Experimental study of bending capacity of steel pipes

João Diogo Guerreiro Mota

Key information

Authors:

João Diogo Guerreiro Mota (João Diogo Guerreiro Mota)

Supervisors:

Baiqiao Chen (Baiqiao Chen); Carlos António Pancada Guedes Soares (Carlos Guedes Soares)

Published in

November 29, 2025

Abstract

Este trabalho apresenta uma investigação experimental sobre a capacidade de flexão de tubos de aço, analisando como propriedades do material, defeitos locais nos tubos e condições de carga influenciam seu desempenho estrutural. Ensaios de flexão em três pontos foram realizados em tubos de aço com diâmetro externo de 60 mm e espessuras de parede de 1.5 e 2 mm, sob condições de fronteira simplesmente apoiadas. O estudo avaliou a relação entre a carga de flexão e características de deformação, como o ponto de cedência, deflexão e modos de falha. Parâmetros como a posição do defeito e o ângulo entre o defeito e o ponto de indentação foram variáveis chave para identificar pontos críticos onde a deformação transita de elástica para plástica e, posteriormente, para falha estrutural. Adicionalmente, foram realizadas simulações numéricas por meio do método dos elementos finitos, permitindo a análise da deformação em pontos específicos e a comparação com resultados analíticos e experimentais. As métricas avaliadas incluem capacidade máxima de flexão, rigidez à flexão e limiares de deformação plástica, fornecendo dados relevantes sobre a resistência dos tubos em diferentes condições. Os resultados identificam fatores críticos que afetam o desempenho dos tubos em aplicações de suporte de carga, oferecendo recursos para melhorar códigos de projeto. Isso é particularmente importante para a construção, condutas e estruturas mecânicas submetidas a cargas de flexão, contribuindo para otimizar desempenho, segurança e confiabilidade estrutural. This work presents an experimental investigation into bending capacity of steel pipes, analysing how material properties, local defects, and loading conditions influence their structural performance. Three point bending tests were conducted on steel pipes with an outer diameter of 60 mm and wall thicknesses of 1.5 and 2 mm, under simply supported boundary conditions. The study evaluated the relationship between bending load and deformation characteristics, such as yield point, deflection, and failure modes. Parameters such as defect position and the angle between the defect and the indentation point were key variables in identifying critical points where deformation transitions from elastic to plastic and subsequently to structural failure. Additionally, numerical simulations using finite element method were carried out, enabling a detailed analysis of deformation at specific points and comparisons with analytical and experimental results. The evaluated metrics included maximum bending capacity, bending stiffness, and plastic deformation thresholds, providing relevant data on the pipes resistance under different conditions. The results identify critical factors that influence the performance of pipes in load-bearing applications, offering tools to improve design codes. This is particularly important for construction pipelines, and mechanical structures subjected to bending loads, contributing to the optimization of performance, safety and structural reliability.