Estudo experimental/numérico de uma nervura circular

Jun 21, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 8823 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Com foco em conexões de flange reforçadas com nervuras circulares com placas de flange interno e externo, denominadas flange interno-externo, o comportamento mecânico do flange submetido à carga combinada de flexão e tração é estudado experimentalmente. Quatro corpos de prova nominalmente idênticos foram utilizados para investigar os efeitos da excentricidade no comportamento mecânico. A distribuição da folga entre as placas do flange, bem como a distribuição das forças dos parafusos, é apresentada. Verifica-se que o eixo neutro se aproximaria gradualmente do eixo central da conexão do flange, à medida que a excentricidade aumenta. Além disso, desde que as nervuras, soldas e placas de flange suficientemente fortes, a capacidade da flange é predominantemente predominante pela resistência do parafuso. Uma boa concordância é encontrada na comparação dos resultados obtidos por meio da análise de elementos finitos, do método semi-analítico (SAM) e do estudo experimental. Isso corrobora a validade de usar a suposição de falha do parafuso e a suposição de seção transversal plana no SAM para aproximar a capacidade do flange interno-externo. No que diz respeito à interação da capacidade de tração com a capacidade de flexão, os resultados experimentais juntamente com os da literatura são comparados com as curvas definidas pelos códigos e são concluídas as sugestões de dimensionamento. A capacidade de escoamento, definida como a carga quando a tensão do parafuso atinge o limite de escoamento, é aqui recomendada para o projeto de uma estrutura em condições de serviço. Verificou-se que as especificações nos códigos atuais para os flanges reforçados com nervuras com uma única placa de flange ocasionalmente superestimam a capacidade de escoamento dos flanges interno-externo sob a carga combinada de flexão e tração. Além disso, tanto os resultados experimentais quanto os numéricos mostram uma curva de interação de carga linear, em termos de capacidade última.

Flanges circulares, como uma junta estrutural aparafusada, são freqüentemente empregadas para a conexão dos membros tubulares de seção redonda em estruturas tubulares. No entanto, os flanges circulares tradicionais, possuindo apenas uma única placa de flange interno/externo (flange SI/SO), às vezes não podem atender aos requisitos de alta resistência decorrentes do projeto de uma torre/poste de transmissão alta sob cargas severas1. Em vista disso, desde que os tubos tenham um grande diâmetro, uma promissora conexão circular de flange reforçado com nervuras com placas de flange dupla, denominada flange interna-externa, foi desenvolvida por Deng et al.1, o que melhoraria muito a capacidade da conexão , e foi implementado em extensas estruturas de torre de transmissão de longo alcance, como a torre de transmissão de 380 m de altura (torre Jintang) localizada nas Ilhas Zhoushan, China2.

Como uma conexão aparafusada de alta resistência, os flanges interno-externo podem ser identificados por duas características principais: as nervuras e as placas do flange interno e externo. A Figura 1 mostra um flange interno-externo real empregado em uma torre de transmissão tubular. Embora o flange SI/SO não reforçado seja reconhecido como uma conexão econômica e amplamente implementada em estruturas tubulares, a ação de alavancagem3,4,5,6,7,8,9,10, que ocorre frequentemente nos flanges não reforçados, resultam no aumento da força do parafuso e, assim, reduzem as capacidades do flange que são governadas principalmente pela resistência do parafuso. Vale a pena notar que vários modelos analíticos validados por estudo experimental3,4, análise de elementos finitos (FE)5,6,7, ou ambos8,9,10, foram assim desenvolvidos para aproximar com precisão a ação de alavancagem. O reforço do flange com nervuras, conforme especificado nos códigos chinês e japonês 11,12, é um método eficaz para reduzir a ação de alavancagem por meio do aumento da rigidez fora do plano da placa do flange e, portanto, é adotado no interior flanges externos. Observe que o código chinês intitulado "Regulamento técnico de projeto para estruturas de torre tubular de aço de linha de transmissão aérea" (DL/T 5254-2010)11 sugere que a ação de alavancagem pode ser ignorada para os flanges circulares reforçados com nervuras que são normalmente projetados. Além disso, a exigência de alta capacidade na conexão dos tubos de seção redonda com diâmetro grande (até 2300 mm na torre Jintang2) e a limitação do tamanho do parafuso na engenharia prática levariam a um grande número de parafusos de flange que não podem ser bem arranjados em uma única placa de flange externa. O uso de uma placa de flange interna adicional é proposto para os flanges interno-externo1, de modo que mais parafusos de flange possam ser utilizados para melhorar as capacidades de tração e flexão da conexão do flange.