Análise Não-Linear Dinâmica de Colunas de Aςo Estaiadas e Protendidas

Abstract

Colunas de aço estaiadas e protendidas são uma excelente solução estrutural para escoramentos, torres de energia, mastros e outras construções. Sua concepção estrutural e sua forma altamente esbelta fazem de si uma estrutura leve, econômica, eficiente e de montagem rápida. Uma vez que estes sistemas estruturais são feitos de colunas muito finas, tornam-se substancialmente mais leves que os sistemas convencionais de escoramentos temporários, como os andaimes. Embora a solução estrutural para este tipo de estrutura remonta de 1960 a solução dinâmica deste problema não é totalmente compreendida, principalmente quando sujeitas a ações de impacto. Isto motivou um estudo detalhado do comportamento dinâmico do sistema estrutural por meio de simulações de elementos finitos numa análise dinâmica no programa ANSYS. Para o estudo deste sistema estrutural adotou-se um tubo para a coluna central e um tubo de diâmetro menor para as barras perpendiculares com as seguintes dimensões: altura da coluna principal de 12 m; diâmetro externo do tubo principal de 89,3 mm com espessura de 3,2 mm; comprimento das barras perpendiculares de 0,6 m; diâmetro externo das barras perpendiculares de 42,6 mm com espessura de 3 mm. Foram utilizados cabos como estais com um diâmetro de 6,35 mm. Esta solução estrutural faz com que a sua capacidade de resistência a compressão aumente substancialmente devido à restrição gerada pelos esforços nos estais que são transferidos pelas barras perpendiculares a coluna principal. Um modelo computacional de elementos finitos foi desenvolvido e implementado no programa ANSYS adotando técnicas usuais de refinamento de malha presentes nas simulações de método dos elementos finitos. Inicialmente foi investigado a resposta dinâmica deste sistema estrutural quanto as suas freqüências naturais e seus modos de vibração e foi seguido por uma análise não-linear no domínio do tempo. Isto é seguido dos resultados referentes ao caso em que o sistema estrutural é submetido a vários níveis de ações dinâmicas no topo da coluna, simulando cargas súbitas de impacto.