Abstract:
As colunas de aço oferecem alta resistência mecânica nos diversos estados de tensão, suportando grandes esforços apesar da área da seção transversal ser relativamente pequena. As mesmas são elementos estruturais amplamente empregados em projetos de engenharia. Porém, elementos estruturais sujeitos a carga axial compressiva podem desenvolver o fenômeno conhecido como flambagem, podendo apresentar um comportamento elástico ou elastoplástico. Além disso, a inserção de perfurações na alma das colunas pode influenciar no valor da carga crítica de flambagem e de sua carga última. Desse modo, neste trabalho foi realizado um estudo numérico da capacidade de carga de colunas de aço com seção transversal do tipo U simples com perfurações retangulares, através do Método de Elementos Finitos (MEF) pelo software ANSYS®. Para isso, foi feita a verificação do modelo numérico para a carga crítica elástica comparando com resultados de outros autores, e, em seguida, a validação para a carga última (elastoplástica) com resultados experimentais. Através da modelagem computacional, o método Constructal Design foi utilizado para comparar os resultados entre os tipos de perfurações, visando maximizar a capacidade de carga. Testes para perfurações retangulares foram feitos, levando em conta a retirada de 5%, 10% e 15% do volume do material da coluna. Para cada fração de volume foi variada a relação entre as dimensões características das perfurações (H0/L0), permitindo determinar um valor ótimo para as dimensões características das perfurações (H0/L0)o.
The steel columns offer high mechanical strength in the various stress states, supporting great efforts despite the cross-sectional area be relatively small. These ones are structural elements widely used in engineering projects. However, structural elements subdued to compressive axial load can develop the phenomenon known as buckling and they may have an elastic or elastoplastic behavior. In addition, the drilling insertion in the columns soul can influence in the value of the critical load of buckling and his last charge. Thus, in this paper it was realized a numerical study of the load capacity of the steel cross-sectional columns with cross-section of the simple U type with rectangular perforations, through the Finite Element Method (FEM) by ANSYS® software. To do this, it was made a verification of the numerical model for elastic critical load comparing with results of other authors, then the validation for the last load (elastoplastic) with experimental results. Through computational modeling, the Constructal Design method was used to compare the results between the drilling types to maximize the load capacity. Tests for rectangular drilling were made, taking into account the withdrawal of 5%, 10% and 15% of the column volume material. For each volume fraction it was varied the ratio between the characteristic dimensions of drillings (H0/L0), allowing determinate the optimum value to the characteristic dimensions of drillings (H0/L0)o.
