The Brazilian standard ABNT NBR 7190 (Associação Brasileira de Normas Técnicas [ABNT], 1997) recommends adopting the mean value of the modulus of elasticity to compression in the direction parallel to the grain (Ec0,m) in the calculation of displacements. The values of wood stiffness vary considerably, and they can generate displacements above the limit (L 200-1, where L is the span) established by the referred standard, which contributes to the appearance of pathologies in the structure. To evaluate the influence of the adoption of Ec0,m in the calculation of displacements, mechanical properties of wood species were obtained experimentally. With the aid of numerical models and experimental values, ten types of trusses were analyzed (Porch, Inclined Chord, Top Inclined Chord, Parallel Chord, Bowstring, Fink, Howe, K Truss, Pratt, Scissor), three spans (5, 10, and 20 m) and two species (Hymenolobium petraum Ducke e Hymenolobium sp). Initially, adopting Ec0,m for all members and performing a linear analysis, the maximum loads for the displacement L 200-1 were determined. Subsequently, experimental stiffness values were randomly assigned to each bar, and the maximum displacements were determined through nonlinear geometric analyses. Based on 1260 numerical simulations, deflections of approximately 17% (span of 5 m), 30% (span of 10 m), and 34% (span of 20 m) were observed to be higher than the result considering Ec0,m. This problem can be overcome by using non-destructive methods in the pre-classification of the structure bars, positioning the elements rationally in the regions of the highest demand.
Resumo A NBR 7190 (ABNT, 1997) assume o valor médio do módulo de elasticidade à compressão na direção paralela às fibras (Ec0,m) como o representativo de todas as barras de estruturas. Devido à variabilidade da madeira, tal metodologia pode resultar em valores de deslocamento superiores ao limite definido pela norma, o que pode gerar patologias na estrutura. Buscando avaliar a influência da adoção do Ec0,m no cálculo das flechas, foram realizados ensaios experimentais para obter as propriedades mecânicas da madeira branquilho. Com o auxílio de simulações numéricas e de valores experimentais, foram analisadas três tipologias (fink, bowstring e banzos paralelos) e dois vãos (10 m e 20 m). Adotando o Ec0,m, foram determinadas as cargas máximas para o deslocamento de L/200. Posteriormente, utilizando o mesmo carregamento, foram atribuídos valores aleatórios de rigidez para cada elemento da treliça, medindo o deslocamento máximo de cada modelo. Em modelos para os quais o módulo de elasticidade foi atribuído aleatoriamente, foram observadas flechas superiores em aproximadamente 28% e 32% para vãos de 10 m e de 20 m respectivamente. Isso pode justificar algumas patologias que podem ser evitadas com a pré-classificação não destrutiva e a colocação racional das peças em regiões mais solicitadas.
RESUMO: Este trabalho teve como objetivo simular computacionalmente o comportamento estrutural de pilares de aço submetidos à compressão axial e avaliar a influência das imperfeições geométricas e de materiais (tensões residuais) sobre a capacidade resistente destes elementos. Para isso, desenvolveu-se, com auxílio do software Abaqus, modelos computacionais de elementos finitos que foram analisados em duas etapas, a primeira correspondente a uma análise de flambagem elástica (Buckle) e a segunda a uma análise não-linear plástica (Static Ricks). Os resultados obtidos pelos modelos desenvolvidos foram comparados com os resultados apresentados pela equação de flambagem elástica proposta por Euler e pela curva de flambagem prescrita pela ABNT NBR 8800:2008. De forma geral, os resultados computacionais se aproximaram dos valores de referência, o que indica que os modelos computacionais conseguiram simular o comportamento estrutural de um pilar real e que a metodologia proposta é válida. Ao analisar a influência das imperfeições geométricas observou-se que os modelos com imperfeições de L/1000 e L/1500 foram os que mais se aproximaram dos valores de referência. No caso das imperfeições de materiais, os modelos com 10% e 15% de tensões residuais foram os que mais se aproximaram. Desta forma, as estratégias adotadas podem contribuir para futuras pesquisas relacionadas à flambagem de pilares de aço submetidos à compressão axial. ABSTRACT: This research aimed to simulate the structural behavior of steel columns subjected to axial compression and to evaluate the influence of geometric and material imperfections (residual stresses) on the strength of these elements. In order to achieve this aim, finite element computational models were developed using Abaqus, which were analyzed in two stages: an elastic buckling analysis (Buckle) and a nonlinear plastic analysis (Static Ricks). The results obtained were compared with the results presented by the elastic buckling equation proposed by Euler and the buckling curve prescribed by ABNT NBR 8800: 2008. In general, the results obtained were very close if compared to the reference values. It indicates that the computational models were able to simulate the structural behavior of a real pillar and that the proposed methodology is valid. When analyzing the influence of the geometric imperfections, it was observed that the models with imperfections of L/1000 and L/1500 were the ones that most approached the expected results. In the case of material imperfections, the models with 10% and 15% of residual stresses were the ones that presented the best results. In this way, the adopted strategies may contribute to future research related to the structural behavior of columns and buckling.
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