Princípios fundamentais do
IDEA StatiCa Connection

O IDEA StatiCa foi desenvolvido para modelar e dimensionar ligações de aço. Neste sentido, a ligação deve apresentar um único nó identificável onde todos os elementos convergem, independentemente da complexidade da ligação. Tenha em atenção que pequenas excentricidades de alguns elementos em relação ao nó são tidas em conta pelo modelo de Método dos Elementos Finitos e não criam quaisquer problemas ao conceito de nó fictício.

Por outro lado, se for possível identificar mais do que um nó no modelo, este pode provavelmente ser classificado como uma estrutura e a abordagem seguida pelo IDEA StatiCa pode ser inadequada e conduzir a resultados incorretos.

O engenheiro deve usar o seu julgamento de engenharia para identificar se uma ligação pode ser considerada como um ou mais nós e utilizar a abordagem adequada.

Como regra geral, o nó no IDEA StatiCa deve incluir apenas os elementos que estão incluídos no software de análise global, uma vez que as forças provenientes da análise incluirão apenas as forças para esses elementos. Naturalmente, isto está sujeito ao julgamento de engenharia e pode variar de caso para caso.

Os efeitos da ação são definidos no nó fictício por defeito. O utilizador pode, no entanto, modificar a localização da definição do carregamento elemento a elemento. Isto é um requisito em alguns casos, seja pela norma (por exemplo, AISC ou SCI para o dimensionamento de chapas de alma) ou pela especificação de projeto.

Antes de utilizar esta funcionalidade, o utilizador deve ter em conta que diferentes posições de carregamento produzem resultados diferentes.

É prática comum os consultores distribuírem cargas para o dimensionamento de ligações na forma de tabelas de carregamento a partir de resultados de envolvente, o que significa que as componentes de tensão não são coexistentes.

Estas cargas criam um campo de tensões irrealista. Na nossa solução, este estado de tensão irrealista é refletido no modelo e pode potencialmente conduzir a roturas.

Note-se que isto não é uma particularidade do IDEA StatiCa, uma vez que tais estados de tensão produziriam roturas no modelo de cálculo global original se estas componentes de tensão máximas fossem aplicadas simultaneamente. Este problema é agravado pelo número de elementos de ligação.

Para evitar esta situação, é fortemente aconselhável utilizar mais do que uma combinação nos seus dimensionamentos, proveniente do modelo de cálculo global original. É sabido que os resultados para cada combinação estão em equilíbrio em torno dos nós.

A utilização das nossas ligações BIM torna a transição do modelo global para o dimensionamento de ligações simples e sem erros.

Além disso, o IDEA StatiCa oferece uma forma muito simples de identificar quaisquer forças desequilibradas no seu modelo, ativando o botão Loads in Equilibrium . Estas são as forças que serão equilibradas pelas reações dos elementos definidos como de apoio.

O sinal dos momentos não segue a convenção clássica da estática. Os momentos seguem a regra da mão direita em torno do eixo local do elemento.

Para visualizar o eixo local de um elemento, deve ativar o botão LCS no painel de faixa de opções Etiquetas.

Para definir um momento positivo em torno de um eixo, o utilizador deve apontar com o polegar direito para o lado positivo desse eixo. O enrolamento dos dedos representa então uma rotação que reflete o momento positivo em torno desse eixo.

Note que as ligações BIM tratam automaticamente das transformações necessárias durante a transferência de cargas do software de análise.

O IDEA StatiCa permite a definição de diferentes opções de tipo de modelo nos elementos, sendo que cada uma influencia o tipo de restrição que será aplicada na extremidade do elemento (sendo N-Vy-Vz-Mx-My-Mz uma extremidade livre/sem restrições). Em essência, é utilizado para garantir que o carregamento aplicado corresponde ao comportamento do modelo global.

Por exemplo, se se espera que um elemento de contraventamento suporte cargas axiais e de corte, mas não momentos, então a utilização de um modelo sem restrições não seria adequada, uma vez que o elemento de contraventamento desenvolveria um momento ao longo do seu comprimento. Isto pode ser evitado utilizando um modelo N-Vy-Vz, onde as próprias restrições resistirão ao momento (que será apresentado como Não-conformidade no separador Verificação -> Análise). Estas restrições também podem ser utilizadas para garantir a estabilidade num determinado modelo, removendo alguns graus de liberdade. Um exemplo fundamental é uma ligação de contraventamento com um único parafuso, onde o contraventamento ficaria livre para rodar em torno do eixo do parafuso. Neste caso, a utilização de um tipo de modelo adequado impede o desenvolvimento de um mecanismo.

