Numerical investigations regarding local buckling effects of high-strength steel tubes in scaffolding construction

Abstract

Los aceros de alta resistencia tales como el S960 son una opción prometedora para reducir el peso en las estructuras de acero. Para los andamios de construcción, se prevé que estos aceros aplicados a secciones huecas circulares formadas en frío con una mayor relación de diámetro-espesor que los de acero de resistencia normal sean una opción más económica. Con relaciones de diámetro-espesor más grandes debido a espesores más pequeños, los fenómenos de pandeo local pueden limitar la resistencia última de la sección. En esta tesis se desarrollan análisis de elementos finitos de secciones circulares huecas de aceros S960, S700 y S550 galvanizados y no galvanizados con diámetros de 48,3 mm y diferentes relaciones de diámetro-espesor, que son validados frente a ensayos de compresión en los que el pandeo global no es decisivo. Estos análisis numéricos incluyen no linealidades de la geometría y del material, tales como imperfecciones geométricas locales, imperfecciones de aplicación de carga, tensiones residuales y leyes de materiales no lineales derivadas de ensayos de tracción uniaxiales de tubos completos y de tiras cortadas. Con ellos, se estudian los fenómenos de pandeo local, resistencia última y modos de fallo de las secciones ensayadas. La validación de modelos numéricos se realiza mediante curvas de carga-desplazamiento tanto en los análisis numéricos y en los ensayos experimentales. Se estudia el efecto de diferentes parámetros tales como tensiones residuales y espesores en relación a la resistencia última de las secciones. Se desarrollan estudios paramétricos de diferentes relaciones de diámetro-espesor con el acero S960 no galvanizado para hallar los límites de esbeltez contra el pandeo local, que son comparados con los límites actuales del Eurocódigo 3. El código utilizado en los análisis de elementos finitos se proporciona para el programa ANSYS Mechanical APDL escrito en Python (pyANSYS).