DETERMINAÇÃO DA RIGIDEZ ROTACIONAL DE LIGAÇÕES COM DUPLA CANTONEIRA EM
ESTRUTURAS DE AÇO
Contribuição Técnica nº1
Jéser de Souza Medeiros, Acad. de Eng. Civil, UFSM [email protected]
João Kaminski Junior, Prof. Dr., DECC, UFSM [email protected]
Gerson Moacyr Sisniegas Alva, Prof. Dr., DECC, UFSM [email protected]
ANÁLISE ESTRUTURAL
O desenvolvimento das ferramentas de análise das estruturas de aço e a necessidade de redução do
consumo de material refinar as considerações quanto ao comportamento das
ligações
ANÁLISE ESTRUTURAL
O comportamento das ligações resposta da estrutura (deslocamentos e distribuição dos esforços nas barras)
consequentemente afetando seu dimensionamento
ANÁLISE ESTRUTURAL
Necessidade do desenvolvimento de modelos que permitam definir o comportamento das ligações mais
utilizadas nas estruturas de aço no Brasil
determinação da rigidez rotacional das ligações com os perfis utilizados no país
ANÁLISE ESTRUTURAL CONVENCIONAL
Barras unidimensionais Ligações são idealizadas como rígidas ou rotuladas
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 (não
há restrição alguma ao giro relativo entre as barras) e não há transferência de momento
Praticamente todas as ligações possuem comportamento intermediário
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 segunda ordem em razão da flexibilidade existente em ligações
consideradas como rígidas
Ligações rígidas: restrição de, no mínimo, 90% da rotação teórica 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 verificada sob condição de rótula ideal. Não há transferência significativa de momento;
Ligações semi-rígidas: ligações de comportamento situado entre os limites estabelecidos pelas ligações rígidas e flexíveis.
RIGIDEZ ROTACIONAL DAS LIGAÇÕES
Rigidez tangente (Rkt) é a rigidez da ligação para um dado ponto da curva (ponto A, por exemplo), instantânea;
Rigidez inicial (Rki) é a rigidez da ligação no inicio da carga (Mr0);
Rigidez última (Rku) ou plástica (Rkp) é o valor para a ligação próxima a seu colapso.
Rigidez secante (Rks) é obtida pela reta que liga a origem a um ponto do diagrama M-. Essa rigidez é adotada em algumas normas, como no Eurocode3.
FATORES QUE DETERMINAM O COMPORTAMENTO DA 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.
LIGAÇÕES COM DUPLA CANTONEIRA SOLDADA-PARAFUSADA (LCSP)
São ligações comumente idealizadas como rotuladas na análise estrutural convencional
“Ligações para Estruturas de Aço – Guia Prático para Estruturas com Perfis Laminados”
editado pela Perfis Gerdau Açominas
LIGAÇÕES ESTUDADAS
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
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
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 M- com uma inclinação menor, isto é, a ligações mais flexíveis.
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