Análise Estrutural 2010

Engenharia estrutural é o ramo da engenharia civil, engenharia mecânica,

engenharia naval, engenharia aeronáutica, ou qualquer outra engenharia que

utilize cálculo estrutural, seja de estruturas estáticas ou dinâmicas (estruturas

offshore, por exemplo), dedicado primariamente ao projeto e ao cálculo de

estruturas. De forma simplificada, é a aplicação da Mecânica dos Sólidos ao

projeto de edifícios, pontes, muros de contenção, barragens, túneis,

plataformas de petróleo, navios, aviões, automóveis e outras estruturas.

O objetivo do projeto de uma estrutura é permitir que a mesma atenda à sua

função primária sem entrar em colapso e sem deformar ou vibrar

excessivamente. Dentro destes limites, os quais são precisamente definidos

pelas normas técnicas, o engenheiro estrutural almeja o melhor uso dos

materiais disponíveis e o menor custo possível de construção e manutenção da

estrutura.

Resumidamente, as principais etapas do projeto estrutural são a criação do

esquema estrutural, a definição das cargas ou forças que atuam na estrutura,

o cálculo dos esforços e deformações, o dimensionamento das peças

estruturais, e finalmente o detalhamento do projeto para execução.

Engenharia estrutural

Elementos Estruturais

Barra - elemento linear sujeito a esforços longitudinais tração ou compressão, de flexão, torção e esforço cisalhante, atuando isoladamente ou combinados. Pode-se considerar que as vigas e os pilares são elementos de barra. Eixo de Transmissão - elemento linear sujeito unicamente a esforços de torção. Viga - elemento linear sujeito a esforços de flexão, esforço cisalhante e torção, simultaneamente ou isoladamente. Neste elemento, por regra o esforço de torção é desprezado. Estes elementos são combinados em estruturas, tais como: Treliça plana - estrutura plana formada por barras conectadas por rótulas num plano. Treliça espacial - estrutura tridimensional formada por barras e rótulas, tridimensionalmente. Viga contínua - estrutura linear formada por vários tramos de vigas apoiadas. Pórtico plano - estrutura plana formada por barras (vigas, pilares) – cargas no plano Grelha plana - estrutura plana formada por barras (vigas) Pórtico espacial - estrutura tridimensional formada por barras (vigas, pilares) Laje (Placa)- Elemento plano, discretizado numericamente por elementos barra, formando uma grelha. Casca - Elemento em forma de semi-esfera (ou elipsoidal). É também discretizado por elementos barra. Estruturas Volumétricas (barragens, muros de arrimo), Estruturas Mistas , Dutos etc.

Cargas Atuantes

As cargas (forças) que atuam em uma estrutura podem ser permanentes (dead), tais como o peso próprio e dos objetos suportados pela estrutura (telhas, monovias etc.), ou acidentais, como as referentes aos ventos, neve, terremoto etc.. Para estruturas comuns, as normas técnicas contém recomendações para os cargas a serem consideradas. Com base nestas recomendações, o projetista define os diversos casos de carregamento (combinações), com o objetivo de estabelecer a condição mais desfavorável de projeto (aquela que produz os maiores esforços).

Esforços e Deformações

Os esforços estruturais (esforço normal, esforço cortante, momento fletor e momento de torção) são medidas estruturais correspondentes às tensões que atuam no material que compõe a estrutura. O esforço normal é a força atuante no sentido da peça, tendendo a tracioná-la ou comprimí-la, calculada a partir da tensão normal na seção. O esforço cortante é a força perpendicular à peça, calculada a partir da tensão cisalhante na mesma. O momento fletor é o momento que tende a flexionar a peça, como resultado de tensões normais de sinais contrários na mesma seção. O momento torçor tende a torcer a peça em torno de seu próprio eixo. O cálculo dos esforços é feito através da análise estrutural, a qual atualmente é realizada com o auxílio de programas especializados. A análise pode ser estática, considerando cargas constantes no tempo, ou dinâmica, levando em conta as variações das cargas e os modos de vibração da estrutura.

