Ligações Aparafusadas

7/21/2019 Ligações Aparafusadas

http://slidepdf.com/reader/full/ligacoes-aparafusadas 1/52

Luís Macedo

José Miguel Castro

Construções MetálicasConstruções Metálicas

Ligações Metálicas Aparafusadas



22

Objectivos da aulaObjectivos da aula

• Introdução às ligações metálicas.

• Tipos de ligações numa estrutura metálica.

• Tipos de parafusos, diâmetros e classes de resistência.

• Tipos e categorias de ligações aparafusadas.

• Disposições construtivas e resistência do parafuso.

• Dimensionamento de uma ligação axial centrada.

• Distribuição de forças numa ligação.

• Dimensionamento de ligações excêntricas por corte.

Construções MetálicasL. Macedo & J. M. Castro, 2013



3

Ligações metálicasLigações metálicas

• Permitem executar mudanças de direcção entre

membros. Exemplos: ligação viga-pilar, ligação viga-viga,

etc.

• Facilitam o manuseamento das peças metálicas em

termos de transporte e instalação. Exemplo: emendas depilares e de vigas.

• Execução da união entre componentes metálicos e

outros componentes estruturais: Exemplo: bases de

pilares.




4


• Aplicação de ligações metálicas




5


• Componentes de uma ligação

– Parafusos: corte, tracção ou combinação dos dois esforços

– Soldaduras

– Chapas e cantoneiras




6


• Tipos de ligações metálicas

1 – ligação viga pilar (nó exterior)

2 – ligação viga-pilar (nó interior)3 – emenda de viga4 – emenda de pilar5 – base de pilar




7


• Ligações viga-pilar

– Articuladas (ou simples)

– Rígidas (ou de momento)




8


• Ligações viga-viga

Articuladas Rígidas




9


• Emendas de pilares




10


• Bases de pilares

• Contraventamentos




11


• Requisitos

– As ligações devem ter resistência suficiente para transmitir

os esforços de cálculo.

– O detalhe da ligação deve ser tal que permite uma

transferência das cargas harmoniosa evitando assim

concentrações de tensões.

– As ligações devem possuir um grau de rigidez compatível

com a rigidez assumida na fase da análise.

– Os elementos auxiliares (chapas e cantoneiras) devem ser

dispostos de forma a permitir um acesso e instalação fácilem obra.




12


• Aspectos económicos

– Distribuição aproximada de custos

• Material: 20% a 40% do custo total.

• Mão de obra (dimensionamento, construção, protecção,etc): 60% a 80% do custo total.

– Estimativa de custos associados à ligação

• Soldadura: 1 cm3 equivale a 0.7 kg de aço

• Parafuso: custo equivalente a 2 kg de aço




13


• Recomendações

– Limitar os diâmetros, comprimentos e classes dosparafusos.

– Assegurar bom acesso para execução das soldaduras ecolocação dos parafusos.

– Minimizar os casos em que os níveis de precisão sãodemasiado apertados.

– Maximizar a repetitividade dos detalhes das ligações.

– Providenciar meios para suporte rápido do membro deforma a libertar a grua.

– Considerar manutenção das ligações quando necessário.




14


• Processo de cálculo

1. Cálculo dos esforços instaladosna estrutura (N, M, V).

2. Determinação dos esforços nosvários elementos da ligação(parafusos, soldaduras, chapas,etc.)

3. Dimensionamento dos elementos

da ligação.




15


1.25

1.251.101.00

1.00

1.001.10




16

Ligações aparafusadasLigações aparafusadas

• Tipos de parafusos

– Correntes

– Pré-esforçados (apenas das classes 8.8 ou 10.9)

• Diâmetros de parafusos

M8 / M10 / M12 / M16 / M20 / M24 / M30 / M36

• Classes de resistência (Cl. 3.1.1 (3) do EC3 Parte 1-8)




17

Ligações aparafusadasLigações aparafusadas• Categorias de ligações (Cl. 3.4 do EC3 Parte 1-8)

– Ligações de corte• Categoria A: Ligações correntes resistentes por esmagamento.

