trelicas
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Modulo treliçasTRANSCRIPT
TRELIÇASSistema estrutural composto por elementos lineares (barras) ligados por meio de nós, que só resistem à esforços axiais (esforços normais de tração ou compressão).
Treliças para Pontes e PassarelasTreliças para Pontes e Passarelas
a) Exemplos de esquemas estáticosa) Exemplos de esquemas estáticos
b) Exemplos de pontes treliçadas
Treliças Planas para Coberturas: tesourasTreliças Planas para Coberturas: tesouras
Treliça plana
Esquema estáticoExemplos:
a)
Treliça plana
Pilar que serve de apoio para a treliça
b)
Ligação de várias tesouras com um pilar
Exemplos de Estruturas Treliçadas
Cobertura em treliça espacial de aço
EXEMPLOS DE VIGAS ISOSTÁTICAS TRELIÇADAS SOBRE 2 APOIOS
EXEMPLOS DE VIGAS ISOSTÁTICAS TRELIÇADAS EM BALANÇO
EXEMPLOS DE ESTRUTURAS ISOSTÁTICAS TRELIÇADAS TRIARTICULADAS
ARTICULAÇÃO A: articulação de ligação das 2 partes da estrutura
EXEMPLOS DE VIGAS GERBER TRELIÇADAS
ARTICULAÇÃO A: dente Gerber
SOLUÇÃO DA VIGA GERBER TRELIÇADA
Calculam-se as reações de apoio através da viga Gerber abaixo:
Com os valores das reações de apoio, calculam-se as forças normais nas barras
CÁLCULO DOS ESFORÇOS NAS BARRAS DA TRELIÇA PLANA
NÓ (articulação)
Treliça conjunto de barras biarticuladas
Se as forças são aplicadas nos nós articulados: o esforço cortante e o momento fletor são nulos nas barras: há apenas o esforço normal:
P1
N
Rv =P1
N
P2
Rv =P2
Barra bi-articulada:: Qs = 0 Ms = 0
Simplificação: o peso próprio da barra (carga uniformemente distribuída) provocaria momento fletor e esforço cortante, porém o peso da barra é substituído por duas forças concentradas aplicadas nas extremidades
pL/2 pL/2
p
L
Transferências das cargas do telhado para os nós da treliça (tesoura)
Esquema estático das terças
tesoura
terça terças
Esquema estático das Esquema estático das treliças
Ligação entre as barras através de um pino, sem atrito: as barras ficam articuladas nas
Exemplo de como se faz uma articulação:
sem atrito: as barras ficam articuladas nas extremidades, isto é, as barras ficam livres para girar.
Normalmente a ligação não é feita dessa forma e quando se faz, é difícil garantir a condição de atrito nulo no pino.
Em geral, os nós não são articulados. Exemplos:
Barras interligadas por meio de cordões de solda
Barras interligadas nos nós por meio de chapas e rebites
Se o nó não é articulado O nó impede a rotação das barras nas extremidades surgem momentos fletores e forças cortantes
Obs: se na ligação, as barras tiverem seus eixos no mesmo plano e se esses eixos se encontrarem num único ponto em cada nó, pode-se considerar a ligação como articulação, os erros são pequenos.
O cálculo que leva em conta essa rigidez dos nós é um problema da hiperestática. Porém, em muitos casos a rigidez dos nós não influi consideravelmente no dimensionamento das barras, podendo-se então calcular a treliça adotando-se os nós articulados.
Seja: n = nº de nósb = nº de barras
A treliça é geometricamente indeformável se: 32 −≥ nb
32 −> nbSe diz-se que a treliça possui barras superabundantes
A condição é necessária para a t reliça ser 32 −≥ nbA condição é necessária para a t reliça ser geometricamente indeformável, mas não suficiente, p ois mesmo que essa condição seja verificada a treliça pode se r geometricamente deformável dependendo das disposiçã o das barras. Exemplos:
32 −≥ nb
32 −= nb
treliça geometricamente
32 −> nb
treliça geometricamente indeformável, c/ barras
3323 −= x3426 −> x
32 −= nb
treliça geometricamente indeformável
treliça geometricamente indeformável
indeformável, c/ barras superabundantes
32 −= nb
treliça geometricamente deformável
Trecho deformável
3425 −= x 3629 −= x
Treliça simples: é aquela que obedece á seguinte lei de formação: a cada nó acrescentado à treliça devem-se acrescentar 2 novas barras (não-colineares), que partindo de 2 nós já existente vão se encontrar no novo nó.Exemplos:
Treliça composta: é aquela que resulta da associação de 2 ou mais treliças simples e que não podem ser obtidas através da lei de formação das treliças simples
Treliça complexa: é aquela que não pode ser definida como treliça simples nem treliça composta
PROCEDIMENTO DE CÁLCULO:
HIPÓTESE: os nós são perfeitamente articulados barras são sujeitas apenas ao esforço normal
P1P2 P4
3
4 8
7
P3
1
2
3
6
57
Por simplificação será considerado que todas as barras estão tracionadas. Cortando, por exemplo, as barras 4, 5, 7 e 8 nas suas extremidades aparecerão os seguintes esforços normais de tração:
F F4
F F8
F4 F4 4 F8 F8 8
F7
F7
7
O nó que interliga essas barras estará sujeito as seguintes forças:
F4 F8
P1
F5 F7
F5
F5
5
P1P2 P4
P3
1
2
3
4
6
8
57
x
y
Cada nó fica sujeito à ação das forças normais das barras que no nó se interligam, além das forças externas nele aplicadas:
0∑ =xF
0∑ =yFPara o nó estar em equilíbrio deve-se verificar:
Têm-se 2 equações de equilíbrio por nó.
