ESTUDO DE UMA VIGA PAREDE COM ABERTURA USANDO O ABAQUS 6.12 STUDENT EDITION
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1 ESTUDO DE UMA VIGA PAREDE COM ABERTURA USANDO O ABAQUS 6.12 STUDENT EDITION 1. INTRODUÇÃO 1.1. DESCRIÇÃO DO PROBLEMA: O objetivo deste exemplo é a verificação do comportamento estrutural de uma viga parede com abertura. A estrutura a ser analisada corresponde a uma viga de concreto armado cuja espessura é pequena se comparada às outras dimensões (altura e comprimento). Esta viga possui uma abertura para a instalação de uma porta. A figura 1 mostra esquematicamente tal estrutura. Figura 1 Esquema da viga parede. Trata-se de uma estrutura tridimensional, porém, adotando-se algumas aproximações aplicáveis a esse problema, a viga pode ser analisada através de um modelo bidimensional. Como já mencionamos, a viga possui altura e comprimento predominantes sobre a outra dimensão (espessura). Todos os carregamentos podem ser considerados como aplicados no plano médio da
2 viga parede, que corresponde ao plano vertical que intercepta a viga na metade de sua espessura. As cargas da viga e das lajes suportadas pela viga parede são consideradas como cargas concentradas e distribuídas uniformemente. A influência da viga II será considerada, de forma aproximada, como uma carga distribuída uniformemente ao longo da altura. Os apoios sobre os pilares serão considerados, de forma aproximada, como bilaterais e pontuais. Adotamos um sistema de coordenadas cujo plano xy coincide com o plano médio da viga parede e cujo eixo z coincide com a direção normal a este plano. Verificamos que nestas condições a componente de tensão σz ao longo do eixo z é nula embora a deformação εz seja diferente de zero. As demais componentes de tensão σx, σy e σxy, no plano xy, são não nulas. Estas são as características de um Estado Plano de Tensões, que pode ser analisado através de um modelo bidimensional composto apenas pelo plano médio da viga parede (plano xy), conforme a figura PROPRIEDADES DO MATERIAL Concreto Armado: EX = Módulo de Elasticidade Longitudinal ou de Young: E = 2.5E6 tf/m2; NUXY = Coeficiente de Poisson = PROPRIEDADES GEOMÉTRICAS Modelo bidimensional utilizando estado plano de tensões; Dimensões conforme a figura 1; Espessura: 0,20 m CARGA Pilar: Carga do pilar: 14E6 tf/m
3 2. RESOLUÇÃO O procedimento de resolução pode ser demonstrado no seguinte fluxograma (a ordem pode eventualmente ser quebrada em pontos específicos por conveniência):
4 Início da Análise Criação da geometria base (Parts) Definir Tipo de Elementos Atribuição das propriedades das seções das barras (Sections) Atribuição das propriedades dos materiais (Materials) PRÉ-PROCESSAMENTO Associação das Seções, geometria base, materiais... (Section Assignments) (Assembly) Apoios (BCs) Aplicarção das condições de contorno Cargas (Loads) Criação da geometria da malha (Mesh) Elementos cálculaveis pelo método dos elementos finitos. Aproximação da estrutura real. Definição das Variáveis de Saída (Field Output Requests) PROCESSAMENTO Solução, Cálculos Computacionais (Jobs) Variavéis de saída PÓS-PROCESSAMENTO Análise dos resultados Análise gráfica
5 2.1. INÍCIO DA ANÁLISE Se você ainda não iniciou o programa Abaqus/CAE, digite cmd no Menu Iniciar para abrir o Prompt de Comando e nele digite abq6122se cae para executar o Abaqus. Em Create Model Database na caixa Start Session que aparece, selecione With Standard/Explicit Model PRÉ-PROCESSAMENTO No menu Model à esquerda, clique com o botão direito em Model-1 e selecione Rename. Digite VigaParede. No menu Model à esquerda, dê duplo clique em Parts, no campo Name digite VigaParedeParte1, e selecione as opções: 2D, Deformable, Shell. Em Approximate size digite 20 e clique em Continue... Clique em Create Isolated Point na caixa de ferramentas e insira as seguintes coordenadas 0,0 3,0 4,0 7,0 10,0 0,3.3 3,3.3 4,3.3 10,3.3 3,0.6 3,2.8 4,0.6 4,2.8. Em seguida, Clique em Create Lines: Connected, e una os pontos conforme a imagem a seguir. Desative a função Create Lines: Connected e clique em Done.
6 Na caixa de ferramentas, clique em Partition Face: Sketch, e com a ferramenta Create Lines: Connected ligue com 4 retas verticais os vértices da abertura até o perímetro superior e inferior da viga. Desative a função Create Lines: Connected e clique em Done. No menu Model à esquerda, dê duplo clique em Parts novamente, no campo Name digite VigaParedeParte2, e selecione as opções: 2D, Deformable, Shell. Em Approximate size digite 20 e clique em Continue...
7 Na caixa de ferramentas selecione Create Lines: Rectangle (4 Lines) e insira as coordenadas 10,0 e 13,3.3. Desative a função e clique em Done. No menu Model à esquerda, dê duplo clique em Materials. Na janela Edit Material Renomeie o material para ConcretoArmado, selecione Mechanical>Elasticity>Elastic e digite 2.5E10 em Young s Modulus e 0.2 em Poisson s Ratio. Clique em OK.
8 No menu Model à esquerda, dê duplo clique em Sections. No campo Name: digite SeçãoVigaParede, em Category selecione Solid, e em Type selecione Homogeneous. Clique em Continue... Na janela Edit Section, Certifique-se de que ConcretoArmado está selecionado em Material, clique na opção Plane stress/strain thickness, insira a espessura de 0.2 e clique em OK. Na caixa de ferramentas, clique em Assign Section. Selecione a VigaParedeParte2 e clique em Done. Selecione SeçãoVigaParede em Section: e clique em OK.
