Estabilidade, comportamento não linear e dimensionamento de pórticos metálicos de travessas inclinadas com 2 e 3 vãos

Abstract

O objetivo desta dissertação consiste em efetuar uma investigação sobre (i) a estabilidade, em regime elástico, (ii) o comportamento geometricamente não linear e (iii) o dimensionamento (e verificação de segurança), de acordo com o Eurocódigo 3 (EC3), de pórticos metálicos (de aço) com travessas inclinadas. Consideram-se pórticos com diferentes geometrias, correntemente utilizadas em aplicações práticas, e diversas condições de apoio (bases das colunas) e de contraventamento lateral, o qual pode ser parcial ou total. Devido à sua elevada eficiência estrutural, este tipo de pórticos são amplamente utilizados na indústria da construção, nomeadamente em armazéns, edifícios industriais, instalações fabris ou complexos gimnodesportivos. Inicialmente, investiga-se a estabilidade dos pórticos, com e sem contraventamentos laterais, identificando os modos de instabilidade relevantes, determinando as correspondentes cargas de bifurcação e estabelecendo uma relação entre a geometria de um pórtico, o seu contraventamento e a natureza do respectivo modo crítico de instabilidade. Para além disso, avaliam-se o domínio de validade e a precisão da expressão proposta pelo EC3 para calcular (aproximadamente) cargas críticas de pórticos de travessas inclinadas. Em seguida, estuda-se a necessidade e o modo de considerar os efeitos de 2ª ordem, do tipo P-, em pórticos não totalmente contraventados e analisados em regime elástico. Em particular, avalia-se o desempenho dos critério e expressões propostos no EC3 para efectuar estas tarefas e, caso tal se revele necessário, propor-se-ão metodologia alternativas mais rigorosas e/ou eficientes. Finalmente, aborda-se a aplicação dos diversos métodos de dimensionamento e verificação da segurança preconizados pelo EC3 ao tipo de pórticos analisados nesta dissertação. Consideram-se dimensionamentos elásticos baseados em métodos “tradicionais” e “avançados”, procurando-se clarificar todos os conceitos envolvidos na sua aplicação e também efetuar estudos comparativos que permitam evidenciar as vantagens, desvantagens e limitações de cada uma das metodologias referidas

The objective of this work consists of presenting the results of an investigation concerned with (i) the elastic in-plane stability, (ii) the geometrically non-linear behavior and (iii) the design check of pitched-roof steel frames according to EC3. Portal frames with different geometrical characteristics and several loading and support conditions are considered. Due to their high structural efficiency, these types of portal frames are widely used in the construction industry, particularly in warehouses, industrial buildings, manufacturing facilities or sport facilities. The frame´s linear stability behaviour is first investigated, where the relevant buckling modes are identified, the corresponding bifurcation loads are determined and a relationship is established between the frame geometry and the nature of the critical mode. In addition, the range of validity and precision of EC3 expressions to calculate the buckling loads of pitched-roof frames will be evaluated. The work is concluded with a study concerning the need and way of considering 2nd order effects in unbraced frames. Particularly, the EC3 expressions will be evaluated, and if needed, new moment amplification method will be proposed. Finally, it addresses the application of various methods of designing and safety checks recommended by EC3. "Traditional" and "advanced" methods will be considered, seeking to clarify all the concepts involved in its implementation and also carry out comparative studies which emphasize the advantages, disadvantages and limitations of each of these methodologies.