Esforços e Deformações

Com a automatização desta etapa do projeto, tradicionalmente a mais demorada, o projetista moderno pode dedicar mais atenção aos pontos mais problemáticos do projeto, além de alterar o esquema estrutural e propor diferentes condições de carga, em busca de um melhor projeto final. Uma área importante de pesquisa neste campo é a automatização destas decisões, utilizando por exemplo algoritmos genéticos para refinar o projeto visando sua otimização. Outro resultado da análise estrutural é o cálculo das deformações da estrutura. Exceto pelas estruturas estaticamente determinadas, nas quais os esforços podem ser calculados independentemente, esforços e deformações são calculados simultaneamente.

Dimensionamento

Conhecidos os esforços em cada elemento estrutural, é necessário dimensionar a peça que irá resistir a esses esforços, ou seja, determinar as suas medidas. Dado o material a ser utilizado (como a madeira, o aço ou o concreto armado) e suas propriedades, os princípios de resistência dos materiais e mecânica dos sólidos são empregados para verificar se a peça é capaz de resistir aos esforços. Por exemplo, pode-se determinar o ponto mais solicitado e obter uma secção capaz de resistir aos esforços neste ponto. Se for economicamente viável, esta secção pode ser empregada para toda a peça. Para elementos mais complexos, pode ser necessário analisar vários pontos e variar a seção empregada, ou mesmo efetuar o dimensionamento da peça como um todo. Da mesma forma que a análise estrutural, o dimensionamento moderno é realizado com o auxílio do computador. Contudo, o projetista possui bastante liberdade para alterar o dimensionamento visando simplificar a construção (entre outros motivos), por exemplo, padronizando as seções sugeridas pelo programa de computador.

Detalhamento

Para a execução final da estrutura, é necessário que o projetista forneça desenhos detalhados das peças estruturais e suas conexões. Nesta etapa, também são geradas listas de materiais e outras informações essenciais para a construção.

Modelagem por Elementos Finitos

Discretização

Discretização

- é a subdivisão em pequenas regiões: Elementos Finitos

- o tamanho dos elementos deve ser adequado: Max, Min

- evitar diferenças muito grandes entre arestas: 1 para 4

- deve-se evitar vértices com ângulos muito acentuados

Regiões Importantes ou Críticas

- identificar regiões importantes-críticas na estrutura

- definir pontos suficientes para obter boa interpolação

Elementos Finitos

- regiões de interpolação do campo de deslocamentos

- evitar elementos distorcidos (em regiões importantes)

- evitar transições bruscas (em regiões importantes)

Modelagem por Elementos Finitos

Materiais Estruturais

Materiais Típicos

- materiais isotrópicos: aço, concreto, alumínio, madeira

- materiais ortotrópicos: maciços de fundações

- variações térmicas: materiais dependentes da temperatura

Situações Especiais

- materiais não-resistentes a compressão: ganchos e cabos

- materiais não-resistentes a tração: juntas, apoios internos

Simulação da Ruptura

- criação de rótulas plásticas

- estudo do mecanismo de ruptura em estrut. de barras

Análise Dinâmica e Sísmica

- isoladores de vibrações: atrito e plastificação

Modelagem por Elementos Finitos

Vinculações Externas

Apoios Clássicos

- restringem quaisquer dos 6 Graus de Liberdade:

- translações X,Y,Z - resultantes são Forças

- rotações x,y,z - resultantes são Momentos

- resultam em Reações de Apoio nos GL restritos

Apoios Elásticos

-simulam fundação em barragens ou bases de máquinas,

- aplicam uma mola em cada GL:

- molas translacionais Kx,Ky,Kz resultantes são Forças

- molas rotacionais Tx,Ty,Tz resultantes são Momentos

- resultam em Reações de Apoio Elástico nos GL restritos

Deslocamentos Impostos

- simulam recalques de apoio ou processo construtivo

- aplicam um deslocamento para cada GL:

- translações Dx, Dy, Dz

- rotações Rx, Ry, Rz

- resultam em Reações devidas aos Desloc. Impostos

Apoios Especiais

- isoladores de vibração para situações dinâmicas|

- formação de rótulas plásticas em regime de ruptura

Modelagem por Elementos Finitos

Vinculações Internas (01/2)

União entre partes da estrutura

- simula a união entre várias partes ou subestruturas

- forma simples: utilizar os mesmos nós na junção das partes

- cuidado para não deixar nós de uma parte "sobrando"

- subestruturas são definidas como a estrutura é fabricada

- facilitam a criação do modelo e análise dos resultados

- podem servir para análises ou modelos separados

Unindo nós das arestas - garante continuidade

- definir um nó comum que pertence a ambas subestruturas:

o Método dos Elementos Finitos garante continuidade

de deslocamentos nas arestas comuns entre os dois eltos.