Em geral, se o valor das forças/momentos resistidos exceder significativamente o carregamento aplicado (sujeito ao critério do projetista), isso pode ser uma indicação de que o tipo de modelo escolhido pode não ser adequado para a junta e poderá conduzir a um dimensionamento não conservador. Nesses casos, é preferível selecionar um tipo de modelo alternativo que corresponda às condições de carregamento/apoio esperadas ou utilizar o modelo sem restrições N-Vy-Vz-Mx-My-Mz.

A escolha do tipo de modelo está geralmente sujeita ao critério do projetista, uma vez que as restrições necessárias dependerão na maioria das vezes das especificações do projeto e das condições de carregamento que devem ser simuladas no modelo.

Exemplo de uma ligação de contraventamento com um único parafuso onde o tipo de modelo deve ser N-Vy-Vz, para evitar um mecanismo

Embora seja possível que, para ligações robustas, a análise de encurvadura possa não ser crítica, esta é considerada parte integrante do método CBFEM. Como tal, é altamente recomendado realizar a análise de encurvadura após a análise padrão de Tensão/Deformação, para garantir que os seus limites (ver o nosso Enquadramento Teórico) são respeitados, e para comprovar que a resistência prevista pela análise tensão-deformação pode ser totalmente desenvolvida.

Adicionalmente, a encurvadura dos componentes da ligação pode influenciar a estabilidade de toda a estrutura. Neste caso, podemos dizer que o tipo de modo de encurvadura é global. Caso contrário, o modo de encurvadura é designado por local.

É muito importante salientar que diferentes limites inferiores do fator crítico (αcr, limit) são aplicáveis a diferentes tipos de modos de encurvadura. Podemos desprezar a encurvadura global para elementos, (incluindo a ligação) nos casos em que o fator de encurvadura é superior a 15 (no caso de dimensionamento plástico) ou superior a 10 (no caso em que a tensão nas chapas se encontra no ramo elástico). 

Encurvadura local aplica-se a chapas individuais (enrijecedores, alma do pilar), e os correspondentes fatores de encurvadura limite são definidos de acordo com as normas de dimensionamento e ensaios de investigação. Os efeitos da encurvadura local são considerados desprezáveis quando o fator de encurvadura é:

• ≥ 2 - no caso de uma chapa apoiada em 4 lados
• ≥ 3 - no caso de uma chapa apoiada em 3 lados
• ≥ 4 - no caso de uma chapa apoiada em 2 lados (adjacentes)
• ≥ 15 - no caso de uma chapa apoiada em 2 lados (opostos)

Infelizmente, o tipo de forma de encurvadura está sujeito ao julgamento do engenheiro e não pode ser decidido pelo software. É da responsabilidade do utilizador decidir qual o tipo de encurvadura aplicável ao seu modelo, analisando as formas deformadas de encurvadura.

Quando adicionamos um elemento ao modelo, o seu comprimento é calculado automaticamente pelo software com base na altura da secção transversal. O algoritmo de cálculo faz parte do método CBFEM e é calibrado com base em resultados numéricos e experimentais.

O comprimento do elemento calculado garante que ocorrerá uma difusão adequada de tensões, em conformidade com a metodologia CBFEM.

Caso seja adicionado ao elemento um componente ou uma modificação (furos para parafusos, entalhes, aberturas, etc.), o software ajustará o comprimento total em conformidade, de modo a manter uma distância em relação à descontinuidade.

No entanto, o software permite alterar o fator predefinido para o cálculo do comprimento do elemento, através das definições de "Configuração de norma", o que influencia o comprimento total. Recomenda-se vivamente que os utilizadores mantenham este valor como predefinido, uma vez que tais alterações podem influenciar significativamente os resultados. Todas as nossas verificações foram realizadas com as definições predefinidas.

Em casos raros, os valores predefinidos desta configuração podem conduzir a uma rotura que de outra forma não ocorreria. Exemplos de cenários raros podem ser: 1. vigas excessivamente altas (por exemplo, 1,5+ m.) que conduzem a uma distância excessiva em relação à descontinuidade mais próxima, ou 2. força de corte localizada elevada aplicada numa secção de comprimento reduzido (por exemplo, um consolo curto que suporta uma viga de carril de ponte rolante), que o IDEA StatiCa modelaria, por predefinição, com maior comprimento do que na realidade. Ambos os casos resultariam em elevada flexão na extremidade carregada.

É por esta razão que esta configuração está disponível, para proporcionar aos utilizadores experientes alguma flexibilidade ao lidar com estes casos raros em que um comprimento reduzido pode ser necessário.

