Sistemas Administrativos
Escola de Engenharia de São Carlos
SET Análise de estabilidade e dimensionamento de porta...
Documento Doutorado
Área Estruturas Metálicas
Data da defesa 20/08/2021
Autor BRANQUINHO, Maria Ávila
Orientador MALITE, Maximiliano
Português
Título Análise de estabilidade e dimensionamento de porta-paletes seletivos com base no método da análise direta
Resumo
Os porta-paletes seletivos são largamente utilizados no mercado por permitir a estocagem de grande quantidade de produtos e por serem prontamente desmontáveis permitindo alterações na logística das indústrias. Trata-se de estruturas leves, geralmente, compostas por colunas de aço formadas a frio perfuradas a fim de viabilizar ligações por encaixe com as longarinas. Todavia, o custo desta versatilidade recai nas complexidades introduzidas ao seu dimensionamento, sendo uma delas a determinação dos comprimentos efetivos de flambagem principalmente na análise global do rack na direção do corredor. Neste sentido, o presente estudo avalia a aplicabilidade do método da análise direta vigente na ANSI/AISI S100:2020 no dimensionamento de porta-paletes de 4 níveis e 4 a 12 baias (4x4 à 4x12, respectivamente) avaliados na direção do corredor. Uma análise numérica avançada é empregada como referência para a comparação dos procedimentos normativos. A fim de reduzir o custo computacional e permitir a análise de grandes estruturas (4x12, e.g.), um modelo reticulado composto por elementos finitos de treliça e de pórtico é desenvolvido. Não-linearidades física e geométrica, imperfeições geométricas iniciais globais, locais, e a nível de seção transversal, e comportamento semirrígido das ligações longarina-coluna e da base são considerados na análise avançada modelada por elementos unidimensionais. Para tal, um extenso estudo experimental foi desenvolvido a fim de permitir a validação do modelo reticulado das colunas e considerar adequadamente o comportamento mecânico do material dos elementos estruturais, da ligação semirrígida longarina-coluna e, ainda, do real campo de imperfeições geométricas iniciais. Em suma, o estudo apresentado atesta a importância do conhecimento do campo de imperfeições geométricas iniciais das colunas em termos de falta de retilineidade e a nível de seção transversal para a correta avaliação do comportamento mecânico do rack. Mais importante que o valor e sentido das amplitudes dos modos de imperfeição, foi a determinação de como esta amplitude varia ao longo da barra. Apresentando vantagens frente ao método do comprimento efetivo, o método da análise direta foi o procedimento que melhor representou o comportamento mecânico dos racks avaliados na direção do corredor com o benefício de não exigir a determinação de comprimentos de flambagem e nem de parâmetros experimentais para a consideração de modos localizados de instabilidade. Porém, análises considerando o campo real de imperfeições mostraram que há imperfeições geométricas iniciais típicas do rack em que o procedimento vigente na ANSI/AISI S100:2020 mostra-se contra-segurança. Nesse sentido, mostra-se promissora a consideração da interação entre os modos de instabilidade e de falha distorcional e global de flexo-torção no contexto do Método da Resistência Direta destinado a perfis perfurados, para o dimensionamento de racks com base no método da análise direta.
Palavras-chave análise estrutural avançada; perfis formados a frio; estruturas porta-paletes; modelo reticulado; método da análise direta; método do comprimento efetivo de flambagem.

English
Title Stability analysis and design of unbraced steel storage racks according to the direct analysis approach
Abstract
Steel storage pallet racks are widely used in many industrial applications because they enable the storage of large quantities of products and their layout can be easily changed. They are structures generally composed of cold-formed perforated uprights to enable the design of semi-rigid beam-to-column hook-in connectors. However, the advantages of these structures lead to complexities in its design, e.g. the effective length factors determination mainly in the down-aisle analysis. This work evaluates the applicability of the direct analysis method in down-aisle analyses of racks with 4 stories and 4 to 12 bays (4x4 and 4x12, respectively) according to ANSI/AISI S100:2020. Advanced analysis is used as reference for the comparison of the design standards procedures. To reduce the computational cost and to promote the analysis of large structures (4x12, e.g.), a lattice model composed of beam and truss elements is developed. Geometrical and material nonlinearities, as well as initial global, local and cross-sectional geometric imperfections, semi-rigid beam-to-column and base connections were taken into account in the advanced analysis developed with lattice models. An extensive experimental study was carried out to provide data for validation of the lattice model and adequately consider the effects of cold work, semi-rigid beam-to-column connection, and initial geometric imperfections. The obtained results highlight the importance of measuring the initial local and cross-sectional geometric imperfections of the columns for the correct evaluation of the mechanical behavior of the rack. The variation of the imperfection mode along the bar proved to be more important than the value and direction of the amplitudes of the imperfection modes. Comparative analysis indicates that the direct analysis method is an advantageous alternative to the effective length method to evaluate the mechanical behavior of rack in down-aisle direction, with the advantage of not requiring the determination of effective length factors or experimental parameters for the consideration of local buckling effects. However, analyses considering the real initial geometric imperfections showed that there are imperfection modes in which the AISI procedure proves to be unsafe. Therefore, the consideration of the interaction between distortional and global buckling modes in the context of the Direct Resistance Method for perforated profiles proves to be promising for the design of racks by the direct analysis method.
Keywords advanced analysis; cold-formed steel profiles; steel pallet rack; lattice model; direct analysis method; effective length method.