01 determinacao da rigidez rotacional de ligacoes com dupla cantoneira em estruturas de aco

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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

     [email protected]

    João Kaminski Junior, Prof. Dr., DECC, UFSM

     [email protected]

    Gerson Moacyr Sisniegas Alva, Prof. Dr., DECC, UFSM

    [email protected]

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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