Nestes casos, em que é absolutamente claro que o problema se deve apenas ao comprimento do elemento, o utilizador terá de realizar um estudo para examinar o impacto de qualquer redução no rácio altura/comprimento do elemento no comportamento do modelo (campos de tensão-deformação e forças nos vários componentes). Caso os resultados coincidam, poderá ser possível uma redução no parâmetro, embora em alguns modelos isso possa ter de ser feito em conjunto com as definições de malha.

Por outras palavras, se o utilizador decidir modificar esta configuração, deve ser capaz de justificar adequadamente essa decisão, referindo-se aos resultados de um estudo associado que demonstre que a redução não influenciou os resultados nos componentes da junta.

Por esta razão, recomendamos que contacte a nossa equipa de suporte antes de modificar qualquer um destes parâmetros críticos.

Exemplo de estudo que demonstra uma redução no rácio comprimento/altura do elemento sem impacto significativo no campo de tensões e no carregamento dos componentes.

É importante saber que diferentes normas utilizam diferentes convenções para a definição da soldadura. A norma americana, por exemplo, utiliza comprimentos de perna, enquanto o Eurocódigo utiliza espessuras de garganta para o cálculo. Esta convenção é respeitada em todo o projeto, incluindo o relatório de saída e os desenhos.

Por conseguinte, é da responsabilidade do utilizador ajustar as dimensões das soldaduras quando necessário, de forma a comunicá-las com terceiros (por exemplo, fabricantes) que utilizem convenções diferentes.

IDEA StatiCa Connection é uma ferramenta dedicada principalmente à avaliação de ligações de elementos laminados a quente, que não são significativamente afetados pela encurvadura. É realizada uma análise geometricamente linear e materialmente não linear devido ao seu cálculo rápido e estável. No entanto, este tipo de análise não considera a perda de estabilidade em cada passo de cálculo, uma vez que a análise de encurvadura é linear, enquanto a perda de estabilidade requer uma análise geometricamente não linear.

Se insistir em utilizar IDEA StatiCa Connection para verificar ligações de elementos de paredes finas (enformados a frio), certifique-se de que é um utilizador experiente do software e esteja preparado para aplicar cuidadosamente o seu julgamento de engenharia, pelo menos, nos seguintes pontos:

• Realize uma análise de encurvadura linear e avalie cuidadosamente cada modo de encurvadura. Tenha em atenção que os 5 primeiros modos de encurvadura calculados podem não ser suficientes.
• Não confie na plasticidade dos elementos de paredes finas e, em vez disso, limite a tensão de von Mises à tensão de cedência ou mesmo a um valor inferior, se necessário.
• Tenha em atenção que o desenvolvimento da encurvadura local, que não é considerada em cada passo de cálculo, pode redistribuir as forças internas nos componentes de forma diferente.
• Tenha em atenção que a rigidez dos componentes pode diferir, devido a diferentes modos de rotura ou à sua combinação.
• Tenha em atenção que as verificações e a pormenorização dos componentes apresentados (por exemplo, parafusos, soldaduras) seguem as disposições normativas aplicáveis a elementos laminados a quente. Caso as disposições normativas relevantes para elementos de paredes finas sejam diferentes, as verificações fornecidas não lhes são aplicáveis.

No IDEA StatiCa Connection, o utilizador tem liberdade para modelar topologias de ligação que anteriormente eram impossíveis de dimensionar. O conjunto de ferramentas disponíveis e os diferentes tipos de análise (encurvadura, rigidez, etc.) oferecem uma compreensão muito mais aprofundada do comportamento das ligações dimensionadas do que anteriormente.

É da responsabilidade do utilizador aprender, compreender e aplicar estas ferramentas nos seus projetos, especialmente se decidir afastar-se de topologias de ligação estabelecidas e testadas.

Deve ficar claro que o IDEA StatiCa não é capaz de "corrigir" erros de conceção estrutural. Embora possa ajudar a preveni-los, com a aplicação correta do conjunto de ferramentas disponíveis.

Uma ligação concetualmente errada com a fila superior em falta aparentemente passa todas as verificações normativas, mas com a utilização da ferramenta de forma deformada, são reveladas deformações excessivas e concentração de deformações plásticas. Isto pode provavelmente causar problemas de estado limite de serviço, mas sem colapso catastrófico (como uma fratura).

O método de cálculo relativo às chapas baseia-se em propriedades de material não lineares, pelo que é válido independentemente das disposições normativas.

Uma vez que, no seu estado predefinido, o software utiliza os valores de texto padrão do AISC, é da responsabilidade do utilizador verificar que as definições de configuração normativa estão alinhadas com as disposições do Anexo Nacional regional pretendido.