(Classes 4.6 a 10.9)

• Categoria B: Ligações resistentes por esmagamento no ELU e porescorregamento no ELS. (Classes 8.8 ou 10.9)

• Categoria C: Ligações resistentes ao escorregamento no ELU. (Classes 8.8 ou 10.9)

– Ligações de tracção

• Categoria D: Ligações sem pré-tensão classes 4.6 a 10.9

• Categoria E: Ligações pré-tensionadas classes 8.8 e 10.9

Nota: Verificações a efectuar Quadro 3.2




18


• Verificações de segurança (Quadro 3.2)




19


• Disposições construtivas (Cl. 3.5 do EC3 Parte 1-8)

mm)200;14(min4.2

mm)200;14(min2.2

mm4042.1

mm4042.1

20

10

20

10

t pd

t pd

t ed

t ed

M36)-(M27 mm3

M24)-(M16 mm2

M12)-(M10 mm1

furododiâmetro:

ligarachapadamínimaespessura:

0

d

d

d

d

t

Nota: Os limites máximos são aplicáveis no caso da ligação estar exposta a condiçõesambientais que possam causar corrosão.




20






21






22


• Ligação de corte (ou esmagamento)




23


• Resistência individual do parafuso (Cl. 3.6.1)

– Ao corte (F v,Rd ) por plano de corte:

Se o plano de corte estiver localizado na parte roscada:

A: área da parte roscada ou de tracção ( As)

v = 0.6 (classes 4.6, 5.6 e 8.8)

v = 0.5 (classes 4.8, 5.8 e 10.9)

Se o plano de corte estiver localizado no liso da espiga:

A: área nominal (liso da espiga)

v = 0.6

2

,

M

ubv

Rd v

A f F

g

gM2=1.25




24


• Área nominal ( A) e área da parte roscada ( As)

Diâmetro

(d ) (mm)

Área nominal( A) (mm2)

Área da parte roscada( As) (mm2)

8 50.3 36.6

10 78.5 58.012 113 84.3

16 201 157

20 314 245

24 452 353

30 707 56136 1018 817

Com Rosca ParcialCom Rosca Parcial

Com Rosca CompletaCom Rosca Completa

Área Resistente dos Parafusos




25


• Furação dos elementos aparafusados (EN 1090 – 6.6)

d (mm)Furo padrão

(d0 mm)

Furo

sobredim.

(d0 mm)

Furo oblongo

curto (d0 mm)

comprimento

Furo

oblongo

d ≤ 14 d + 1 (*) d + 3 d + 4

L ≤ 2,5 d14 ≤ d ≤ 24 d + 2d + 4

d + 6 (M24)

d + 6

d + 8 (M24)

≥ 27 d + 3 d + 8 d + 10

(*) Mediante algumas condições pode também usar-se d + 2: EC 3-3.6.1(5)




26


• Comprimentos Mínimos de Rosca de Parafusos

Ln

L <= 125mm n = 2D + 6 mm

125 < L <= 200mm n = 2D + 12 mm

L > 200mm n = 2D + 15 mm




27


• Norma Inglesa

Parafuso a b c d (força)

M12 23 27 30 500

M16 30 46 60 500

M20 30 46 60 600

M24 36 65 60 600M30 49 78 70 700

M36 49 97 100 700

Parafuso v w xmín. y até

máx. y1

M24 65250

50060

82

210

M30 78270

600

6589

260

M36 97300

60065

89

260




28


• Norma Canadiana




29



– Ao esmagamento (F b,Rd ):

em que: b é o menor de d ; f ub/ f u ; 1.0 e f u é a tensão última da chapa

Na direcção do carregamento:

Na direcção perpendicular ao carregamento:

2

1,

M

ub

Rd b

t d f k F

g

4

1-

3 :interioresparafusos ;

3 :eextremidaddeparafusos

0

1

0

1

d

p

d

ed d

2.5 ou 7.14.1 demenoroé:interioresparafusos

2.5 ou 7.18.2 demenoroé :bordodeparafusos

0

21

0

2

1

d

pk

d

e

k




30



– À tracção (F t,Rd ):

em que: k 2 = 0.63 (parafuso de cabeça escareada)

k 2 = 0.90 (restantes parafusos)

– Ao corte e tracção:

OBS: Para valores de Fv,ED até 30% de Fv,RD não se verifica qualquerredução da resistência à tracção do parafuso.

