DETERMINAÇÃO DA RIGIDEZ ROTACIONAL DE LIGAÇÕES COM DUPLA CANTONEIRA EM ESTRUTURAS DE AÇO

Transcrição

1 Contribuição Técnica nº1 DETERMINAÇÃO DA RIGIDEZ ROTACIONAL DE LIGAÇÕES COM DUPLA CANTONEIRA EM ESTRUTURAS DE AÇO Jéser de Souza Medeiros, Acad. de Eng. Civil, UFSM João Kaminski Junior, Prof. Dr., DECC, UFSM Gerson Moacyr Sisniegas Alva, Prof. Dr., DECC, UFSM

2 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

3 ANÁLISE ESTRUTURAL O comportamento das ligações resposta da estrutura (deslocamentos e distribuição dos esforços nas barras) consequentemente afetando seu dimensionamento

4 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

5 ANÁLISE ESTRUTURAL CONVENCIONAL Barras unidimensionais Ligações são idealizadas como rígidas ou rotuladas

6 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

7 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

8 Classificação AISC para ligações em estruturas metálicas Ligações rígidas: restrição de, no mínimo, 90% da rotação teórica sob condição de rótula ideal. Neste caso, é garantida a transferência de momento; 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.

9 RIGIDEZ ROTACIONAL DAS LIGAÇÕES Rigidez tangente (R kt ) é a rigidez da ligação para um dado ponto da curva (ponto A, por exemplo), instantânea; Rigidez inicial (R ki ) é a rigidez da ligação no inicio da carga (M r 0); Rigidez última (R ku ) ou plástica (R kp ) é o valor para a ligação próxima a seu colapso. Rigidez secante (R ks ) é obtida pela reta que liga a origem a um ponto do diagrama M-. Essa rigidez é adotada em algumas normas, como no Eurocode3.

10 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.

11 LIGAÇÕES ESTUDADAS 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

12 LIGAÇÃO 01 PERFIL DA VIGA W115x18 CANTONEIRA L76x76x6,4x110 PARAFUSOS 4 ø 5/8" A325N

13 LIGAÇÃO 02 PERFIL DA VIGA W610x113 CANTONEIRA L102x102x8,0x455 PARAFUSOS 12 ø 7/8" A325N

14 OBTENÇÃO DA CURVA M- 1º) através do modelo polinomial de Frye & Morris 2º) através do modelo potencial de Ang & Morris 3º) modelagem computacional e análise numérica através do método dos elementos finitos (M.E.F.), utilizando o programa ANSYS: modelo 01 e modelo 02

15 MODELO POLINOMIAL DE FRYE & MORRIS

16 MODELO POTENCIAL DE ANG & MORRIS

17 MODELO 01 - FURO ENGASTADO

18 MODELO 02 - PARAFUSO PROTENDIDO 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.

19 TIPOS DE ELEMENTOS ADOTADOS Elementos do par de contato TARGE 170 e CONTA 174

20 TIPOS DE ELEMENTOS ADOTADOS Elemento volumétrico SOLID 45

21 F

22 RESULTADOS PERFIL W115x18 CANTONEIRA L76x76x6,4x110 PARAFUSOS 4 ø 5/8" A325N

23 RESULTADOS PERFIL W610x113 CANTONEIRA L102x102x8,0x455 PARAFUSOS 12 ø 7/8" A325N

24 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.

25 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO CIVIL NEst Núcleo de Estudos em Experimentação e Análise Numérica de Estruturas