Análise de Colunas Flambagem

1. INTRODUÇÃO

Os sistemas mecânicos e estruturas em geral quando estão submetidos a carregamentos, podem falhar de várias formas, o que vai depender do material usado, do tipo de estrutura, das condições de apoio, entre outras considerações. Quando se projeta um elemento, é necessário que ele satisfaça requisitos específicos de tensão, deflexão e estabilidade.

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Figura 1: Flambagem de uma coluna devido a um carregamento axial de compressão P.

Definição: Elementos compridos e esbeltos sujeitos a uma força axial de compressão são chamados de colunas e a deflexão lateral que sofrem é chamada de flambagem. Em geral a flambagem leva a uma falha repentina e dramática da estrutura.

1. CÁLCULO DA CARGA CRÍTICA

É a carga axial máxima que uma coluna pode suportar antes de ocorrer a flambagem. Qualquer carga adicional provocará flambagem na coluna.

Se P < Pcr, a coluna está em equilíbrio estável na posição reta. Se P = Pcr, a coluna está em equilíbrio neutro tanto na posição reta quanto na posição levemente flexionada. Se P > Pcr, a coluna está em equilíbrio instável na posição retilínea e irá flambar sobre a menor perturbação. (BUFONI)

1. OBJETIVOS

1. OBJETIVO GERAL

Realizar um experimento numérico através do software ANSYS e seus plug-ins STATIC STRUTURAL e LINEAR BUCLING um processo de flambagem

1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Propor melhorias no projeto;
• Testar as melhorias.

1. ESTRUTURA

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Figura 2: Esturutra feita de aço estrutural e coberta por concreto

A estrutura acima foi utilizada na simulação, com vigas na vertical em I. Com momento de inércia em x igual a Ix = 1675000.00 mm4  e momento de inércia em y igual a Iy=6900000.00 mm4. A área da seção transversal é de 3000 mm².

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Figura 2: Seção transversal da viga.

O eixo x se encontra saindo pelas laterais da estrutura, o eixo z é o eixo vertical e o eixo y corta longitunalmente a estrutura.

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Figura 3: Bloco de concreto.

O bloco de concreto acima tem uma massa de 46.181 kg um comprimento de 14 metros, uma largura de 7 metros e uma altura de 20 centímetros. As vigas tem um comprimento de sete metros e são engastadas no solo e na parte de cima da estrutura.

1. ANÁLISE DOS RESULTADOS

A figura abaixo mostra as tensões compressivas que claramente tem seu máximo nas vigas de apoio, o valor máximo da tensão é de 80,7 MPa, que ocorre nas vigas do centro da estrutura.

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Figura 3: Resultado da simulação estática compressiva.

1. FLAMBAGEM

Foram solicitado ao LINEAR BUCLING nove modos de flambagem da estrutura, que em todos os casos não resistiu bem e teve deformações claras e abundantes. Abaixo são mostrados apenas dois modos de flambagem. O primeiro modo de flambagem com um fator de multiplicação de 1,95, ou seja, as cargas precisariam ser 1,95 vezes maiores, o que traria pouca segurança a estrutura dependendo de seu uso. O segundo modo de flambagem acontece com um fator de multiplicação de 0,83, o que é ainda pior, significando que as colunas já estariam em flambagem apenas com o peso do bloco de concreto.

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Figura 4: Modos de flambagem 1 e 2 respectivamente

        Os resultados exibidos acima levam a conclusão de que a estrutura precisa ser reforçada para que possa aguentar as solicitações feitas pelo bloco de concreto.

1. REFORMULAÇÃO DO PROJETO

Para que o projeto fosse capaz de receber a carga solicitada, foram inseridas 4 vigas entre as vigas existentes na lateral e outras duas vigas na parte da frente da estrutura além de um suporte no meio para impedir a flambagem.

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Figura 5: Novo projeto de esturura

1. NOVA ANÁLISE

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Figura 6: Modos de flambagem 1 e 2 respectivamente

Pode-se notar uma diminuição da tensão, agora atenão que ocorre nas colunas é de cerca de 37,7 Mpa. Algo que é menos da metade da tensão que havia nas vigas no projeto anterior.

Foram solicitado ao LINEAR BUCLING dez modos de flambagem da estrutura, que em todos os casos não resistiu bem e teve deformações claras e abundantes. Abaixo são mostrados apenas dois modos de flambagem. O primeiro modo de flambagem com um fator de multiplicação de 3,45, ou seja, as cargas precisariam ser 3,45 vezes maiores, o que traz uma a segurança a estrutura maior que no primeiro caso, dando mais confiabilidade ao projeto. O segundo modo de flambagem acontece com um fator de multiplicação de 4,09, o que melhora significativamente a confiabilidade da estrutura, já que em todos os modos de flambagem, a estrutura precisaria de fatores multiplicativos de carga ainda maiores.