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DETERMINAÇÃO DA RIGIDEZ ROTACIONAL DE
LIGAÇÕES COM DUPLA CANTONEIRA EMESTRUTURAS DE AÇO
Contribuição Técnica nº1
Jéser de Souza Medeiros, Acad. de Eng. Civil, UFSM
João Kaminski Junior, Prof. Dr., DECC, UFSM
Gerson Moacyr Sisniegas Alva, Prof. Dr., DECC, UFSM
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ANÁLISE ESTRUTURAL
O desenvolvimento das ferramentas de análise das
estruturas de aço e a necessidade de redução doconsumo de material
refinar as considerações quanto ao comportamento dasligações
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ANÁLISE ESTRUTURAL
O comportamento das ligações resposta da estrutura
(deslocamentos e distribuição dos esforços nas barras)
consequentemente afetando seu dimensionamento
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ANÁLISE ESTRUTURAL
Necessidade do desenvolvimento de modelos que
permitam definir o comportamento das ligações maisutilizadas nas estruturas de aço no Brasil
determinação da rigidez rotacional das ligações com osperfis utilizados no país
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ANÁLISE ESTRUTURALCONVENCIONAL
Barras unidimensionais
Ligações são
idealizadas como rígidas
ou rotuladas
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ANÁLISE ESTRUTURAL CONVENCIONAL
Ligações rígidas: a continuidade rotacional é perfeita (não há giro
relativo entre as barras) e há integral transferência de momento
Ligações rotuladas: a continuidade rotacional é inexistente (nãohá restrição alguma ao giro relativo entre as barras) e não há
transferência de momento
Praticamente todas as ligações possuem
comportamento intermediário
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Todas as ligações “são capazes de transferir momento,mesmo que seja uma pequena parcela, e possuem
alguma capacidade de giro relativo”
podendo induzir um comportamento global não-linear
da estrutura, além de aumentar os efeitos de segundaordem em razão da flexibilidade existente em ligações
consideradas como rígidas
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Ligações rígidas: restrição de, no mínimo, 90% da rotaçãoteórica sob condição de rótula ideal. Neste caso, é garantida a
transferência de momento;
Classificação AISC para ligações em estruturas metálicas
Ligações flexíveis: restrição de, no máximo, 20% da verificadasob condição de rótula ideal. Não há transferência significativa de
momento;
Ligações semi-rígidas: ligações de comportamento situadoentre os limites estabelecidos pelas ligações rígidas e flexíveis.
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RIGIDEZ ROTACIONAL DAS LIGAÇÕES Rigidez tangente (Rkt ) é a rigidez daligação para um dado ponto da curva
(ponto A, por exemplo), instantânea;
Rigidez inicial (Rki ) é a rigidez daligação no inicio da carga (M
r 0);
Rigidez última (Rku) ou plástica (Rkp)é o valor para a ligação próxima a seu
colapso.
Rigidez secante (Rks) é obtida pelareta que liga a origem a um ponto do
diagrama M- . Essa rigidez é adotada
em algumas normas, como no
Eurocode3.
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FATORES QUE DETERMINAM O COMPORTAMENTODA LIGAÇÃO
i) tipo e diâmetro dos parafusos;ii) distância dos parafusos à face da coluna;iii) espessura das cantoneiras e chapas de ligação;iv) altura da viga e da ligação;
v) presença ou não de enrijecedores na coluna;vi) modo de ligação da viga à coluna (flange ou alma);vii) Espessura do flange (ou alma) da coluna;viii) limite de escoamento do material da viga, da
coluna e dos elementos de ligação.
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LIGAÇÕES COM DUPLA CANTONEIRA
SOLDADA-PARAFUSADA (LCSP)São ligações comumente idealizadas como rotuladas
na análise estrutural convencional
“Ligações para Estruturas de Aço – Guia Práticopara Estruturas com Perfis Laminados”
editado pela Perfis Gerdau Açominas
LIGAÇÕES ESTUDADAS
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LIGAÇÃO 01
PERFIL DA VIGA
W115x18
CANTONEIRA
L76x76x6,4x110
PARAFUSOS
4 ø 5/8" A325N
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LIGAÇÃO 02
PERFIL DA VIGA
W610x113
CANTONEIRA
L102x102x8,0x455
PARAFUSOS12 ø 7/8" A325N
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OBTENÇÃO DA CURVA M-
3º) modelagem computacional e análise numérica
através do método dos elementos finitos (M.E.F.),utilizando o programa ANSYS: modelo 01 e modelo 02
1º) através do modelo polinomial de Frye & Morris
2º) através do modelo potencial de Ang & Morris
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MODELO POLINOMIAL DE FRYE & MORRIS
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MODELO POTENCIAL DE ANG & MORRIS
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MODELO 01 - FURO ENGASTADO
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Para a simulação do efeito de protensão inicial nos parafusos
foram impostas variações negativas de temperatura no fuste do
parafuso, para que surjam esforços de tração, gerando tensões
que simulam o efeito da protensão.
MODELO 02 - PARAFUSO PROTENDIDO
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Elementos do par de contatoTARGE 170 e CONTA 174
TIPOS DE ELEMENTOS ADOTADOS
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Elemento volumétricoSOLID 45
TIPOS DE ELEMENTOS ADOTADOS
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F
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PERFIL
W115x18CANTONEIRA
L76x76x6,4x110
PARAFUSOS4 ø 5/8" A325N
RESULTADOS
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PERFIL
W610x113CANTONEIRA
L102x102x8,0x455
PARAFUSOS12 ø 7/8" A325N
RESULTADOS
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CONCLUSÕES
A análise numérica via Método dos Elementos Finitos é uma
importante ferramenta para a determinação do coeficiente de
rigidez à rotação de ligações semi-rígidas em estruturas de aço.
Os resultados numéricos encontrados neste trabalho sugerem que a
rigidez rotacional das ligações estudadas é um pouco menor do que
os valores calculados através dos modelos analíticos de
Frye & Morris e de Ang & Morris. Cabe salientar que os resultados
numéricos foram obtidos sem a consideração do comportamento
não-linear do aço, o que levaria a curvas com uma inclinação
menor, isto é, a ligações mais flexíveis.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIACENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO CIVIL
NEstNúcleo de Estudos em Experimentação
e Análise Numérica de Estruturas