Simularea cu MEF a comportării barelor cu pereți subțiri cu senele cu secțiuni z continue peste reaze

1.1 Generalităţi

Profilele metalice formate la rece se întâlnesc în mai toate aspectele vieţii moderne. Utilizările acestora sunt multe şi variate, existând în zilele noastre o gamă largă de produse, cu o mare diversitate de forme şi mărimi.

Apariţia în construcţii a profilelor formate la rece datează de pe la mijlocul secolului XIX, în SUA şi Marea Britanie. Utilizarea pe scară largă a acestor profile a început însă doar din a doua jumătate a secolului trecut.

Până nu demult, profilele formate la rece au fost folosite preponderent ca elementele secundare ale structurilor de rezistenţă ale clădirilor, în alcătuirea învelitorilor, ca pane pentru acoperiş sau rigle pentru pereţi. Tot mai mult, în ultimii ani, aceste profile sunt utilizate şi pentru alcătuirea structurii de rezistenţă propriu-zise a clădirilor.

Un produs specific, cu largă aplicabilitate, sunt tablele cutate, utilizate pentru realizarea învelitorilor clădirilor. Tablele pentru învelitori se produc în sortimente variate, începând cu tablele cutate obişnuite, utilizate pentru închiderile halelor industriale, până la panourile speciale pentru realizarea unor faţade deosebite. Sistemele metalice uşoare, pentru realizarea de pereţi cortină, sunt de asemenea utilizate pe scară largă. Tablele cutate se utilizează, în ultimii 15 ani, ca o componentă de bază în alcătuirea planşeelor mixte oţel-beton ale clădirilor multietajate.

Piaţa de desfacere a produselor din oţel formate la rece pentru construcţii continuă să se dezvolte în întreaga lume. Aceasta se datorează şi noilor tehnologii de protecţie anticorozivă, care conduc la creşterea competitivităţii produselor în domenii în care, până nu demult, utilizarea lor era restricţionată ca urmare a riscului ridicat la coroziune. Studii recente au arătat că degradarea protecţiei anticorozive pentru elementele din oţel zincate este suficient de lentă, astfel încât se poate garanta o durată medie de viaţă de 60 ani.

În mod obişnuit, profilele formate la rece au grosimi de până la 3mm. Dezvoltări recente ale tehnologiilor de fabricaţie permit însă formarea la rece a unor secţiuni cu grosimi de până la 25mm. Secţiunile deschise, cu grosimi de până la 8mm, au început să se utilizeze frecvent în construcţii. Oţelurile din care se obţin aceste profile au limite de curgere cuprinse intre 250-550MPa (Hancock, 1997). Sunt însă tot mai des utilizate şi oţeluri cu limite de curgere superioare acestor valori.

Utilizarea profilelor cu grosimi reduse şi a oţelurilor cu rezistenţe ridicate implică rezolvarea unor probleme de proiectare deosebite, care nu sunt întâlnite în proiectarea structurilor din oţel clasice. Instabilitatea structurală se produce mai repede, ca rezultat al voalării pereţilor secţiunii transversale, care interacţionează cu flambajul global al elementului. Utilizarea oţelurilor cu rezistenţe ridicate poate face însă ca tensiunea critică corespunzătoare voalării pereţilor secţiunii transversale să fie aproximativ egală cu limita de curgere.

Formele secţiunilor transversale în cazul profilelor formate la rece sunt de obicei mai complexe decât ale celor laminate la cald sau sudate, cum ar fi secţiunile I sau U. Secţiunile formate la rece au de regulă forme monosimetrice, chiar nesimetrice, având în mod normal rigidizări suplimentare de capăt pe tălpi şi chiar rigidizări intermediare pe inimi sau pe tălpile cu lăţime mare. Aşa cum se arată în Figura 1, prin formare la rece pot fi produse diverse secţiuni simple sau complexe.

Fig. 1: Secţiuni formate la rece (Trebilcock, 1994)

Pentru calculul structurilor realizate din profile de oţel formate la rece, au fost elaborate norme de calcul specifice. În SUA, prima ediţie a normelor AISI (American Iron and Steel Institute) pentru proiectarea elementelor din oţel formate la rece a apărut în 1946; aceste norme s-au actualizat cu regularitate până la ediţia lor cea mai recentă din 1999. Prima ediţie a normelor americane unificate, North American Specification (AISI, 2001), a fost publicată în 2001. Această normă se aplică în SUA, Canada şi Mexic, pentru proiectarea elementelor din oţel formate la rece.

În Australia şi Noua Zeelandă, ultima versiune a normei pentru proiectarea structurilor din oţel formate la rece a fost publicată în decembrie 1996 (AS/NZS, 1996). Noua ediţie, 2003, este în curs de apariţie.