Profile din oţel formate la rece cu secţiune închisă

9.1. GeneralităţiComportarea la flambaj a profilelor închise cu pereţi subţiri

este cu atât mai bună cu cât materialul este mai depărtat de axa neutră. Pentru o secţiune cu o arie constantă se poate considera că alegerea unei variante mai economice conduce la profile de mai mari dimensiuni (lăţime şi înălţime) pentru secţiuni rectangulare sau de un diametru mai mare la secţiuni circulare, în asociaţie cu o grosime redusă a pereţilor.

Grosimea redusă a pereţilor rezultată din calcule poate conduce însă la fenomenul de instabilitate specific secţiunilor suple şi anume, voalarea pereţilor. În tab. 9.1, 9.2 si 9.3 sunt prezentate rapoartele limită pentru pereţii ce alcătuiesc secţiunile transversale ale profilelor închise, rectangulare şi circulare. În plus, în cazul profilelor reale apar fenomene de interferenţă între voalare şi flambajul barei datorită imperfecţiunilor inerente fabricării industriale, rezultatul fiind antrenarea unei combinaţii a două fenomene de instabilitate însoţite de o diminuare a sarcinii critice considerate pentru cazurile de instabilitate luate separat. În consecinţă secţiunile de ţevi care prezintă acest tip de comportament sunt considerate ca aparţinând clasei 4.

Pe de altă parte, în cazul profilelor cu pereţi subţiri, limita de elasticitate este determinantă în cadrul fenomenului de voalare. Creşterea limitei de elasticitate datorită ecruisării joacă în realitate un rol similar cu cel al creşterii grosimii pereţilor, fig. 9.1. Luarea în consideraţie la calculul secţiunilor barelor atât a voalării pereţilor cât şi interacţiunea cu flambajul barei se face, conform EUROCODE 3, pe baza caracteristicilor geometrice aşa numite “eficace” ale secţiunilor stabilite cu ajutorul lăţimilor eficace ale pereţilor profilelor formate la rece.

Tab. 9.1 Rapoarte limită d/t la profile cu secţiune închisă circulară (CHS)

Clasa Secţiune încovoiată şi/sau comprimată

3 d/t902

fy (N/mm2) 235 275 355 1 0.92 0.812 1 0.85 0.66

Tab. 9.2 Rapoarte limită pentru supleţea inimilor profilelor cu secţiune închisă rectangulară (RHS)

Clasa

secţiuniiInimi

încovoiateInimi

comprimateInimi încovoiate şi

comprimateDistribuţia tensiunilor în perete (compresiune pozitivă)

3 hp/t 124 hp/t 42

- când >-1:

- când <-1:

fy (N/mm2) 235 275 355 1 0.92 0.81

Tab. 9.3 Rapoarte limită pentru supleţea tălpilor profilelor cu secţiune

închisă rectangulară

Profile cu secţiune închisă circulară (CHS)

Profile cu secţiune închisă rectangulară (RHS) - inimi (pereţi interiori normali la axa de încovoiere)

Clasa secţiunii

Distribuţia tensiunilor în perete şi pe înălţimea secţiunii (compresiune pozitivă)

Secţiune încovoiată Secţiune comprimată

3 bp/t 42 bp/t 42 fy (N/mm2) 235 275 355

1 0.92 0.81

Profile închise cu secţiuni circulare prezintă valori mari ale raportului d/t, aşadar ele sunt foarte sensibile la imperfecţiuni geometrice. În condiţiile în care prea puţine rezultate experimentale sunt disponibile în privinţa studierii fenomenului de interacţiune între voalare pe de o parte şi flambajul pe de altă parte, profilele circulare din clasa 4 pot fi luate în calcul prin înlocuirea, în ecuaţiile de flambaj a limitei de elasticitate fy cu tensiunea ultimă fu înregistrată pe un tronson scurt de profil tubular circular din oţel.

În cadrul capitolului 9 se va analiza comportarea secţiunile tubulare pătrate sau rectangulare în situaţiile ce conduc la pierderea stabilitaţii prin voalarea pereţilor profilelor.

Pentru profilele închise formate la rece se prezintă creşterea limitei de elasticitate medii, fya ca efect al ecruisării, fig. 9.1. Această creştere de rezistenţă este folosită numai la elemente solicitate la tracţiune sau compresiune, fără a fi aplicată la verificarea elementelor încovoiate (EUROCODE 3, anexa A).

