Análise Numérica de Colunas Estaiadas

Abstract

As colunas estaiadas podem ser utilizadas como elementos resistentes à compressão de uma estrutura que apresente elevada esbelteza e requisitos de montagem rápida. Colunas estaiadas pré-esforçadas (CEPE) é uma solução que visa aumentar a capacidade de carga em colunas esbeltas. Para tal, à coluna esbelta acrescentou-se um sistema de pré-esforço composto por tirantes pré-esforçados e braços que restringem ao longo do comprimento.Desde 1960 que vários investigadores realizam estudos experimentais, numéricos e analíticos sobre esta solução estrutural, mas o seu comportamento estrutural não é completamente compreendido.No âmbito do projeto HILONG foram realizadas análises experimentais e com essas foi desenvolvido um modelo de elementos finitos calibrado em função dessas experiências. A presente dissertação visa a realização de um estudo paramétrico extensivo baseado na simulação calibrada de elementos finitos fazendo variar o comprimento da coluna, a seção transversal, o nível de pré-esforço nos tirantes, a seção dos tirantes e o tipo do aço.Realizaram-se no total 1008 análises numéricas, 648 LBA (18 colunas*3 espessuras da coluna principal*6 níveis de pré-esforço*2 cabos) e 360 GMNIA (12 colunas*3 espessuras da coluna principal*5 níveis de pré-esforço*2 cabos*1nível de pré-esforço (L/1000)), usando o programa de elementos finitos ABAQUS.Conclui-se com o estudo paramétrico que a adição do sistema de pré-esforço é mais eficiente em colunas mais esbeltas, porque fornece restrições adicionais que aumentam a capacidade máxima da coluna. Verificou-se que o uso de tirantes com maior seção transversal e a menor espessura para a seção transversal da coluna principal obteve um benefício mais significativo na capacidade de carga da coluna.

The stayed columns can be used as compression resistant elements of a structure that presents high slenderness and fast assembly requirements.Prestressed stayed columns (PSSC) is a solution that aims to increase the load capacity in slender columns. To this end, a prestressed system composed of prestressed stays and cross-arms that restrict along the length were added to slender column.Since 1960, researchers have been investigated experimentally, numerically and analytically on this structural solution, but its structural behavior is not completely understood. In the scope of the HILONG project, experimental analysis was performed and a finite element model calibrated according to these experiments was developed.The present dissertation focusses on the performance of an extensive parametric study based on the calibrated simulation of finite elements by varying the length of the column, the cross section, the level of prestressed initial in stays, the section of the stays and steel grade.In total, 1008 numerical analysis, 648 LBA (18 columns*3 main column thickness*6 prestress level*2cables) and 360 GMNIA (12 columns*3 main columns thickness*5 prestress level*2 cables*1 amplitude of geometric imperfections (L/1000)) were carried out using the finite element software ABAQUS.It is concluded with the parametric study that the addition of the stay system is more efficient in slender columns because provides additional restrains that increases the ultimate capacity of column. It was found that the use of stays with larger cross section and the smaller thickness for the cross section of the main columns obtained a more significant benefit on the load carrying capacity of long columns.