Superelementos condensados - invisíveis mas essenciais

Até ao lançamento da versão 21, não havia muitas formas de modelar as ligações de elementos de aço de forma mais realista do que utilizando a aplicação IDEA StatiCa. Ainda assim, havia situações em que os valores de tensão nas extremidades eram imprecisos e não correspondiam ao comportamento real dos elementos de aço. Não era fácil encontrar a forma correta de se concentrar no dimensionamento da ligação, resolver apenas a zona próxima do nó estrutural e, ao mesmo tempo, ter em conta o comportamento do restante dos elementos ligados. 

Mas a equipa de desenvolvimento conseguiu encontrar o caminho. Ampliaram o modelo drasticamente adicionando partes de elementos que não são visíveis mas essenciais para o modelo global. Estas partes designam-se superelementos condensados e realizam todo o trabalho pesado na melhoria do comportamento. 

Esta alteração garante que as extremidades dos elementos visíveis na cena do modelo não são de facto as extremidades. Nas versões anteriores, as secções de extremidade estavam fixas no seu plano e frequentemente podiam surgir picos de tensão não realistas. Agora, podem desplanar – podem deformar-se não só no plano da secção transversal, mas também perpendicularmente a esse plano.

Especialmente nas ligações de secções ocas, os resultados mostram uma melhor conformidade com ensaios experimentais e formulações de normas de dimensionamento.

Por outro lado, esta alteração também significa que os picos de tensão originalmente localizados nas secções de extremidade podem e irão deslocar-se para mais perto do nó da ligação. Em alguns casos, os elementos da ligação podem estar sujeitos a forças maiores na "era dos superelementos condensados". 

Três benefícios para si

Esta melhoria traz também efeitos secundários muito convenientes – os troços curtos de elementos simulados por elementos de casca podem agora ser mais curtos. Os principais benefícios desta alteração são:  

• Tempos de cálculo em média 30% mais rápidos  
• Visualização de resultados mais rápida 
• Modelação mais precisa de ligações de secções ocas  

Outras novas funcionalidades e melhorias introduzidas na versão 21 estão especificadas nas nossas detalhadas Notas de versão.

Novos comprimentos de elementos

Os nossos utilizadores estão habituados aos comprimentos predefinidos dos elementos no modelo de dimensionamento de ligações. Estes dependiam do tipo de secção transversal (oca / aberta).

Agora, o comprimento predefinido é definido para o mesmo valor de 1,25 x a maior das dimensões exteriores da secção transversal para ambos os tipos. O comprimento dos superelementos condensados é de 4 x a maior das dimensões exteriores da secção transversal para a análise tensão-deformação padrão. Como pretendíamos manter as formas modais de encurvadura dentro das chapas internas da ligação e não nos elementos, o comprimento dos superelementos para análise de encurvadura linear e de rigidez é definido como 0,5 x a maior das dimensões exteriores da secção transversal.

Embora estas alterações tenham sido originalmente realizadas para melhorar as ligações de secções ocas, também ajudaram outros tipos de ligações a aproximarem-se do comportamento real.

Pode perguntar quais são as principais consequências. Sem dúvida, ocorrerão algumas diferenças de resultados entre versões. Na grande maioria das ligações, as diferenças nos resultados são inferiores a 1%. 

Os casos com maiores diferenças destacam o tema onde a prática colide com a teoria. Este tema está relacionado com os efeitos de torção em perfis de secção aberta. Por várias razões, estes efeitos são negligenciados pelos engenheiros estruturais e também não estão incorporados nas aplicações de análise global por Método dos Elementos Finitos. 

Efeitos de torção

Bem, não é ciência de foguetões, mas também não tem de ser óbvio. Então, vamos introduzir alguma teoria:

Dependendo do tipo de secção transversal aberta, das condições de apoio do elemento e do tipo de carregamento, podem ocorrer dois tipos de comportamento à torção, considerando a hipótese de Vlasov: 

• Torção pura (de St. Venant) 
• Torção mista combinada de torção pura e torção de empenamento
  • a torção pura é caracterizada pelo esforço interno T_t (momento de torção pura) com a tensão de corte pura resultante τ_t 
  • a torção de empenamento é caracterizada pelos esforços internos B (bimomento) e T_w (momento de torção de empenamento) com a tensão normal (longitudinal) de empenamento resultante σ_w e a tensão de corte de torção de empenamento τ_w

Na versão 21.0 do IDEA StatiCa Connection, o empenamento era restringido pelas restrições multiponto que ligam o nó à extremidade da viga. Estas restrições são utilizadas para impor cargas no modelo. O novo superelemento condensado empurra as restrições para mais longe e o elemento consegue deformar-se. Isto resulta num bimomento maior na ligação. 

Aqui pode ver alguns exemplos de ligações onde estas alterações resultaram em resultados significativamente diferentes: 

O troço curto de viga sob torção

Ligação viga-viga com placa de extremidade unilateral

Ligação viga-coluna

Quando lida com estes casos, especialmente se comparar resultados entre versões, deve ter em mente que os modelos de cálculo não são os mesmos. Os elementos são mais longos e a rigidez da ligação é menor. Por isso, as diferenças nos resultados podem ser esperadas em alguns elementos da ligação.

Mas tem sempre algumas opções a verificar para evitar resultados incorretos. A partir da versão 21, é mais importante do que nunca utilizar a funcionalidade "Cargas em equilíbrio". 

Poderá frequentemente querer verificar o modelo de ligação criado numa versão anterior na versão mais recente. Nesse caso, não se deve esquecer de definir os parâmetros na Configuração normativa para os novos valores predefinidos, para não misturar alhos com bugalhos.

No entanto, se quiser ter 100% de certeza de que a sua aplicação IDEA StatiCa versão 21.0 funciona com os melhores dados possíveis, modele todo o modelo de cálculo na versão 21 de raiz.

Se estiver interessado no enquadramento teórico por detrás das melhorias introduzidas na versão 21, pode encontrar informação muito útil e cuidadosamente preparada pelos nossos especialistas neste artigo da base de conhecimento.