Encurvadura lateral-torcional de uma viga com enrijecedores transversais

Este estudo de verificação foi realizado para a aplicação IDEA StatiCa Member. O objetivo foi garantir que os resultados de LBA e GMNIA são corretos e que todos os elementos de casca e elementos finitos dos componentes funcionam corretamente. A geometria dos modelos foi baseada em ensaios realizados no Centro AdMaS da Universidade Tecnológica de Brno.

Foram criados modelos numéricos no ANSYS, software comercial de uso geral para análise por elementos finitos. Foi utilizada uma viga IPE 180 com um comprimento de 3,3 m em aço de grau S235. Foram investigadas duas condições de fronteira:

• Encastrada – todos os nós numa extremidade são encastrados (todos os graus de liberdade são restringidos), a outra extremidade é igual, exceto que o movimento na direção longitudinal da viga é permitido
• Articulada – apenas os nós da alma da viga são restringidos (a rotação lateral é permitida; numa extremidade, todos os deslocamentos são fixos, e na outra extremidade, o movimento na direção longitudinal da viga é permitido)

Os enrijecedores foram inclinados 60 graus em relação ao eixo vertical. Os dois enrijecedores foram colocados simetricamente com distância mútua variável. Não foram modeladas soldaduras; os nós das malhas adjacentes foram diretamente fundidos. 

No ANSYS, foram realizadas análise estática linear, análise linear de encurvadura e análise não linear geométrica e material com imperfeições. As imperfeições foram iguais a L/300, onde L é o comprimento do elemento (3,3 m).

A deformação plástica pode ser observada na figura seguinte:

Os modelos correspondentes foram criados no IDEA StatiCa Member. A secção transversal dos elementos relacionados foi escolhida como muito grande e curta em comparação com a viga analisada, de modo a não influenciar os resultados.

A comparação dos resultados encontra-se na tabela abaixo. F_Rd é a resistência à encurvadura lateral-torcional determinada por GMNIA, w_y é a deflexão lateral a meio vão da viga para a carga máxima atingida, e F_cr é a carga crítica de encurvadura determinada por LBA. As posições dos enrijecedores indicam a posição X do enrijecedor a partir do nó esquerdo no IDEA StatiCa Member.

Os resultados de ambos os pacotes de software correspondem-se de forma próxima. O IDEA Member fornece uma carga crítica de encurvadura ligeiramente inferior e uma resistência à encurvadura lateral-torcional ligeiramente superior.

A diferença é causada principalmente pela modelação dos enrijecedores. No Ansys, os nós são fundidos nas linhas de centro das chapas, mas no Member, o enrijecedor é mais curto. Termina na superfície da chapa e a folga é preenchida por soldaduras. O resultado é que a chapa mais curta no IDEA Member é ligeiramente mais rígida do que a mais longa no Ansys.