ESTRUTURAS TUBULARES E FLAMBAGEM DE COLUNAS · 10/3/2016 1 ESTRUTURAS TUBULARES E FLAMBAGEM DE...
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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
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SUMÁRIO
Introdução
Características Geométricas
Processos de Fabricação
Ensaios em Laboratório
Perspectivas para o Futuro
Ferramentas Computacionais
Conclusões
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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
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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
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INTRODUÇÃO
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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
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INTRODUÇÃO
Vila Nova de Gaia, Portugal Ripshorster Bridge, Alemanha
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INTRODUÇÃO
Allianz Arena -
Alemanha
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INTRODUÇÃO
Brasília
Fortaleza
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
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INTRODUÇÃO
Bangcok
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INTRODUÇÃO
Santos Dumont
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INTRODUÇÃO
Habitações
Offshore
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INTRODUÇÃO
Shopping Bosque dos Ipês
Mato Grosso do Sul
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INTRODUÇÃO
Torres Eólicas
http://www.renewableuk.com/
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CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS
Curvas tensão versus
massa
Elevada resistência e
baixo peso próprio
Soluções leves →
maior resistência →
torção, cargas axiais
e efeitos combinados
→ maior economia
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CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS
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
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CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS
Maiores vãos livres
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CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS
• 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
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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
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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
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
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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
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
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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
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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
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ENSAIOS DE COLUNAS EM LABORATÓRIO
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)
• Estruturas em Aço Carbono
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ENSAIOS DE COLUNAS EM LABORATÓRIO
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
• Estruturas em Aço Carbono
Flambagem local
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ENSAIOS DE COLUNAS EM LABORATÓRIO • Estruturas em Aço Carbono
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ENSAIOS DE COLUNAS EM LABORATÓRIO
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
)
• Estruturas em Aço Carbono
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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
)
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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
• Estruturas em Aço Carbono
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DIMENSIONAMENTO Nb = ( c x Ag x fy ) / a1
• Estruturas em Aço Carbono
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PERSPECTIVAS PARA O FUTURO
• Estruturas em Aço Inoxidável
Colunas Mistas
Resultados Experimentais
Resultados Numéricos
Análise Paramétrica
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PERSPECTIVAS PARA O FUTURO
• Estruturas em Aço Inoxidável
Colunas Mistas
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PERSPECTIVAS PARA O FUTURO
• Estruturas em Aço Inoxidável
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
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PERSPECTIVAS PARA O FUTURO
• Estruturas em Aço Inoxidável
Colunas em cantoneiras
L 64x64x6,4mm
Flambagem local Flambagem global
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PERSPECTIVAS PARA O FUTURO
• Estruturas em Aço Inoxidável
Colunas em cantoneiras
L 64x64x6,4mm
Flambagem local
40
PERSPECTIVAS PARA O FUTURO
• Estruturas em Aço Inoxidável
Colunas em cantoneiras
L 64x64x6,4mm
Flambagem global
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41
PERSPECTIVAS PARA O FUTURO
• Estruturas em Aço Inoxidável
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
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DIMENSIONAMENTO
Modelos Estruturais
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DIMENSIONAMENTO
Ensaios Experimentais
Cooperação com Prof. A. Bussbaumer e L.
Borges - Lausanne (Experimental +
Numérico)
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DIMENSIONAMENTO
Modelos Numéricos
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45
DIMENSIONAMENTO
Modos de Falha - Ligações
46
DIMENSIONAMENTO
Modos de Falha - Ligações
Cooperação com Prof. Choo - Singapore
(Experimental + Numérico)
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DIMENSIONAMENTO
Tipos de Ligações
48
DIMENSIONAMENTO
Modos de Falha - Ligações
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49
DIMENSIONAMENTO
Modos de
Falha -
Ligações
Local buckling in compression brace
50
DIMENSIONAMENTO
Parâmetros de Geometria
Local buckling in compression brace
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
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DIMENSIONAMENTO
Resistência das Ligações
Local buckling in compression brace
52
DIMENSIONAMENTO
Resistência das Ligações
Local buckling in compression brace
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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
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55
PESQUISA
Ligações RHS x CHS K
Ligações RHS x CHS KT
Cooperação com Profa. Arlene – UFOP
56
PESQUISA
Ligações RHS x CHS K
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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
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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
PERSPECTIVAS PARA O FUTURO
Estruturas c/ Aço Inoxidável
Colunas
Resultados numéricos
Análise paramétrica
RT1L650
RS1J500
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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
PERSPECTIVAS PARA O FUTURO
•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
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PERSPECTIVAS PARA O FUTURO
Testes in loco, em Laboratório e Simulações MEF
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PRODUÇÃO BRASILEIRA DE AÇO POR SETOR
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FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS - SMARTHPONES
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FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS - COMPUTADORES
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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
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OBRIGADO!!!!!!
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