Finite Element analysis of local buckling in cold-formed steel rack columns with edge-stiffened holes

Main Article Content

Flávio Teixeira de Souza
http://orcid.org/0000-0003-3261-9089
Guilherme Henrique Ferreira
Arlene Maria Cunha Sarmanho

Abstract

Cold-formed steel sections are an efficient and economical way to build structural columns. They have high slenderness due to their low thickness, thus are prone to global, local and distortional buckling. They usually have holes to fit connections or instalations, that may reduce their resistance and make their behaviour more complex. To reduce its holes bad effects, their edges may be stiffened. This work analyzes the efficiency of edge-stiffened rectangular holes in cold-formed rack colums. Finite Element analysis by software ANSYS was used to evaluate colums without holes, with non-stiffened holes, with holes containing one lateral edge stiffened end with holes containing tho lateral edges stiffened. Results indicated that adoption of one edge-stiffened lateral holes avoided local buckling between holes with lenght up to 20% higuer than columns web width, and the two edge-stiffened holes up to lenght 30% higuer than columns web width. Due to similar efficiency and considering the usual assemblage of industrial storage systems, a one edge-stiffened hole may be a reccomendation to practical uses.

Downloads

Download data is not yet available.

Article Details

How to Cite
Souza, F. T. de, Ferreira, G. H., & Sarmanho, A. M. C. (2025). Finite Element analysis of local buckling in cold-formed steel rack columns with edge-stiffened holes. Revista Brasileira Multidisciplinar, 28(2), e-20252222. https://doi.org/10.25061/2527-2675/ReBraM/2025.v28i2.2222
Section
Artigos Originais

References

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 14762: Dimensionamento de estruturas de aço constituídas por Perfis Formados a Frio. Rio de Janeiro: ABNT, 2010.

Águia sistemas. Disponível em: https://aguiasistemas.com.br/ Acesso em 09 abr. 2024.

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®. Structural Analysis, Release 15.0, Help System. Mechanical APDL Structural Analysis Guide. ANSYS, Inc., Canonsburg, PA. 2013.

BEBIANO, R.; PINA, P.; SILVESTRE, N.; CAMOTIM, D. GBTUL – Buckling and Vibration Analysis of Thin-Walled Members, DECivil/IST, Technical University of Lisbon, 2008. (http://www.civil.ist.utl.pt/gbt).

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, V. O. Análise de estabilidade de Perfis Formados a Frio com perfurações. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP), Ouro Preto, 2016.

FREITAS, A. M. S.; FREITAS, M. S. R.; SOUZA, F. T. Analysis of steel storage rack columns. Journal of Constructional Steel Research, Vol. 61, p. 1135 –1146, 2005.

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.; KWON, B.; BERNARD, E. S. Strength design curves for thin-walled sections undergoing distortional buckling. Journal of Constructional Steel Research, v.31, p.169-186, 1994.

JARDIM JR, F.; HELENO, R. P.; SOUZA, F. T.; SARMANHO, A. M. C. 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.

MOEN, C. D.; SCHAFER, B. W. Direct strength method for design of cold-formed steel columns with holes. Journal of Structural Engineering, v. 137, n. 5, p. 559-570, 2011.

NEIVA, L. H. A.; SALES, A. E. C. A.; ELIAS, G. C.; SARMANHO, A. M. C.; SOUZA, F. T. Análise do modo distorcional de elementos perfurados segundo Método da Resistência Direta. Revista da Estrutura de Aço. v. 7. p. 17-36, 2018.

NICOLAU, I. A. N.; SARMANHO, A. M. C.; SOUZA, F. T. Análise Numérica de Perfis Formados a Frio do tipo U Enrijecido com Perfurações Enrijecidas Submetidos à Compressão. Revista de Engenharia e Pesquisa Aplicada, v. 8, p. 1-10, 2023.

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.

PEREIRA, A. F. N.; SARMANHO, A. M. C., SOUZA, F. T. Análise via Elementos Finitos de Pilares em Perfis Formados a Frio do tipo U enrijecido com perfurações submetidos à flambagem distorcional. REUCP, Petrópolis, v. 17, n. 1, 85-98, 2023.

PINTO, R. A. R.; SARMANHO, A. M. C.; 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.

SANTOS, E. T.;; SARMANHO, A. M. C.; SOUZA, F. T. 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.

SCHAFER, B. Local, distortional and Euler buckling of thin-walled columns. Journal of Structural Engineering, v.128, p. 289-299, 2002.

Solara engenharia. Disponível em: http://www.solaradrywallbh.com.br/steel-frame/#! Acesso em: 09 abr. 2024

SOUZA, F. T. Análise teórico-experimental da estabilidade de colunas perfuradas em perfis de aço formados a frio de seções tipo rack. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP), Ouro Preto, 2013.

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.

Most read articles by the same author(s)