Análise do comportamento de perfis metálicos enformados a frio com secção transversal em C e em Z: consideração de aberturas na alma e tipo de esforço atuante

Abstract

A utilização de perfis metálicos enformados a frio tem exibido um franco crescimento em diversas áreas da construção, especialmente por apresentar algumas vantagens em relação a outros materiais tradicionalmente utilizados. A elevada esbelteza garante um peso próprio bastante reduzido ao qual se soma uma excelente relação resistência/peso e a possibilidade de impor enorme variabilidade geométrica, que tornam estes materiais bastante competitivos. Naturalmente a estas particularidades, nomeadamente a reduzida espessura, estão associados fenómenos de instabilidade complexos que associados a grande variabilidade geométrica, quer de secções quer do desenvolvimento longitudinal do elemento, tornam mais complexa a definição de uma metodologia de cálculo analítica que seja viável para todas as tipologias possíveis. Neste sentido, e no seguimento de trabalhos já desenvolvidos, procede-se ao estudo numérico e experimental de uma gama de perfis enformados a frio com secção em C e aberturas na alma, quando sujeitos a esforços de compressão. O objetivo do trabalho é perceber o efeito da abertura no comportamento do perfil optando-se assim por perfis de comprimento reduzido, não condicionados por fenómenos de instabilidade global. Ao estudo dos perfis em C com aberturas na alma pelos métodos mencionados, procede-se também à complementação de trabalhos já realizados numa ferramenta de cálculo analítico baseada na parte 1-3 da EN 1993, introduzindo um módulo relativo a determinação da capacidade resistente de perfis submetidos a flexão simples segundo o eixo de menor inércia. Para além deste módulo, é também desenvolvida uma ferramenta para o cálculo de secções em Z. Para perceber a influência das aberturas no comportamento dos perfis, tanto no estudo experimental como numérico, são realizadas análises de perfis com e sem aberturas possibilitando uma comparação direta dos modos de instabilidade condicionantes e da capacidade de carga dos mesmos. A análise numérica é realizada através do software Abaqus, considerando a não linearidade do material, desenvolvida em conformidade com os ensaios realizados na campanha experimental.

The usage of cold formed steel has had a clear growth in certain construction areas, as it presents a wide range of advantages in comparison to more traditional types of materials used. The considerable slenderness results in very light elements which, nonetheless, have excellent endurance and can present geometrical variety, coming as no surprise their competiveness. Naturally, the reduced thickness brings out complex buckling phenomena. If the great geometrical variety, not only regarding sections but also the longitudinal development of the element, is added, it turns difficult to develop a viable analytical calculation methodology that is applicable to all the know typologies. In this sense, and following on from previous developed studies, the numerical and experimental study of a wide range of C sectioned and web opened cold formed steel under compression is undertaken. The main purpose of this work is to better understand how the openings on the profile’s web affect its behavior. For the present study, the choice of studied examples fells on shorter profiles, in which global instability phenomenon are nonexistent. In addition to this study, and using analytical calculation tools based on part 1-3 of EN 1993, a complementation of previous works is made, by introducing a module regarding the determination of the profile’s resistance when submitted to bending in relation to the lower inertial axis. Furthermore, it was also developed a tool to calculate on Z sections. To understand the influence of the openings on the profile’s behavior, either experimental or numerical studies are developed on structural elements with and without openings in the web so that a direct comparison on instability and load capacity can be established.. The numerical analyses is developed using Abaqus software, considering the material’s nonlinearity and was developed in agreement with the experimental test performed.