2

2,

M

sub

Rd t

A f k F

g

0.14.1 ,

,

,

, Rd t

Ed t

Rd V

Ed V

F

F

F

F




31





32


• Resistência de um grupo de parafusos

– Cl. 3.7 (1): A resistência de cálculo de um grupo de

parafusos pode ser obtida através da soma das resistências

individuais ao esmagamento (F b,Rd ) dos vários parafusos

desde que a resistência ao corte de cada parafuso (F v,Rd )

seja superior à resistência ao esmagamento. Caso

contrário, a resistência do grupo de parafusos é dada pelo

produto do número de parafusos pela menor resistência

de entre os vários parafusos.




33


• Uniões longas

– Distribuição de forças nos parafusos de uma ligação aocorte




34


• Disposições regulamentares (EC3 Parte 1-8)

– Cl. 3.8: Nos casos em que a distância entre parafusos deextremidade for superior a 15d , a resistência ao corte(Fv,Rd) de todos os parafusos deverá ser reduzida atravésda sua multiplicação pelo factor de redução ( Lf ):

0.10.75 mas 200

151 Lf j

Lf d d L




35


• Escolha do diâmetro do parafuso

– Numa fase inicial o diâmetro (d ) a adoptar pode ser obtidode entre o intervalo:

em que t é a espessura mínima das chapas a ligar.

1

3.0140 1

3.0140

t d

t




36


• Ligações resistentes por escorregamento

– Utilizadas nos casos em que a ligação está sujeita a inversõesde carga ou a efeitos dinâmicos (vibrações, fadiga, etc).

– Nestas ligações os parafusos são pré-tensionados aplicandodesta forma pressão sobre as chapas permitindo assim amobilização de forças de atrito.

– Quando a força máxima de atrito é atingida a ligação passa acomportar-se como uma ligação corrente ao corte.

– Vantagens: ligações com maior rigidez e capacidade pararesistir aos efeitos de acções alternadas.

– Desvantagens: mais caras, cuidado especial na preparaçãoda superfície e necessidade de pessoal qualificado.




37


• Modo de funcionamento da ligação


õ f dõ f d



38


• Disposições regulamentares (EC3 Parte 1-8)

– Cl. 3.9.1 (1): Resistência máxima de uma parafuso pré-esforçado (da classe 8.8 ou 10.9) ao escorregamento (F s,Rd )

em que: k s é um factor fornecido no Quadro 3.6 do EC3-1-8n é o número de superfícies de contacto

é o coeficiente de escorregamento (ensaios exp. ouobtido através do Quadro 3.7 do EC3-1-8)

g M3 coeficiente de segurança (1.25)

A força de pré-esforço (F p,Cd ) é dada por:

Cd p

M

s

Rd s F nk

F ,

3

,g

subCd p A f F 7.0,


Li õ f dLi õ f d



39


• Quadro 3.6 do EC3 Parte 1-8

• Quadro 3.7 do EC3 Parte 1-8 e Quadro 18 da EN 1090-2


Li õ f dLi õ f d



40


• Os valores de P.E. (kN) correspondentes à eq. são (EN 1090):

• Garantia de pré-esforço mínimo: métodos EN 1090 – 8.5

– Controle do torque aplicado

– Método combinado (controlo + rotação da porca)

– Indicador directo de tracção


Li õ f dLi õ f d



41


• Controle do torque aplicado

– O método de aperto pelo controle do torque aplicado consiste emapertar os parafusos com uma chave dinamométrica calibrada, que

indica directamente a tensão no parafuso.

– A tracção indicada na chave é obtida através de uma correlação

com a medida de torque.

– O pré-esforço é aplicado em duas etapas (75% e 110 %).

– Este método é sensível ao coeficiente de atrito entre a cabeça e as

placas.


