Simulação numérica de ensaio de protótipo em torres de linha de transmissão

Abstract

Torres de linhas de transmissão (LT) são estruturas projetadas para transportar a energia elétrica do local de geração ao local de distribuição/consumo. Uma forma de verificar se a estrutura foi dimensionada adequadamente se dá por meio da realização de ensaios de protótipo em escala real. Devido ao elevado custo de realização desses ensaios, uma alternativa é a avaliação do comportamento estrutural por meio de métodos numéricos. Neste trabalho, é apresentado um método de análise não linear de estruturas reticuladas tridimensionais usado para prever a carga e modo de colapso de torres de LT sujeitas a carregamentos estáticos. Na técnica de análise proposta, cada torre é modelada com elementos de pórtico espacial. Na formulação do elemento finito consideram-se seções transversais assimétricas de paredes finas, como perfis cantoneira. O esquema de solução consiste em uma estratégia incremental-iterativa, baseada no método de comprimento de arco. As matrizes de rigidez linear, geométrica e de redução plástica são usadas para descrever o comportamento da estrutura em um referencial Lagrangeano atualizado. Um modelo de plasticidade concentrada associado ao conceito de superfícies de escoamento e rótulas plásticas é adotado para modelar a não linearidade física. Adota-se um material com comportamento elástico perfeitamente plástico. A partir dos resultados encontrados, verificou-se que o modelo proposto pode gerar bons resultados para a estimativa da carga de colapso e modos de falha de torres de LT. No entanto, algumas imprecisões podem surgir na previsão da carga de colapso quando a falha ocorre devido à flambagem elastoplástica das barras.

Abstract: Transmission line (TL) towers are structures designed to carry electrical energy from generating stations to consuming centers. Prototype tests are traditionally employed for designing verification of these structures. Due to the high cost of full-scale tests, an alternative is to evaluate their structural behavior through numerical methods. In this work, a nonlinear analysis method is presented for predicting and simulating the ultimate structural behavior of two steel lattice towers under static load conditions. In the proposed technique, each tower is modeled as an assembly of space beam-column elements. In this finite element formulation, asymmetric thin-walled open sections such as angles are considered. The solution scheme consists of an incremental-iterative predictor-corrector strategy, based on the arc-length method. Linear, geometric and plastic matrices are used to describe the structure behavior in an updated Lagrangean framework. A lumped plasticity approach coupled with the concept of yield surfaces and plastic hinges is adopted for modelling material nonlinearity. An elastic perfectly plastic material is adopted. From the results, it was verified that the proposed model can generate good results in terms of ultimate loads and failure modes of steel lattice towers. However, some inaccuracies may arise in predicting the collapse load when failure occurs due to elastoplastic buckling of the bars.