Incógnitas do problema: forças normais nas barras e reações de apoio
ESTRUTURA ISOSTÁTICA:
Nº de incógnitas = Nº de equações de equilíbrio
Seja:n = nº de nósb = nº de barrasv = nº de vínculos (reações incógnitas)v = nº de vínculos (reações incógnitas)
Portanto: nº de incógnitas = b+v; nº de equações = 2n
A estrutura será isostática se b+v = 2n
A condição b+v = 2n é necessária para a treliça se r isostática, mas não suficiente, pois mesmo que essa condição seja v erificada a treliça pode ser geometricamente deformável ou os v ínculos podem estar dispostos de forma incorreta formando um meca nismo (a estrutura pode se deslocar em determinada direção)
32 −= nb 32 −= nb3629 −= x
Vínculos colocados de forma correta, mas a treliça é geometricamente deformável
32 −= nb
treliça geometricamente indeformável, mas os vínculos estão dispostos de forma incorreta (há deslocamento vertical no apoio móvel).
b+v = 2nb+v = 2n
9+3= 2x6
móvel).
Isostática e geometricamente indeformável
32 −= nb
b+v > 2n 17+4> 2x10310217 −= x
Treliça hiperestática
32 −= nb 310217 −= x32 −= nb
b+v = 2n 17+3= 2x10
310217 −= x
Treliça isostática
Treliças isostáticasa b
b
Treliça b) foi obtida da treliça a), tirando a barra inferior e acrescentando 1 vínculo externo
b+v = 2n 15+3= 2x9
b+v = 2n 14+4= 2x9
a
32 −> nb
b+v > 2n 21+3 > 2x10
310221 −> x
Isostática externamente (com as equações de equilíbrio consegue
Geometricamente indeformável c/ barras superabundantes
Isostática externamente (com as equações de equilíbrio consegue obter as reações de apoio), mas é hiperestática internamente (aplicando as 2n equações nos nós,não se consegue obter as normais em todas as barras
b+v > 2n 21+4 > 2x10
Hiperestática interna e externamente Hiperestática interna e externamente (com as equações de equilíbrio não se consegue determinar as reações de apoio nem as normais nas barras)
PROCEDIMENTO DE CÁLCULO:
1.Calculam-se as reações de apoio considerando-se as equações de equilíbrio:
0∑ =xF 0∑ =yF 0∑ =MAplica em qualquer ponto da estrutura
2. Calculam-se as normais nas barras, aplicando as 2 equações de equilíbrio em cada nó:
Obs: se aplicar as equações nos nós numa seqüência adequada, as normais nas barras são obtidas após a solução de vários sistemas de 2 equações e 2 incógnitas facilita o cálculo (no equilíbrio de cada nó, obtêm-se 2 incógnitas).
0∑ =xF 0∑ =yF
Obs: na montagem do sistema de equações consideram todas as normais de tração; após a solução do sistema se o valor obtido para a normal for negativo, quer dizer que é compressão; se for positivo é tração.
P1P2 P4
P3
1
2
3
4
6
8
57
x
y
Exemplo:
AC
D EB
1. Cálculo das
G
F
I
H
K
JM
L
N
A C
DB
0∑ =F 0=+ FR
1. Cálculo das reações de apoio: RHA, RVA e RVM
RvA
RHA
0∑ =F 0cos =+ FF α
αααα
0∑ =xF
0∑ =yF2. Nó A:
02 =+ FRHA
01 =+ FRVA
0∑ =xF
0∑ =yF3. Nó B:
0cos 43 =+ FF α
013 =−− FsenF α
0∑ =xF
0∑ =yF4. Nó C:
0cos 632 =+−− FFF α
053 =+ FsenF α
5. Nó D ......, nó N
TRELIÇAS COMPOSTASÉ a associação de duas ou mais treliças simples através de um sistema de ligação isostático (sistema que restringe os três graus de liberdade de uma treliça simples em relação à outra). Se o nº de barras de liga uma treliça a outra for maior que o necessário para restringir esses 3 graus de liberdade, tem-se uma treliça composta hiperestática.de liberdade, tem-se uma treliça composta hiperestática.Há 2 formas de se obter uma treliça composta isostática:
a)Ligando as 2 treliças através de 3 barras não paralelas nem concorrentes no mesmo ponto
b)Ligando as 2 treliças através de 1 nó e 1 barra não concorrente nesse nó.
