Tesis
Confiabilidade, quantificação de incerteza e análise das tensões em cantoneiras de aço formadas a frio parafusadas e sob efeito shear lag
Fecha
2022-05-03Registro en:
BORGES, Jéssica Ferreira. Confiabilidade, quantificação de incerteza e análise das tensões em cantoneiras de aço formadas a frio parafusadas e sob efeito shear lag. 2021. xxiii, 202 f., il. Tese (Doutorado em Estruturas e Construção Civil) — Universidade de Brasília, Brasília, 2021.
Autor
Borges, Jéssica Ferreira
Institución
Resumen
Nos perfis metálicos que não possuam todas as abas conectadas por parafusos ocorrem efeitos
de concentrações de tensões desiguais ao longo da seção transversal. Esse efeito é denominado
shear lag e vários pesquisadores têm explorado formulações matemáticas para representá-lo.
Para considerar o shear lag, normas técnicas e trabalhos científicos conceituados na área de
conexões em aço utilizam o coeficiente de redução de área líquida (Ct) expresso por equações
obtidas através de regressão. Este trabalho avalia as incertezas das formulações apresentadas
no EN 1993:2005 (2005a), apresentadas também por Paula, Bezerra e Matias (2008), ABNT
NBR 14762:2010 (2010), AISI:2016 (2016) e por Pereira (2020). Tais formulações são escritas
em termos das geometrias das conexões e da aleatoriedade de algumas outras variáveis. Para
isso, foi contabilizada a dispersão das predições de ruptura por área líquida aplicando-se testes
de aderência. Também foram realizadas análises de sensibilidade e experimentos estocásticos
por LHS (ou HLS - Simulação por Hipercubo Latino). Dessa forma, foi possível estabelecer
orientações para projetistas em relação a assertividade de cada predição considerando diferentes
configurações geométricas das ligações parafusadas de cantoneiras formadas a frio. Também
foi realizada a calibração das equações propostas para garantir a confiabilidade necessária para
tornar a predição um valor de projeto, segundo recomendações do EN1990:2002. Em paralelo
às análises citadas, 29 modelos numéricos foram discretizados e validados através do Método
dos Elementos Finitos (MEF), por meio do programa Abaqus®, com o intuito de investigar a
resposta estrutural da conexão sob tração e o contato entre parafusos e chapas conectadas até a
ruptura da seção líquida. Para isto, foi considerado um modelo elasto-plástico para o aço, bem
como as suas propriedades de comportamento ao dano dúctil e a plasticidade usando o modelo
de Johnson-Cook. Com os resultados obtidos das análises, foi possível observar que não há uma
variável única que controle o efeito de shear lag. Entretanto, foi possível concluir que o aumento
do número de seções conectadas traz menor incerteza aos modelos. Ficou também estabelecido
que para tornar os modelos matemáticos mais precisos, mais atenção deve ser dada às conexões
com duas seções de conectores parafusados. Também se concluiu que a equação de Paula,
Bezerra e Matias (2008) apresentou menor coeficiente para a calibração, demonstrando que ela
possui boa representatividade matemática. Nota-se ainda que o EN 1993:2005 instrui um uso
de coeficiente de minoração inferior ao encontrado com o conjunto de dados usados nesta
pesquisa. Os resultados do modelo computacional pelo MEF tiveram êxito na consideração da
teoria do dano dúctil de Johnson-Cook, com valores numéricos de força última e deslocamento
na ruptura razoavelmente compatíveis com os resultados experimentais. As tensões e
deformações numéricas apresentaram comportamento próximo para cantoneira de abas iguais
e abas desiguais, com um decréscimo acentuado de valor de intensidade de tensão em pontos
mais afastados do perímetro do furo do parafuso. Em todas as abas desconectadas (bd) houve
um ponto de inflexão nos valores de tensão normal a uma distância de ¼ a ½ bd da borda livre,
após se atingir a não linearidade física das tensões na aba conectada (bc). No caso de duas linhas
de parafusos por seção transversal, toda a bc apresentou concentrações de tensão próximas.