Contribuição técnica nº 5 - ABCEM · LIGAÇÕES PARAFUSADAS COM CHAPA DE TOPO ENTRE VIGA...
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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
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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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
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
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