9 Repita para associar a mesma seção a VigaParedeParte1. Altere através da barra de contexto no campo Part: No menu Model à esquerda, abra Assembly, dê duplo clique em Instances. Na janela Create Instance altere Instance Type para Independent (mesh on instance), selecione ambas as partes e clique em OK.
10 No menu model à esquerda, dê duplo clique em Steps. Digite Carregamento no campo Name: e Clique em Continue... Então clique OK na nova janela que se abre. No menu model à esquerda, dê duplo clique em BCs. Na janela Create Boundary Condition, altere o campo Name para Apoio Fixo, Step para Initial e Types for Selected Step para Displacement/Rotation. Clique em Continue...
11 Selecione o ponto de coordenada 7,0 e clique em Done. Marque U1 e U2 na janela Edit Boundary Condition e clique em OK. Repita os 2 últimos passos para criar o Apoio Móvel nos cantos inferiores da viga parede, selecionando U2 apenas.
12 Na caixa de ferramentas, clique em Load Manager. Na janela Load Manager clique em Create... Na janela Create Load, no campo Name digite CargaConcentrada1, selecione o Step Carregamento, em Types for Selected Step selecione Concentrated force e clique em Continue... Selecione o ponto de coordenada 3,3.3 e clique em Done. Na janela Edit Load, digite -80E3 no campo CF2 e clique em OK.
13 Repita para criar a CargaConcentrada2, aplicada no ponto de coordenada 3,0.6 e intensidade na direção U2 de -50E3 Na janela Load Manager, clique em Create... Na janela Create Load, no campo Name digite CargaDistribuída1, selecione o Step Carregamento, em Types for Selected Step selecione Pressure e clique em Continue...
14 Selecione toda parte superior da viga parede e clique em Done. Na janela Edit Load, no campo Magnitude digite 100E3 e clique em OK. Repita para criar a CargaDistribuída2, aplicada na parte inferior direita da viga parede, entre o apoio fixo e o móvel. Utilize o valor -200E3 no campo Magnitude.
15 Na janela Load Manager clique em Create... Na janela Create Load, no campo Name digite CargaVigaII, selecione o Step Carregamento, em Types for Selected Step selecione Surface Traction e clique em Continue... Selecione a linha no meio da viga parede onde há ligação da Viga I com a Viga II e clique em Done. Na janela Edit Load no campo Magnitude digite 50E3. Em Direction>Vector before prejection: required clique em Edit... Selecione o ponto superior da linha e em seguida o inferior e clique em OK. Feche a janela Load Manager clicando em Dismiss.
16 Na barra de contexto, em Module, selecione Mesh. Na barra do menu principal, clique em Mesh>Element Type e selecione com o mouse toda a vigaparede. Clique em Done, abrirá a janela Element Type. Em Family, selecione Plane Stress e em Geometric Order, selecione Quadratic. Desmarque Reduced integration e clique OK. Na barra do menu principal, clique em Seed>Instance, selecione toda a estrutura e altere approximate global size para 0.6. Clique em OK.
17 Na barra do menu principal, clique em Mesh>Instance. Selecione toda a viga parede e clique em Done. No menu model à esquerda, dê duplo clique em Constraints. Na janela que se abre selecione Tie em Type e clique em continue...
18 Selecione Node Region. Na barra de ferramentas clique em Remove Selected, em Select entities to remove: selecione Instances e marque a VigaParedeParte2. Clique em Done duas vezes. Selecione então a linha de contato entre as partes e clique em Done. Selecione Node Region. Na barra de ferramentas clique em Invert Display. Selecione então a linha de contato entre as partes e clique em Done.
19 Na janela Edit Constraint apenas clique em OK. Na barra de ferramentas clique em Replace All PROCESSAMENTO No menu model à esquerda, dê duplo clique em Jobs. Na janela Create Job, apenas clique em Continue... Na janela Edit Job, clique em OK Abra Jobs e clique com o botão direito em Job-1. Clique em Submit. Se aparecer uma janela dizendo Job files already exist for Job-1. OK to overwrite?, clique OK. Aguarde o processamento dos dados. Estará
20 concluído quando aparecer (Completed) ao lado de Job-1 no menu model à esquerda PÓS-PROCESSAMENTO No menu model à esquerda, clique com o botão direito em Job- 1(Completed)>Results. A tela de análise de dados se abrirá. Na caixa de ferramentas, clique em Plot Contours on Undeformed Shape. Na barra de ferramentas no canto superior à direita, selecione S>Max In-Plane. Na barra de menus principal, clique em Viewport>Viewport Annotation Options... Na janela aberta, selecione a aba Legend. Clique em Set Font. Na nova janela, altere Size para 14. Clique OK nas duas janelas abertas.
21 Na barra de menu principal, clique em Report>Field Output. Na janela Report Field Output, clique em S: Stress Components > Max. In- Plane Principal, S11, S22 e S12 e clique em Apply. A mensagem aparecerá: The field output report was appended to file abaqus.rpt. O arquivo abaqus.rpt pode ser encontrado em C:\Users\ Nome do Usuário \abaqus.rpt. Na mesma janela desmarque S: Stress Components, altere Position para Unique Nodal e marque U: Spatial displacement. Clique em OK.
22 Na caixa de ferramentas, clique em Common Options. Na guia Labels marque Show element labels. Clique em OK. Na barra do menu principal, clique em File>Save As... Dê um nome ao arquivo e clique em OK (É possível também salvar o arquivo com os resultados já calculados - job-1.odb) RESULTADOS:
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