Numerical analysis of cold formed rack columns with edge stiffened holes

Authors

  • Diego Martins Gomes Federal University of Ouro Preto (UFOP), Ouro Preto, Minas Gerais, Brazil
  • Arlene Maria Cunha Sarmanho Federal University of Ouro Preto (UFOP), Ouro Preto, Minas Gerais, Brazil
  • Flávio Teixeira de Souza Federal Institute of Minas Gerais (UFMG), Ouro Preto, Minas Gerais, Brazil https://orcid.org/0000-0003-3261-9089

DOI:

https://doi.org/10.5216/reec.v19i1.74342

Keywords:

Finite element method, Perforated cold-formed profiles, Edge stiffened holes, Rack colums

Abstract

Cold formed profiles are an economic and efficient option in steel construction. The often have perforations to fit connections and accommodate electrical end hydraulic installations. These holes may modify the structure behavior and reduce its resistance. The adoption of edge-stiffened perforations may reduce these prejudicial effects. This work analyzes cold formed rack columns with two parallel rows of holes, prone to web local buckling and also buckling between holes. Linear and non-linear finite element analysis are carried out by software ANSYS. The non-stiffened perforations increase the slenderness and reduce columns resistance, but, edge-stiffened holes may revert these effects, approximating the resistance and behavior of edge-stiffened perforated and non-perforated columns. This may indicate that the adoption of edge-stiffened holes may mitigate bad effect of perforations.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Diego Martins Gomes, Federal University of Ouro Preto (UFOP), Ouro Preto, Minas Gerais, Brazil

Possui Graduação em Engenharia Civil pela Faculdade do Futuro (2018), Mestrado profissional em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Ouro Preto, UFOP, Brasil.

Arlene Maria Cunha Sarmanho, Federal University of Ouro Preto (UFOP), Ouro Preto, Minas Gerais, Brazil

Engenheira Civil, possui Mestrado (1991) e Doutorado (1996) em Engenharia Civil pela COPPE/Universidade Federal do Rio de Janeiro. Atualmente é professora Associado da Universidade Federal de Ouro Preto, consultora do CNPq, CAPES, Coordenadora pela UFOP do convênio de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) com empresas do setor produtivo, Consultora do CBCA. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Estruturas Metálicas, atuando principalmente nos seguintes temas: estruturas metálicas e mistas, perfis formados a frio, análise experimental e estabilidade estrutural.

Flávio Teixeira de Souza, Federal Institute of Minas Gerais (UFMG), Ouro Preto, Minas Gerais, Brazil

Possui graduação em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Ouro Preto (2002), mestrado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Ouro Preto (2005) e doutorado em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Ouro Preto (2013). Atualmente é prof. de ensino básico, técnico e tecnológico do Instituto Federal Minas Gerais. Tem experiência na área de Engenharia Civil, com ênfase em Estruturas Metálicas, atuando principalmente nos seguintes temas: elementos finitos, estrutura metálica, estruturas metálicas, perfis formados a frio e perfis formados a frio perfurados.

References

AISI – American Iron and Steel Institute. North American Specification (NAS) for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members (AISI-S100-16). Washington DC: AISI, 2016

ANSYS. ANSYS Mechanical, version 19.2. 2019.

AS/NZS 4600. “Cold-formed steel structures”. Joint Technical Committee BD-082, Cold-formed Steel Structures. ISBN (PDF) 978-1-77673-338-5. Standards New Zealand. 2018.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 14762 - Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por perfis formados a frio. Rio de Janeiro. 2010

BEBIANO R., SILVESTRE N., CAMOTIM D. GBTUL − A code for the buckling analysis of cold-formed steel members”. Proceedings of19th International Specialty Conference on Recent Research and Developments in Cold-Formed Steel Design and Construction (St. Louis, 14-15/10), R LaBoube, W.-W. Yu (eds.), 61-79. 2008.

CAI, J.; MOEN, C. D. Elastic buckling analysis of thin-walled structural members with rectangular holes using generalized beam theory. Thin-Walled Structures, v. 107, p. 274-286, 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tws.2016.06.014

CARVALHO, P. R. M. de; GRIGOLETTI, G.; BARBOSA, G. D. Curso básico de perfis de aço formados a frio. 3ª. ed. Porto Alegre: Ed. Porto Alegre. 2014. 371 p.

CHEN, B.; ROY, K.; UZZAMAN, A.; RAFTERY, G.; LIM, J. B. P. Axial strength of back-to-back cold-formed steel channels with edge-stiffened holes, un-stiffened holes and plain webs. Journal of Constructional Steel Research, v. 174, p. 1-22, 2020b. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2020.106313.

CHEN, B.; ROY, K.; UZZAMAN, A.; RAFTERY, G.; LIM, J. B. P. Parametric study and simplified design equations for cold-formed steel channels with edge-stiffened holes under axial compression. Journal of Constructional Steel Research, v. 172, p. 1-27, 2020a. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2020.106161.

CHEN, B.; ROY, K.; UZZAMAN, A.; RAFTERY, G.; NASH, D., CLIFTON, G. C., POULADI, P.; LIM, J. B. P. Effects of edge-stiffened web openings on the behaviour of cold formed steel channel sections under compression. Thin-Walled Structures, v. 144, p. 1-21, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106307

FARIA, Vinícius de Oliveira. Análise de estabilidade de perfis formados a frio com perfurações. Dissertação de Mestrado: Universidade Federal de de Ouro Preto. MG. 2016.

