Os modos de rotura estrutural – tais como encurvadura, encurvadura por flexão-torção, encurvadura local, encurvadura por corte e estabilidade de casca – diferem nas suas causas subjacentes, nos comportamentos e nos componentes estruturais com os quais afetam. A compreensão e a identificação completas destes problemas de estabilidade são cruciais para a realização de análises precisas e o dimensionamento de estruturas robustas. Este artigo irá ajudá-lo nessa tarefa, oferecendo uma explicação detalhada de cada tipo de rotura, incluindo as suas características, principais causas e principais funções. Por fim, será incluída uma tabela de comparação para resumir as diferenças entre os tipos de rotura, tornando mais fácil identificar e distinguir.
Tenha em atenção que, à medida que ler o artigo, todos estes modos de rotura podem ser analisados com o módulo Estabilidade estrutural da Dlubal. Ao utilizar esta ferramenta, tem a oportunidade única de enfrentar os desafios associados a estes tipos de rotura através da análise de elementos finitos (AEF) avançada. Cada modo de rotura discutido aqui será acompanhado de um exemplo, permitindo um aprofundamento no tema. Além disso, a Dlubal oferece uma vasta gama de recursos valiosos, incluindo artigos da base de dados de conhecimento, FAQ, seminários web etc., todos disponíveis na secção correspondente da página web da Dlubal para aprofundar os seus conhecimentos sobre o assunto.
encurvadura por flexão
A encurvadura por flexão é uma forma de instabilidade global que ocorre numa barra estrutural sujeita a compressão axial, fazendo com que a barra dobre ou "encurve" lateralmente devido à força de compressão. Este fenómeno acontece quando a carga crítica, para além da qual a barra perde a sua estabilidade sob compressão, é excedida. A encurvadura é mais comum em pilares ou barras esbeltos com uma relação de giração comprimento-raio elevada. Este comportamento é geralmente regulado pela fórmula de encurvadura de Euler' para materiais elásticos, mas pode envolver encurvadura elástica ou inelástica, dependendo das propriedades do material e da geometria da barra.
Derrubamento
A encurvadura por flexão-torção é uma instabilidade que ocorre em vigas sujeitas a flexão, resultando em deslocamento lateral e torção. A principal causa deste fenómeno foi a compressão no banzo superior, a par de um apoio lateral inadequado. É observado mais frequentemente em barras de flexão, tais como vigas e vigas, onde a tensão induzida pelo momento desempenha um papel significativo. A ocorrência de uma encurvadura por flexão-torção é influenciada por fatores tais como o comprimento não contraventado, a forma da secção e o gradiente de momentos. Geralmente, é analisada utilizando o momento elástico crítico para a encurvadura por flexão-torção.
Encurvadura local
A encurvadura local está relacionada com a rotura dos elementos de placa individuais (por exemplo, banzos, almas) numa secção, sem causar uma instabilidade global da barra. A principal causa da encurvadura local é a tensão de compressão localizada que excede a tensão de encurvadura crítica do elemento de placa. Este tipo de encurvadura é predominante em secções de parede fina, tais como vigas em I, vigas de secção em caixão e barras de aço formadas a frio. É importante ter em consideração porque isso afeta a resistência e a rigidez das barras, levando a uma redução potencial da capacidade de carga resistente.
Encurvadura da chapa
A encurvadura por corte refere-se a um tipo de instabilidade estrutural que ocorre numa barra sujeita a forças de corte, fazendo com que o material se deforme ou "encurve" lateralmente. A encurvadura por corte acontece quando a força de corte aplicada excede o limite crítico, fazendo com que a estrutura deforme lateralmente ou para fora do plano. É particularmente provável que isso ocorra quando a barra é fina e não tem um apoio lateral adequado para resistir à força de corte. Por isso, a encurvadura por corte é frequentemente observada em elementos como lajes, almas de vigas em I ou outras estruturas esbeltas sujeitas a tensões de corte. O parâmetro crítico que rege a encurvadura por corte é a tensão de encurvadura por corte, a qual é influenciada por fatores tais como a espessura do elemento, a relação de aspeto, as condições de fronteira e as propriedades do material.
Encurvadura de casca
A encurvadura de estruturas em casca é a perda de estabilidade em estruturas finas e curvadas (cascas), tais como formas cilíndricas, esféricas ou cónicas (por exemplo, tanques, silos, condutas), quando expostas a cargas de compressão ou laterais. Ocorre quando estas cargas provocam a deformação da casca, reduzindo a sua capacidade de suportar carga adicional, o que pode levar a distorções significativas ou até mesmo ao colapso. A principal causa da encurvadura em estruturas em casca é uma distribuição não uniforme de tensões, geralmente resultantes de forças axiais, tensões de corte ou pressões externas.
Tabela de comparação
Agora que cada tipo de rotura foi definido e as respetivas características descritas, as principais diferenças entre eles são resumidas na Tabela 1. Esta tabela fornece uma visão geral concisa de cada modo, destacando o principal elemento estrutural afetado, as condições de carga primária que levam à rotura, a deformação resultante e o fator crítico que rege o modo.
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|---|---|---|---|---|
| Tipo de rotura | Elemento estrutural principal | carga principal | Modo de deformação | fator crítico |
| Derrubamento | Vigas | Momentos fletores | Deslocamento lateral + torção | Comprimento não contraventado |
| Encurvadura da chapa | Lajes | Forças de corte | Encurvadura/encurvadura diagonal | Espessura de placa |
| Encurvadura local | Elementos de placa (por exemplo, banzos) | Tensões de compressão locais | Deformação fora do plano | Esbelteza da laje |
| Estabilidade da casca | Estruturas curvadas/em casca | Axial, pressão ou corte | Padrões de encurvadura complexos | Imperfeições, curvatura |
Notas finais
No dimensionamento estrutural, podem surgir vários problemas de estabilidade comuns, especialmente quando não são considerados adequadamente no processo de dimensionamento. Este artigo fornece uma visão geral de cinco desses problemas: encurvadura, encurvadura por flexão-torção, encurvadura local, encurvadura por corte e estabilidade de casca. A informação fornecida tem como objetivo ajudar a compreender as causas e os comportamentos subjacentes às placas, assim como os elementos estruturais que afetam. Este conhecimento irá permitir-lhe identificar e distinguir estes problemas de estabilidade, dando-lhe uma base sólida para os integrar nas suas análises e dimensionamentos de estruturas elásticas e seguras.