Contribuição técnica nº 5 - ABCEM · LIGAÇÕES PARAFUSADAS COM CHAPA DE TOPO ENTRE VIGA METÁLICA DE SEÇÃO “I” E PILAR MISTO PREENCHIDO COM CONCRETO ... – Colapso por

ESTUDO NUMÉRICO-EXPERIMENTAL DE LIGAÇÕES PARAFUSADAS COM CHAPA DE TOPO ENTRE VIGA METÁLICA DE SEÇÃO “I” E PILAR MISTO PREENCHIDO COM CONCRETO DE SEÇÃO QUADRADA

Autoras:Marcela Novischi Kataoka

[email protected] Ana Lúcia Homce de Cresce El Debs

[email protected]

Contribuição técnica nº 5

DIMENSIONAMENTO DE ELEMENTOS DEESTRUTURAS DE AÇO USANDO MÉTODOS NUMÉRICOSAutores:Ricardo Ficanha , Eng. METASA S.A.Fábio A. Nardi, Eng. METASA S.A.Zacarias M. Chamberlain Pravia, D.Sc. Universidade de Passo Fundo

• O constante crescimento do setor de estruturas de açorequer métodos e meios que garantam a segurançapara a estrutura com o menor consumo de açopossível;

• O implemento do dimensionamento de elementos deestruturas de aço usando métodos numéricos colaborapara a melhoria dos projetos e processos defabricação;

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• DIMENSIONAMENTO DE ELEMENTOS DE ESTRUTURAS DE AÇO USANDO MÉTODOS NUMÉRICOS

• Situações específicas para o dimensionamento deseções quaisquer, não resguardadas pelos métodostradicionais de dimensionamento, propõem o uso demodelos numéricos discretizados, para representaçãodo seu comportamento e verificação da suaresistência;

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• A norma ABNT NBR8800:2008 apresenta o item 5.5.2.3, onde trata de seções quaisquer submetidas a momento de torção, força axial, momentos fletores e forças cortantes;

• As tensões resistentes para os estados-limites últimos devem ser iguais ou superiores as tensões solicitantes de cálculo;

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a) Estados-limites de escoamento sob efeito de tensão normal:

b) Estados-limites de escoamento sob efeito de tensão de cisalhamento:

c) Estados-limites de flambagem sob efeito de tensão normal:

d) Estados-limites de flambagem sob efeito de tensão de cisalhamento:

• Onde, χ é o fator de redução associado à resistência à compressão, determinado de acordo com 5.3.3, tomando-se para tensões normais e para tensões de cisalhamento. Com σe igual à tensão crítica elástica normal e τe igual à tensão crítica elástica de cisalhamento, para o estado-limite de instabilidade ou flambagem em questão, levando-se em conta, quando necessário, a interação entre instabilidade global e flambagem local.

1a

ySd

fgc

s £

1

6,0

a

ySd

fg

t £

1

6,0

a

ySd

fg

ct £

1a

ySd

fg

s £

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Análises

• Barra prismática submetida à força axial de tração, modelada e discretizada com todas as combinações de ações majoradas:– Chapa com furos.

• Chapa prismática submetida à força axial de compressão modelada com todas as combinações, avaliar a necessidade de análise de segunda ordem (grandes deslocamentos), se não for necessário, realizar análise de estabilidade elástica (Autovalores e autovetores do problema de fambagem) e obter Ne, a partir disso determinar a tensão limite:– Chapa AL (Apoiada/livre) verificada a compressão.

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• Chapa com furos submetida à força axial de tração– Escoamento da seção bruta (item 5.2.2.a), FRd = 548,8kN;

• Ruptura da seção líquida (item 5.2.2.b), FRd = 408,3kN;– Colapso por rasgamento (item 6.5.6), FRd = 326,4kN;– Pressão de contato (item 6.3.3.a), FRd = 245kN.

Figura 1: Condições da verificação

Caso I – placa com furos submetida a tração pura

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• Chapa com furos submetida à força axial de tração

Figura 2: Distribuição de tensões

Caso I – placa com furos submetida a tração pura

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• Uma nova análise foi desenvolvida, modelando além da placaos elementos de ligação que fazem a transmissão do esforçoentre as peças ligadas, neste caso, os parafusos;

• Pode-se verificar a diferença entre as análises somente pelaforma de elaboração do modelo, que se torna um pontofundamental para a correta análise;

Caso I – placa com furos submetida a tração pura

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Caso I – Chapa com furos sujeita a tração

10Figura 3: Carregamentos e resultados

Figura 4: Tensões com representação dos parafusos

Caso I – Chapa com furos sujeita a tração

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Com as tensões encontradas, é feita a verificação segundo o item 5.5.2.3a) Para os estados-limites de escoamento sob efeito de tensão normal:

MPaMPafMPa

a

ySd 6,313

1,13456,313

1

==£=g

s

COM A CORRETA REPRESENTAÇÃO DOS ELEMENTOS PODE-SE CONCLUIR QUE A EQUAÇÃO APRESENTADA NO ÍTEM 5.5.2.3 a) FORNECE O ESTADO LIMITE QUE DELIMITA A CAPACIDADE DA CHAPA COM FUROS A SOLICITAÃO DE TRAÇÃO.