MÉTODO DAS SEÇÕES
É mais usado quando se quer o esforço N em apenas 1 barra ou poucas barrasExemplo: calcular a normal na barra DE:
- Corta a barra DE, onde se quer calcular N, formando uma estrutura triarticulada composta de 2 reticulados geometricamente estrutura triarticulada composta de 2 reticulados geometricamente indeformáveis ligados por meio da articulação em F. -Para a estrutura triarticulada, tem-se:ΣMF(considerando o reticulado da esquerda)=0ΣMF(considerando o reticulado da direita)=0
ΣMF(considerando o reticulado da esquerda)=0
-2991x8-NDEx3+1000x4=0
NDE=-6443kg
Reticulado da esquerda: 7=2x5-3
Obs: Para ser geometricamente indeformável: b=2n-3
Reticulado da direita: 9=2x6-3
Exemplo: calcular a normal nas barras 1, 2 e 3: corta as 3 barras de uma só vez, formando 2 reticulados separados e geometricamente indeformáveis
Quando rompe a treliça nessas barras, nada se alterará sob o ponto de vista estático se substituirmos as barras rompidas pelos esforços normais nelas atuantes. Cada reticulado formado deve estar em equilíbrio, pois pertence a uma peça que está em equilíbrio.equilíbrio, pois pertence a uma peça que está em equilíbrio.
b=2xn-3: 3=2x3-3
1
2
5=2x4-3Para os reticulados 1 e 2, deve-se ter:
0∑ =xF 0∑ =yF 0∑ =M
Aplicando essas equações a um dos reticulados:3 equações e 3 incógnitas: obtém N1, N2 e N3
Obs: pode acontecer de ao cortar várias barras ao mesmo tempo resulte em um dos reticulados geometricamente deformável. Quando acontece isso, deve-se analisar a deformabilidade do reticulado deformável, o que pode ser complicado. Se não for simples analisar essa deformabilidade, é melhor cortar menos barras e ir calculando as normais através de cortes sucessivos em várias barras.
Cálculo das treliças compostas: para facilitar a solução, primeiro aplica o método das seções para achar as normais nas barras de ligação. Conhecidas essas normais, aplica-se o método do equilíbrio dos nós normalmente. Exemplo:
Corta a barra 1 e calcula N1, depois faz o equilíbrio dos nós começando pelo nó D
N1D
Treliças simples conectadas pela barra 1 e articulação C
N1
1m
D
E F
Treliça Composta
ΣMC(considerando o reticulado da direita)=0
Cortando a barra 1, obtém 2 reticulados geometricamente indeformáveis (7=2x5-3) unidos pela articulação C
Ou ΣMC(considerando o reticulado da esquerda)=0
-3x6+2x3+N1x4=0 N1=3t
Faz o equilíbrio dos nós na seguinte ordem: D, A, E, F
F H
IJ
Treliça Composta
Treliças simples conectadas pela barra DE e articulação C
NDE
ΣMC(considerando o reticulado da direita)=0
Cortando a barra DE, obtém 2 reticulados geometricamente indeformáveis (13=2x8-3) unidos pela articulação C
F
G
H
ΣMC(considerando o reticulado da direita)=0
Ou ΣMC(considerando o reticulado da esquerda)=0
-14x10+4x(7,5+5+2,5)+NDEx6=0 NDE=13,3t
Faz o equilíbrio dos nós na seguinte ordem: A, F, G, D, H, I, JNa outra metade da treliça os resultados são simétricos
Cortando as barra BF e AF,
Treliça Composta
Treliças simples conectadas pela barra FG e articulação C
Cortando as barra BF e AF, obtém 2 reticulados unidos pela articulação C
Considerando o reticulado da esquerda:
ΣM (pelo lado AB)=0ΣMB(pelo lado AB)=0
acha NAF
ΣMC(pelo lado ABC)=0
acha NBF
Barras de ligação:DE, AB e GI
Treliça Composta
Cortando as barras DE, AB e GI, obtém 2 reticulados separados, que devem estar em equilíbrio
Impondo as equações de equilíbrio a um dos reticulados, obtém as
0∑ =xF 0∑ =yF 0∑ =M
reticulados, obtém as normais NDE, NAB e NGI
Através do equilíbrio dos nós acham-se as outras normais (nó G, F, E).
Treliça Composta
Barras de ligação:DE, HI e GJ
Cortando as barras DE, HI e GJ, obtém 2 reticulados separados, que devem estar em equilíbrio
Impondo as equações de equilíbrio a um dos reticulados, obtém as normais N ,
0∑ =xF 0∑ =yF 0∑ =M
dos reticulados, obtém as normais NDE, NGJ e NHI
Através do equilíbrio dos nós acham-se as outras normais (nó D, C, A, I e G).