Li õ f dLi õ f d



42


• Método Combinado (controlo + rotação da porca)

– O método de aperto pela rotação da porca consiste em controlar oalongamento do parafuso através do número de voltas da porca apóseste ter sido apertado o suficiente para que todas as partes estejamem pleno contacto.

– De acordo com a EN 1990, a primeira fase do pré-esforço deve serrealizada de acordo com o primeiro método (chave dinamométrica),até 75% do valor do pré-esforço, e o restante dado através de umarotação da porca.


Li ações aparaf sadasLi ações aparaf sadas



43


• Indicador directo de tracção: diferentes dispositivos, como

anilhas especiais, cabeças especiais ou parafusos especiais





44


• Indicador directo de tracção: diferentes dispositivos, como

anilhas especiais, cabeças especiais ou parafusos especiais





45


• Combinação entre tracção e corte

– Cl. 3.9.2 (1): Se uma ligação resistente por escorregamentosujeita a corte (F v,Ed ou F v,Ed,ser ) estiver sujeita também a

um esforço de tracção (F t,Ed ou F t,Ed,ser ), a resistência ao

escorregamento de cada parafuso é dada por:

3

,,,

3

,,,,,

8.0 :C categoriadeLigação

8.0 :B categoriadeLigação

M

Ed t C ps

Rd s

M

ser Ed t C ps

ser Rd s

F F nk F

F F nk F

g

g





46


• Deduções para furos das ligações – Corte em Bloco

02

,1,

3

M

nv y

M

nt u

Rd eff

A f A f V

g g

Ant é a área submetida a tracção; Anv é a área submetida ao corte;

02

,2,

35.0

M

nv y

M

nt u

Rd eff

A f A f V

g g





47


• Deduções para furos das ligações – Cantoneiras

– Elementos Ligados assimetricamente em tracção (3.10.3):

com 1 parafuso: N u,Rd =2

02 )5,0(0,2

M

u f t d e

g

com 2 parafusos: N u,Rd =2

2

M

unet f A

g

com 3 ou mais paraf.: N u,Rd =2

3

M

unet f A

g


Determinação de forças numa ligaçãoDeterminação de forças numa ligação



48

Determinação de forças numa ligaçãoDeterminação de forças numa ligação

• Análise global Esforços (N, V, M) nas ligações.

• Distribuição das forças pelos elementos da ligação(parafusos, soldaduras, etc.). Requisitos:

– Garantir o equilíbrio entre as forças internas da ligação e

os esforços aplicados.

– Garantir que cada componente da ligação tem capacidaderesistente.

– Assegurar que os elementos da ligação têm capacidade de

deformação suficiente compatível com a deformação

associada à distribuição de forças considerada.


Distribuição de forças (no plano)Distribuição de forças (no plano)



49


• Transferência de momento (M) entre duas chapas:

– As chapas são infinitamente rígidas quando comparadas com osparafusos A rotação relativa () das chapas deve-se exclusivamenteà deformação dos parafusos.

– As placas rodam em torno do centro instantâneo de rotação (livre).





50


– Para pequenas deformações dos parafusos é possível estabelecer umarelação linear entre a força instalada num parafuso (Ri ) e o seu

deslocamento ( i ).

– Desta forma, a força instalada no parafuso é proporcional à rotação e à distância entre o parafuso e o centro instantâneo de rotação (r i ).

max

max

max

max

max

maxmaxmax

Rr

x R

r

x R

Rr

y R

r

y R

Rr

r R

r

r

R

R

r

i i

i

i yi

i i

i

i xi

i i

i i

i i





51


• Determinação Expedita de IP:

54 y x nen 44

y x nen

2222 1112

pn g nn

I x y P





52


• Determinação Expedita de IP:

• nx – nº. de linhas paralelas ao eixo dos x.

• ny – nº. de linhas paralelas ao eixo dos y.

• n= nx. ny=nº. total de parafusos.

2222 1112

pn g nn I x y P

22

iii

i

P

i

i

P

i

V H F

x

I

M

n

V V

y I

M

n

H H


Ligações Aparafusadas

Documents

Transcript of Ligações Aparafusadas