Caso I – Chapa com furos sujeita a tração

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OBSERVAÇÕES:• Modelagem o mais perto da realidade;• Verificações simples com resistência de materias ou teoria da

elasticidade;

Observa-se que o estado limite no caso de barra prismática de referência foi:– Pressão de contato (item 6.3.3.a), 245kN.

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Figura 5: Tensões na chapa

CASO II – Chapa sujeita a compressão

500 12,5

150

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Figura 6:Chapa sujeita a compressão

CASO II – Chapa sujeita a compressão

1225,1

15==÷

øö

çèæ

cmcm

tb

48,13/5,34/2000056,056,0 2

2

lim

===÷øö

çèæ

cmkgfcmkN

fE

tb

y

Elementos: AL Apoiado-LivreGrupo: 4Descrição: Chapas projetadas de seções I, H, T soldadas ou laminadas

A VERIFICAÇÃO DA FLAMBAGEM LOCAL DEVE SER ATENDIDA!!

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CASO II – Chapa sujeita a compressão

ANÁLISE ELÁSTICA

DE FLAMBAGEM

Fator de carga = 26,24

MPae 2,26=s

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Figura 7: Análise Elástica de Flambagem

CASO II – Chapa sujeita a compressão

ANÁLISE SEGUNDA ORDEM :

Deslocamentos

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Figura 8: Análise de Segunda Ordem/Deslocamentos

CASO II – Chapa sujeita a compressão

ANÁLISE SEGUNDA ORDEM:

Tensões:

Máxima = 21,8MPa

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Figura 9: Análise de Segunda Ordem/Tensões

CASO II – Chapa sujeita a compressão

63,32,26

3450 ===

MPaMPaf

e

y

sl

07,063,3877,0877,0:5,1 22

00 ====> c

lcl

MPaMPaf

a

ySd 9,21

1,134507,0

1

=´

=£gc

s

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• Índice de esbeltez reduzido:

• Fator associado a resistência a compressão:

• Tensão limite:

Com as tensões encontradas, é feita a verificação segundo o item 5.5.2.3c) Para os estados-limites de instabilidade ou flambagem sob efeito de

tensão normal:

COM A CORRETA REPRESENTAÇÃO DOS ELEMENTOS PODE-SE CONCLUIR QUE A EQUAÇÃO APRESENTADA NO ÍTEM 5.5.2.3 a) FORNECE O ESTADO LIMITE QUE DELIMITA A CAPACIDADE DA CHAPA COM FUROS A SOLICITAÃO DE TRAÇÃO.

Caso II – Chapa sujeita a compressão

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MPaMPafMPA

a

ySd 9,21

1,134507,08,21

1

=´

=£=gc

s

Outras aplicações (reais):

• MEF: TOPO DE COLUNA COM CHAPA DE TOPO E ENRIJECEDORES.

Figura 10: Carregamentos e resultados

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• MEF: EMENDA DE COLUNA CAIXÃO, FORMADA POR TUBOS.

Outras aplicações (reais):

22Figura 11: Considerações e resultados

• MEF: BARRA DE IÇAMENTO E MOVIMENTAÇÃO DE CARGAS.

Outras aplicações (reais):

23Figura 12: Considerações e resultados

• MEF: VIGA DE ROLAMENTO COM PERFIS TUBULARES

Outras aplicações (reais):

24Figura 13: Viga de rolamento com perfis tubulares

Outras aplicações (reais):

25Figura 14: Análise de rigidez torcional

Outras aplicações (reais):

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Figura 15: Colunas diversificadas

Comentários e Observações :

• Escolha adequada do tipo de elemento e da discretização;• Análise de flambagem elástica e de segunda ordem, ou ainda

de não linearidade física;• Avaliação da deslocabilidade da estrutura;• Aplicações para elementos não prismáticos, conexões e outros

tipos de elementos; • Análises completas com não linearidades de material e

consideração de grandes deslocamentos, fornecem tensões no estado limite!

• Continuação dos estudos numéricos e comprovação experimental.

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Elementos que estão sendo estudados:

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Figura 16: Vigas de alma cheia

Figura 17: Viga com aberturas retangulares na alma

Elementos que estão sendo estudados:

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Figura 18: Enrijecedores inclinados, em elemento não simétrico

Figura 19: Enrijecedores horizontais e verticais

Agradecimentos:

• A empresa METASA S/A Indústria Metalúrgica pelo apoio aodesenvolvimento deste trabalho e por permitir usar a licençado software ANSYS;

• Ao Professor Zacarias pelas valiosas dicas e incentivo embuscar o conhecimento.

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