Structural evaluation of stainless steel angles subjected to axial compression

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:00:31Z No. of bitstreams: 1 Fernando Rocha Sarquis.pdf: 7723289 bytes, checksum: e2b44b219d1c512e557b17322f77ce58 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:00:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernando Rocha Sarquis.pdf: 7723289 bytes, checksum: e2b44b219d1c512e557b17322f77ce58 (MD5) Previous issue date: 2019-08-22 Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro The stainless steel has been used in various types of buildings due to its characteristics like high corrosion resistance, durability, appearance and aesthetics. The current design of stainless steel standards is still based on carbon steel structures analogies. Despite its geometric simplicity, columns characterized by cross-section-type equal-leg angle exhibit a particular structural behavior, once these elements show interaction between two overall buckling for flexural-torsional and flexural minor-axis. The flexural-torsional buckling phenomena is associated with an approximately horizontal plateau of axial critical load as a function of length, exhibiting a distinct behavior within this plateau. Thus, it can be observed that both the material and cross-section equal-leg angle have gap that need to be filled. This study shows an experimental and numerical analysis of fixed-ended hot-rolled austenitic stainless steel 304 equal-leg angle section columns. The testing scheme was conducted on three angle sections, as: L76x76x6,4; L64x64x4,8 e L64x64x6,4, where the nominal columns lengths for each cross-section were selected by an elastic critical buckling analysis by the GBTul program. Material testing was carried out by tensile and compressive loading, and subsequently geometrics imperfections measurements to determine the initial global (major-axis and minor-axis) and local (torsional) along the prototypes length. Experimental results include failures modes, equilibrium paths and columns ultimate load. This was followed by a parametric numerical study, where the developed numerical models were validate by the experimental results in ANSYS 17.0 and utilized to generate additional results over a broader range of member lengths and cross-section dimensions usually used. Comparing the results of the numerical analysis to the Eurocode 3 - Part 1.4 design curve and the method developed by Dinis and Camotim (2015) based on the Direct Strength Method, it was concluded that the current standards procedures do not provide a suitable design, therefore a modified design method was proposed in this study, based on the procedure used by Eurocode 3 - Part 1.4. O aço inoxidável vem sendo utilizado em vários tipos de construções devido às suas características de alta resistência à corrosão, durabilidade, aparência e estética. As atuais normas de projeto de aço inoxidável são em grande parte baseadas em analogias assumidas com o comportamento de estruturas de aço carbono. Além disso, apesar da simplicidade geométrica, colunas caracterizadas por seção transversal em cantoneira de abas iguais apresentam um comportamento estrutural bastante particular, pois exibem interação entre os modos globais de flambagem por flexo-torção e flexão no eixo de menor inércia. O fenômeno da flambagem por flexo-torção está associado a um platô aproximadamente horizontal da carga crítica axial em função do comprimento e apresenta um comportamento distinto dentro desse platô. Portanto, verifica-se que, tanto o material quanto a seção transversal cantoneira, evidenciam lacunas que precisam ser preenchidas. Esta dissertação apresenta uma análise experimental e numérica de colunas com seção transversal em cantoneiras de abas compactas iguais laminadas a quente de aço inoxidável austenítico 304 com condição de contorno biengastada. O programa experimental foi conduzido em três seções transversais, como: L76x76x6,4; L64x64x4,8 e L64x64x6,4, onde os comprimentos das colunas para cada seção foram definidos através de uma análise de flambagem elástica por meio da curva de assinatura obtida pelo programa GBTul. O material das cantoneiras foi caracterizado tanto em compressão quanto em tração e, posteriormente, foram medidas as imperfeições geométricas iniciais globais (flexão nos eixos de maior e menor inércia) e locais (rotação) ao longo do comprimento dos protótipos. Os resultados obtidos experimentalmente, incluem os modos de falha, as trajetórias de equilíbrio e as forças resistentes das colunas. Isto foi seguido por uma análise numérica paramétrica, onde os modelos em elementos finitos desenvolvidos no programa ANSYS 17.0 foram validados com os ensaios experimentais a fim de gerar um escopo de resultados mais amplo abrangendo outros comprimentos e outras seções transversais utilizadas usualmente. Comparando-se os resultados da análise numérica com a curva de dimensionamento do Eurocode 3 - Parte 1.4 e com o método desenvolvido por Dinis e Camotim (2015) baseado no Método da Resistência Direta, concluiu-se que os procedimentos de dimensionamento atuais não proporcionam um resultado adequado e, por isso, nesta dissertação é proposto um método de dimensionamento modificado baseado no procedimento utilizado pelo Eurocode 3 - Parte 1.4.