Estudo numérico e analítico com base experimental da instabilidade de barras de aço com extremidades estampadas de treliças espaciais

Abstract

No campo da engenharia de estruturas metálicas, um dos sistemas estruturais frequentemente adotados é o de treliças espaciais, sendo aplicado em uma ampla variedade de tamanhos e formas, no geral com barras de seções transversais circulares vazadas como seus elementos constituintes. A fim de se promover a sua montagem de forma prática e eficiente, assim como por razões econômicas, uma alternativa usual escolhida pelos projetistas é a de se realizar a estampagem das extremidades de suas barras e associá-las em conexões parafusadas. Apesar de este método construtivo apresentar uma gama de vantagens quanto às tecnologias disponíveis no mercado e já se encontrar presente em um número expressivo de projetos de engenharia executados internacionalmente, ainda se faz necessária a condução de mais estudos que avaliem o seu comportamento estrutural singular, cuja contribuição eventualmente subsidie o estabelecimento de critérios normativos específicos. Neste sentido, esta pesquisa se destina à caracterização do comportamento de barras de aço com extremidades estampadas sob carregamento de compressão isoladamente, em que as instabilidades globais ou as deformações locais excessivas representam uma parcela significativa das causas dos colapsos estruturais. A associação de análises numéricas pelo método dos elementos finitos (MEF) com dados experimentais previamente coletados é executada, sendo os seus respectivos resultados o cerne do objeto de análise crítica deste trabalho. As simulações numéricas se baseiam no método de Riks modificado, complementadas em parte por análises modais, cujos resultados demonstram a manifestação dos modos de falha supracitados em protótipos com índices de esbeltez que variam no espectro de 20 a 200. São avaliados ainda os efeitos da introdução de imperfeições geométricas iniciais na constituição dos modelos desenvolvidos, de forma a se determinar a redução de resistência última à compressão dos perfis ensaiados numericamente que são susceptíveis a tal variação de condições. Por fim, são investigadas as formulações analíticas que descrevem o fenômeno sob a ótica da instabilidade global apresentada na literatura clássica, segundo o modelo de barra com vinculações semirrígidas à flexão e submetido a carga axial de compressão, assim como pela abordagem de instabilidades globais e locais que se encontra incorporada às expressões normativas vigentes.