DETERMINAÇÃO DA RIGIDEZ ROTACIONAL DE LIGAÇÕES COM DUPLA CANTONEIRA EM

ESTRUTURAS DE AÇO

Contribuição Técnica nº1

Jéser de Souza Medeiros, Acad. de Eng. Civil, UFSM jesersm@hotmail.com

João Kaminski Junior, Prof. Dr., DECC, UFSM jkj@ufsm.br

Gerson Moacyr Sisniegas Alva, Prof. Dr., DECC, UFSM alva_gerson@yahoo.com.br

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

ANÁLISE ESTRUTURAL

O comportamento das ligações resposta da estrutura (deslocamentos e distribuição dos esforços nas barras)

consequentemente afetando seu dimensionamento

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

ANÁLISE ESTRUTURAL CONVENCIONAL

Barras unidimensionais Ligações são idealizadas como rígidas ou rotuladas

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

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

Ligações rígidas: restrição de, no mínimo, 90% da rotação teórica 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 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.

RIGIDEZ ROTACIONAL DAS LIGAÇÕES

Rigidez tangente (Rkt) é a rigidez da ligação para um dado ponto da curva (ponto A, por exemplo), instantânea;

Rigidez inicial (Rki) é a rigidez da ligação no inicio da carga (Mr0);

Rigidez última (Rku) ou plástica (Rkp) é o valor para a ligação próxima a seu colapso.

Rigidez secante (Rks) é obtida pela reta que liga a origem a um ponto do diagrama M-. Essa rigidez é adotada em algumas normas, como no Eurocode3.

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.

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

LIGAÇÕES ESTUDADAS

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

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

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

MODELO POLINOMIAL DE FRYE & MORRIS

MODELO POTENCIAL DE ANG & MORRIS

MODELO 01 - FURO ENGASTADO

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

Elementos do par de contato TARGE 170 e CONTA 174

TIPOS DE ELEMENTOS ADOTADOS

Elemento volumétrico SOLID 45

TIPOS DE ELEMENTOS ADOTADOS

F

PERFIL W115x18

CANTONEIRA L76x76x6,4x110

PARAFUSOS 4 ø 5/8" A325N

RESULTADOS

PERFIL W610x113

CANTONEIRA L102x102x8,0x455

PARAFUSOS 12 ø 7/8" A325N

RESULTADOS

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.

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