Parafusos e ligações aparafusadas

Modelo de parafuso segundo o CBFEM

O IDEA StatiCa possui um método único no seu solver, o Método dos Elementos Finitos Baseado em Componentes (CBFEM). O modelo de parafuso utilizado no CBFEM é descrito e verificado segundo vários códigos de dimensionamento de aço. A resistência à carga e a capacidade de deformação são também comparadas com os principais programas de investigação experimental.

No Método dos Elementos Finitos Baseado em Componentes (CBFEM), o parafuso com o seu comportamento à tração, ao corte e ao esmagamento é o componente descrito por molas não lineares dependentes. O parafuso à tração é descrito por uma mola com a sua rigidez axial inicial, resistência de cálculo, início de cedência e capacidade de deformação. Para o início de cedência e a capacidade de deformação, assume-se que a deformação plástica ocorre apenas na parte roscada do fuste do parafuso.

No nosso Enquadramento Teórico, pode encontrar mais informação sobre como o método CBFEM descreve e verifica os parafusos. Se quiser saber um pouco mais sobre o CBFEM em geral, o Enquadramento teórico geral completo é definitivamente o melhor ponto de partida.

Parafusos segundo os códigos de dimensionamento

Vejamos como o CBFEM aborda os parafusos do ponto de vista dos diferentes códigos de dimensionamento. Até ao momento, o IDEA StatiCa suporta oito códigos de dimensionamento nos quais o dimensionamento e/ou a pormenorização de parafusos e parafusos pré-esforçados são tratados. 

Verificação normativa de parafusos e parafusos pré-esforçados segundo o Eurocódigo

A rigidez inicial e a resistência de cálculo dos parafusos ao corte são modeladas no CBFEM de acordo com as Cl. 3.6 e 6.3.2 da EN 1993-1-8. A mola que representa o esmagamento e a tração tem um comportamento força-deformação bilinear com rigidez inicial e resistência de cálculo de acordo com as Cl. 3.6 e 6.3.2 da EN 1993-1-8.

Pormenorização 

A verificação normativa dos parafusos é realizada se a opção estiver selecionada na configuração normativa. São verificadas as distâncias do centro do parafuso às bordas da chapa e entre parafusos. A distância à borda e = 1,2 e o espaçamento entre parafusos p = 2,2 são recomendados na Tabela 3.3 da EN 1993-1-8. Os utilizadores podem modificar ambos os valores na configuração normativa.

Verificação normativa de parafusos e parafusos pré-esforçados segundo o AISC

Os esforços nos parafusos são determinados por análise de elementos finitos. Os esforços de tração incluem forças de alavanca. As resistências dos parafusos são verificadas de acordo com o AISC 360 - Capítulo J3.

Pormenorização 

São verificados o espaçamento mínimo entre parafusos e a distância mínima do centro do parafuso à borda de uma peça ligada. O espaçamento mínimo de 2,66 vezes (editável na configuração normativa) o diâmetro nominal do parafuso entre centros de parafusos é verificado de acordo com o AISC 360-16 – J.3.3. A distância mínima do centro do parafuso à borda de uma peça ligada é verificada de acordo com o AISC 360-16 – J.3.4; os valores constam das Tabelas J3.4 e J3.4M.

Verificação normativa de parafusos e parafusos pré-esforçados segundo outras normas

• Verificação normativa de parafusos e parafusos pré-esforçados segundo o CISC (Canadá)
• Verificação normativa de parafusos e parafusos pré-esforçados segundo a norma chinesa (GB)
• Verificação normativa de parafusos segundo o Código de Hong Kong (HKG)
• Verificação normativa de parafusos pré-esforçados segundo a IS 800 (Índia)
• Verificação normativa de parafusos e parafusos pré-esforçados segundo a SP (Rússia)
• Verificação normativa de parafusos e parafusos pré-esforçados segundo a AS (Austrália)

Pormenorização de parafusos 

Como definir as distâncias

As distâncias às bordas utilizadas para a resistência ao esmagamento dos parafusos devem ser relevantes para geometrias gerais de chapas, chapas com aberturas, recortes, etc.

O algoritmo lê a direção real do vetor da força de corte resultante num dado parafuso e calcula em seguida as distâncias necessárias para a verificação ao esmagamento.

As distâncias de extremidade (e₁) e de borda (e₂) são determinadas dividindo o contorno da chapa em três segmentos. O segmento de extremidade é indicado por um intervalo de 60° na direção do vetor de força. Os segmentos de borda são definidos por dois intervalos de 65° perpendiculares ao vetor de força. A distância mais curta de um parafuso a um segmento relevante é então tomada como distância de extremidade ou de borda.

As distâncias de espaçamento entre furos de parafusos (p₁; p₂) são determinadas ampliando virtualmente os furos de parafusos circundantes em metade do seu diâmetro, traçando depois duas linhas na direção e perpendicularmente ao vetor da força de corte. As distâncias aos furos de parafusos ampliados que são intersectados por estas linhas são então consideradas como p₁ e p₂ no cálculo.

Exemplos de verificação

Preparámos vários exemplos de verificação para comparar os resultados com outros métodos de cálculo.

EN

• Ligação aparafusada - Emendas ao corte
• Ligação aparafusada - Interação de corte e tração
• Junta com mísula – dimensionamento por capacidade

AISC

• Ligação de emenda aparafusada
• Ligação de momento com chapa de banzo aparafusada – LRFD
• Ligação de momento com placa de extremidade estendida – ASD

Tecnologia patenteada para engenheiros estruturais

Sabia que a nossa solução de modelo de parafuso faz parte de uma patente dos EUA? Leia aqui sobre a nossa história de sucesso. 

 Junta com um parafuso – a nossa solução 

Por vezes, o engenheiro necessita de criar uma junta com apenas um parafuso, especialmente quando se prevê, por exemplo, uma rótula, uma contraventamento, uma barra ou uma diagonal. Para modelar e calcular este tipo de operação, é necessário definir um Tipo de modelo adequado para o elemento. Pode ler mais sobre isso aqui. 

Parafusos, soldaduras e rigidez de uma junta

Tanto os parafusos como as soldaduras têm as suas vantagens e desvantagens. Um dos aspetos importantes na escolha de uma junta é a sua rigidez prevista. Em geral, uma junta aparafusada nunca é tão rígida como uma junta soldada.  Se optar por uma ligação aparafusada, recomendamos calcular a rigidez dessa ligação e ter em conta a rigidez resultante na estrutura global. Pode ler como é esse cálculo e o que implica aqui, ou ver este vídeo.