Efeito das imperfeições geométricas iniciais na capacidade resistente de perfis racks submetidos à compressão

Abstract

A evolução dos meios de produção e do e-commerce aumentou a demanda por soluções de armazenamento, entre os quais se destaca o sistema porta-paletes. Neste sistema é comum o emprego de colunas de aço com seções do tipo rack com pequena espessura de parede e furos regulares ao longo do seu comprimento. Como os padrões de perfuração empregados podem variar entre os fabricantes, o projeto destes componentes torna-se um desafio. Em função disso, a abordagem das normas recomenda o uso de resultados experimentais. Por outro lado, o uso de soluções numéricas como o método dos elementos finitos pode ser utilizado. Analisando a presença de furos nos perfis, as imperfeições geométricas iniciais admitidas podem intervir na interação entre os modos de instabilidade local, distorcional e global. Neste contexto, este trabalho busca investigar essa influência na capacidade resistente de perfis racks submetidos à compressão. O estudo é desenvolvido a partir de um software comercial de elementos finitos. As imperfeições geométricas iniciais são geradas a partir da combinação de modos de instabilidade representativos. Um conjunto de combinações de irregularidades geométricas foi gerado e aplicado a comprimentos característicos em análises elásticas considerando a não linearidade geométrica. A partir desta investigação, foi selecionado um conjunto de curvas mais críticas, as quais foram reanalisadas considerando também a não linearidade do material. Os resultados para um aço ASTM A572 foram então comparados às resistências nominais segundo as normas NBR 14762 (2010), NBR 15524-2 (2007), EN 15512 (2009 e 2020) e o RMI (2019). Neste processo, foram avaliados também o método de Smith e Moen (2014), bem como o método de Casafont et al. (2013). De modo geral, houve coerência entre os resultados obtidos com os valores médios pelo método dos elementos finitos. Avaliando os resultados numéricos das análises não lineares, num mesmo grupo de curvas, se observou uma diferença relativa máxima de 16,39% e 14,04% na carga última de perfis com e sem furos, respectivamente. Para o layout de furos empregado, a redução na carga de falha do perfil sólido foi inferior a 10% para a combinação de imperfeição geométrica inicial distorcional-global considerada mais crítica.

The evolution of production systems and e-commerce has increased the demand for storage solutions, among which the pallet system storage. In this system, it is common to use steel columns with rack-type sections with small wall thickness and regular holes along their length. How the holes patterns can vary by manufactores, the design usually is a challenge. Due to this, the standards approach recommends the use of experimental results. On the other hand, the use of numerical solutions such as the finite element method can be used. Analyzing the presence of holes in the uprights, the initial geometric imperfections can intervene in the local interaction, between the distortional and global instability modes. In this context, this job aims to investigate this influence on the load capacity of rack uprights subjected to compression. The study is developed from a commercial finite element software. The initial geometric imperfections are generated from combinations of representative instability modes. A set of combinations of geometric irregularities was generated and applied to typical lengths considering the geometric non-linearity. From this investigation, a set of most critical curves were selected, which were re-evaluated also considering the material non-linearity. The results for an ASTM A572 steel were then compared to the nominal strengths according to NBR 14762 (2010), NBR 15524-2 (2007), EN 15512 (2009 and 2020) and RMI (2019) standards. In this process, the Smith and Moen (2014) method, as well as the Casafont et al. (2013) method, were also evaluated. In general, the values obtained are consist with the average results by finite element method. Evaluating the numerical results of the non-linear analyses, in the same group of curves, a maximum relative difference of 16.39% and 14.04% was observed in the ultimate load for uprights with and without holes, respectively. For the hole layout employed, the reduction in failure load of upright without holes was less than 10% for the distortional-global initial geometric imperfection combination considered as most critical.