Solda automática entre as partes

- recurso que verifica a distância entre as partes do modelo:

se a distância for menor que uma dada tolerância,

coloca-se uma "solda" automatica entre as duas partes

Modelagem por Elementos Finitos

Vinculações Internas (02/2)

Constraints: Associação entre Graus de Liberdade

- agem direto no sistema de equações: resultados precisos

- não utilizam eltos. de alta rigidez com perda de precisão

- união total entre as partes: unir todos os Graus Liberdade

- união parcial entre as partes associar apenas alguns G.L.

- comportamento rígido de uma região associar os G.L.

Diafragmas Rígidos para Edifícios de Andares Múltiplos

- simulam a alta rigidez das lajes de concreto em seu plano

- reproduz o movimento de corpo rígido de todo um andar

- simulado por "constrains" e com nós "master/slave“

Simulações de Juntas e Ganchos

- elemento de "link" para situações especiais:

- junta não resistente a tração

- gancho não resistente a compressão

Modelagem por Elementos Finitos

Carregamentos e Solicitações (01/2)

Peso Próprio e Massa

- gerados conforme valor da aceleração da gravidade g

- g é vetorial e pode variar para simular içamento, etc.

- Materiais podem ter duas características:

- peso específico: gera força peso para análises estáticas

- densidade, massa específica: gera massa para dinâmica

Forças Concentradas ou Distribuídas

- aplicadas aos nós ou ao longo das barras

Elementos Barras: forças concentradas no vão

forças distribuídas no vão

Elementos Finitos: forças aplicadas aos nós

Modelagem por Elementos Finitos

Carregamentos e Solicitações (02/2)

Campos de Pressão

- gerados com lei linear de variação de P no espaço

- em função das coordenadas: P=Função (x,y,z)

- permite coeficientes para cada Hipótese de Carga

- pode-se definir muitos campos de pressão

- elementos laminares: pressão normal ou hidrostática

- eltos. sólidos: forças de percolação ou subpressão

Campos de Temperatura

- gerados com lei linear de variação de T no espaço

- em função das coordenadas: T=Função (x,y,z)|

- permite coeficientes para cada Hipótese de Carga

- pode-se definir muitos campos de temperatura

- elementos barras: gradiente térmico transversal: flexão

- elementos laminares: temperatura cte. na espessura

- elementos sólidos: temperatura varia na "espessura"

VERSÕES DO SAP2000

SAP2000 BASIC

Versão totalmente integrada com o Windows XP, com poderosa interface

gráfica, insuperável em facilidade de

utilização, sofisticação e produtividade, inclui: Elementos de Barras para

Pórticos e Treliças 2D e 3D

Elementos de Casca 3D (inclui placas e membranas)

Elementos de Barras com Cabos de Protensão

Elementos de Mola

Análise Estática com vários Casos e Combinações

Não-linearidade pelo Efeito P-delta

Contra-ventamentos não-resistentes a Compressão

Análise Dinâmica Modal

Análise Sísmica Espectral

Dimensiona Estruturas em Aço e Concreto Armado

Capacidade até 1.500 nós

VERSÕES DO SAP2000

SAP2000 PLUS

Esta versão estende todos recursos da versão Basic com: Capacidade

ilimitada de nós

Elemento de Estado Plano de Tensão e Deformação

Elemento Axissimétrico

Elemento Sólido para Elasticidade Tridimensional

Análise Dinâmica Completa (inclui "Time History")

Análise de Pontes

VERSÕES DO SAP2000

SAP2000 ADVANCED

Esta versão estende todos recursos da versão Plus com:

Elemento de Rótula Plástica Genérica para barras

Elementos de Ligação Não-lineares

Elementos Não-resistentes a tração

Elementos Não-resistentes a compressão

Análise de Formação de Rótulas Plásticas (colapso)

Análise pelo Método FNA de Wilson

Fim

http://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia_estrutural