Análise do comportamento global plano e espacial de pórticos metálicos utilizando a teoria generalizada de vigas

Resumo

Abordam-se a formulação e implementação computacional de elementos finitos de barra baseados na teoria generalizada de vigas (GBT - Generalised Beam Theory), que permitem analisar o comportamento global plano e espacial de estruturas porticadas metálicas a trabalhar em regime elástico. Para isso, torna-se indispensável estabelecer relações cinemáticas que permitam assegurar a compatibilidade entre deslocamentos e rotações nas ligações que unem duas ou mais barras com orientações distintas (principalmente no que respeita aos deslocamentos de empenamento). Após uma breve revisão dos conceitos fundamentais envolvidos numa análise estrutural baseada na GBT, apresentam-se em detalhes a formulação e implementação numérica de elementos finitos baseados na GBT que incluem apenas os quatro modos de deformação de corpo rígido - em particular, descrevem-se os procedimentos envolvidos na determinação das matrizes de rigidez, linear e geométrica, do elemento finito e do pórtico (as últimas devem incorporar a influência das ligações e condições de apoio do pórtico). Em seguida, abordam-se os modelos cinemáticos para simular a transmissão do empenamento em ligações de pórticos que unem duas ou mais barras com secção em U ou I e exibem três configurações diferentes: continuidade da alma e continuidade dos banzos com reforço em diagonal ou em caixa. Finalmente, com o objectivo de ilustrar a aplicação e o potencial dos elementos finitos desenvolvidos, apresentam-se e discutem-se resultados numéricos relativos ao comportamento linear de um pórtico simples (com apenas duas barras ortogonais) e à estabilidade de pórticos de edifícios industriais com travessas inclinadas - validam-se alguns desses resultados pela sua comparação com valores fornecidos por análises de elementos finitos de barra ou casca (convencionais) efectuadas no programa ANSYS.