se também a influência do grau de discretização da seção transversal. No entanto, não é feita avaliação em relação aos procedimentos normativos e tampouco análises não lineares, considerando as imperfeições geométricas iniciais, tensões residuais e o comportamento elastoplástico do material.

Avaliação numérica e experimental da carga admissível de vigas compostas para monocarris de sistemas de elevação

Este trabalho foi realizado com o apoio, e em colaboração da empresa Flexcrane, que constrói e comercializa soluções flexíveis de pontes rolantes para cargas ligeiras. Com cargas máximas de 2 toneladas estas pontes e seus caminhos de rolamento são construídas essencialmente enformados a frio. O objetivo deste trabalho é a verificação numérica e experimental das cargas que este tipo de estrutura suporta, nas suas diferentes configurações. Numa aproximação por engenharia inversa, com a realização deste trabalho, foi possível determinar a carga admissível das vigas compostas utilizadas, assim como o seu comportamento quando em carga. Para obtenção destes resultados foram realizadas simulações computacionais recorrendo ao método de elementos finitos, utilizando para isso o software Ansys Workbench e ainda ensaios experimentais que permitiram validar os resultados obtidos numericamente e consolidar o conhecimento sobre o comportamento desta solução comercial. Por ser de construção modular, são possíveis diferentes combinações para o produto final, por esta razão foram estudados numericamente diferentes configurações possíveis, com e sem reforços. Foi realizada a validação experimental para a configuração mais usual, fazendo recurso a um dispositivo para ensaio de estruturas e componentes, pertencente ao Isep. Foi ainda utilizada a técnica extensométrica para avaliar as tensões em pontos selecionados e compara-los com os obtidos numericamente. Concluiu-se pelo ótimo desempenho dos produtos Flexcrane.

Estudo da estabilidade e da capacidade resistente de painéis estruturais do sistema construtivo Light Steel Framing

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Análise computacional do fenômeno de transferência de calor em paredes divisórias do tipo dry wall

O presente trabalho visa a fornecer uma contribuição ao estudo dos perfis formados a frio sob altas temperaturas, em conseqüência da deflagração de um incêndio. Especificamente, abordam–se assuntos inerentes ao fenômeno da transferência de calor em paredes do tipo steel frame – dry wall com ou sem isolamento térmico na cavidade. Para tanto, propõem–se modelos computacionais capazes de fornecer, com certa precisão, o valor de temperatura em qualquer ponto do sistema estudado. Dessa forma, é possível, então, traçar configurações de distribuição de temperatura (uniforme ou não–uniforme) na seção transversal dos montantes que constituem o painel, fornecendo subsídios para análise de estabilidade e pós–flambagem dos elementos estruturais em questão. As simulações numéricas de transferência de calor são efetuadas com auxílio dos programas computacionais ABAQUS e SAFIR, ambos baseados no método dos elementos finitos.

Perfis de temperatura de produtos refrigerados e congelados durante o armazenamento, picking e distribuição: impacto na qualidade

Mestrado em Engenharia Alimentar - Instituto Superior de Agronomia - UL