GREY, C.N.; MOEN, C.D. Elastic buckling simplified methods for cold-formed columns and beams with edge-stiffened holes. Proceedings of the Annual Stability Conference Structural Stability Research Council, Pittsburgh, Pennsylvania, p. 1-12. 2011.

HANCOCK, G. J. Design for distortional buckling of flexural members. Thin-Walled Structures, v. 27, n. 1, p. 3-12, 1997.

HOWICK, 2020 Disponível em: https://www.howickltd.com/. Acesso em: 2 fev. 2021.

JARDIM JR., F., HELENO, R. P., SOUZA, F. T., SARMANHO, A. M. S. MACHADO, A. P. M. Estudo da viabilidade do método da Resistência Direta em Perfis U enrijecidos formados a frio com perfurações. Revista Eletrônica de Engenharia Civil, v. 17 n. 1, p. 1-15, 2021.

KANTHASAMY, E., THIRUNAVUKKARASU, K.; POOLOGANATHAN, K.; GATHEESHGAR, P.; TODHUNTER, S.; SUNTHARALINGAM, T., Ishqy, M. F. M. Shear Behaviour of Doubly Symmetric Rectangular Hollow Flange Beam with Circular Edge-stiffened Openings. Engineering Structures. 2021. DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.113366.

MOEN, C. D.; SCHAFER, B. W. Direct Strength Design of Cold‐Formed Steel members with perforations: Research Report RP 09-1. Washington: American Iron and Steel Institute – Committee on Specifications for the Design of Cold-Formed Steel Strutuctural Members, 2009.

NEIVA, L. H. SARMANHO, A. M. S.; FARIA, V. O.,SOUZA, F. T., STARLINO, J. A. B. Numerical and experimental analysis of perforated rack members under compression. Thin-Walled Structures. v. 130. p. 176-193, 2018.

NICOLAU, I. A. N. Análise numérica do comportamento de perfis formados a frio com perfurações enrijecidas. 2022. 77 f. Dissertação (Mestrado Profissional em Engenharia das Construções) - Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2022.

OLIVEIRA, L. C. P. SARMANHO, A. M. C.; SOUZA, F. T. Análise da influência das dimensões das perfurações em pilares compostos por perfis em aço formados a frio do tipo U enrijecido. Revista de Engenharia e Pesquisa Aplicada, v. 7, n. 1, p. 30-37, 2022. DOI: 10.25286/repa.v7i1.1717.

OSGOUEI, A. J.; HOSSEINZADEH, Y.; AHMADI, H. Local buckling analysis of cold-formed steel webs with stiffened rectangular openings. Journal of Constructional Steel Research. 2020.Volume 167, 2020, 105824, ISSN 0143-974X, https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.105824.

PINTO, R. A. R., SARMANHO, A. M. C.; SOUZA, F. T. Análise numérica das dimensões e posição das perfurações na resistência à instabilidade distorcional de perfis formados a frio do tipo rack comprimidos. Revista da Estrutura de Aço, v. 10, n. 3, p. 333-350, 2021.

PINTO, R. A. R.; SARMANHO, A. M. S.; SOUZA, F. T. Análise Numérica da influência das dimensões e posição das perfurações na resistência à instabilidade distorcional de perfis formados a frio do tipo rack comprimidos. Revista da Estrutura de Aço. v. 10. p. 333-350, 2021.

SILVESTRE, N. CAMOTIM, D. DINIS, P. Direct strength method application to cold-formed steel lipped channel columns and beams affected by local-plate/distortional interactive buckling. Rem: Revista Escola de Minas. v. 60. p. 341-354, 2007.

SOUZA, F. T. de; SANTOS, E. T. dos; SARMANHO, A. M. C. Análise numérica da influência das dimensões de perfurações em perfis formados a frio do tipo rack submetidos à compressão. Revista Mundi Engenharia, Tecnologia e Gestão, Paranaguá, PR, v. 5, n. 5, p. 1-266, 2020. DOI: 10.21575/25254782rmetg2020vol5n51128.

SOUZA, F. T., SARMANHO, A. M. S. MACHADO, A. P. M. Análise via elementos finitos de ligações tipo encaixe em sistemas de armazenamento industrial. Revista Eletrônica de Engenharia Civil, v. 17 n. 1, p. 16-30, 2021.

UZZAMAN, A.; LIM, J. B. P.; NASH, D.; ROY, K. Cold-formed Steel Channel Sections under End-two-flange Loading Condition: Design for Edge-stiffened Holes, Unstiffened Holes and Plain Webs. Thin-walled Structures. 2020. DOI: 10.1016/j.tws.2019.106532.

YU, C.; Cold-formed steel flexural member with edge stiffened holes: behavior, optimization, and design. Journal of Constructional Steel Research, v. 71, p. 210-218, 2012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2011.09.008.

Downloads

Published

2023-05-12

How to Cite

GOMES, D. M.; CUNHA SARMANHO, A. M.; TEIXEIRA DE SOUZA, F. Numerical analysis of cold formed rack columns with edge stiffened holes. REEC - Revista Eletrônica de Engenharia Civil, Goiânia, v. 19, n. 1, p. 78–91, 2023. DOI: 10.5216/reec.v19i1.74342. Disponível em: https://revistas.ufg.br/reec/article/view/74342. Acesso em: 18 may. 2024.

Issue

Vol. 19 No. 1 (2023): [REEC] Revista Eletrônica de Engenharia Civil - Vol. 19, n° 1, 2023

Section

Estruturas

License

Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos: Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.