Profile cu secţiune închisă rectangulară (RHS) - Tălpi (pereţi interiori paraleli cu axa de încovoiere)

(b+h)/2t

Fig. 9.1 Creşterea limitei de elasticitate medie, după formarea la rece a profilelor rectangulare închise funcţie de geometria secţiunii şi marca de oţel

Particularizarea pentru cazul ţevilor pătrate sau rectangulare se face simplificând astfel:

- k=7 pentru toate modurile de fabricaţie la rece a profilelor cu pereţi subţiri ;

- n=4 ;- A=2t(b+h).Aşadar, se va adopta relaţia simplificată :

(9.1)

9.2. Caracteristici secţionale ale profilelor închise rectangulare

Determinarea caracteristicilor geometrice eficace ale secţiunilor din clasa 4 necesare verificării stabilităţii barelor cu secţiuni închise (tab. 9.4), se face cu ajutorul relaţiilor prezentate mai jos. Acestea sunt valabile numai pentru cazul profilelor cu pereţi subţiri din clasa 4, la care grosimea t este foarte mică în raport cu celelalte dimensiuni secţionale b sau h. În figura 9.2 sunt explicitate notaţiile utilizate. Verificările de rezistenţă şi stabilitate se desfăşoară, conform EUROCODE 3, identic cu cel pentru profile aparţinând clasei 3, intervenind însă cu caracteristicile

secţionale eficace. În plus, datorită celor două axe de simetrie ale profilelor închise, axa neutră nu suferă deplasări în cazul compresiunii axiale şi deci nu va apare momentul de încovoiere adiţional în cadrul relaţiilor de verificare, o simplificare foarte importantă pentru calcul.

În cazul efortului normal pe secţiune (solicitare axială) se vor utiliza relaţiile (9.2)…(9.5.).

Pentru calculul ariei eficace :

(9.2)

Tab. 9.4 Caracteristicile geometrice eficace ale secţiunilor închise rectangulare

TENSIUNE (SOLICITARE)(compresiune pozitivă)

SECŢIUNE EFICACECARACTERISTICI

SECŢIONALE EFICACE

Aef

ief

Ief,y

Wef,y

Ief,z

Wef,z

Fig. 9.2 Secţiunile eficace ale profilelor închise rectangulare solicitate la efort axial de compresiune şi moment încovoietor după o singură axă principală

Pentru calculul razelor de giraţie pe secţiunea eficace :

(9.3)

(9.4)

unde:

(9.5)

Pentru calculele legate de verificarea încovoierii se vor

utiliza relaţiile (9.6)…(9.9). Astfel, modulele de rezistenţă se determină cu relaţiile:

(9.6)

(9.7)în care intervin următoarele notaţii:

(9.8)

(9.9)

9.3. Îmbinarea barelor din profile cu pereţi subţiri cu secţiune închisă9.3.1. Generalităţi

Utilizarea pe o scară din ce în ce mai largă a profilelor cu secţiune închisă la alcătuirea structurilor planare, precum grinzile cu zăbrele sau, a ansamblurilor spaţiale de bare - structuri reticulare, cadre, arce, domuri etc., a adus în prim plan problema proiectării îmbinărilor în nodurile acestora.

Avantajele structurale ale profilelor închise cu pereţi subţiri au devenit din ce în ce mai evidente în ultimele decenii din experienţa acumulată în domeniul construcţiilor. Profilele cu secţiuni închise s-au dovedit în mod particular foarte rezistente în cazul solicitărilor de compresiune sau torsiune, profilele cu secţiune circulară având în plus avantajul materialului uniform distribuit în jurul centrului de greutate precum şi cel al simetriei secţionale, asamblarea acestora comportând însă complicaţii legate de uzinarea extremităţilor datorită necesităţii prelucrării complexe a capetelor barelor, fig. 9.3. Se va avea în vedere aşadar necesitatea existenţei în atelier a unor maşini automatizate care să realizeze tăierea acestor bare la capete conform detaliilor de îmbinare.

În acest context, profilele închise cu secţiune rectangulară au devenit o alternativă interesantă, permiţând asamblaje mult mai simple, capetele barelor putând fi tăiate cu unelte mult mai puţin sofisticate.