Base de conhecimento

Melhorias no modelo de análise na versão 21.0 do IDEA StatiCa

Steel

Connection

Member

AISC (USA)

CBFEM

EN (Eurocode)

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Traduzido por IA a partir do inglês

Para o IDEA StatiCa Connection e Member, o modelo foi melhorado pela inserção de um elemento condensado nas extremidades dos troços curtos dos elementos. O elemento condensado simula o comportamento elástico da parte do elemento. Os troços curtos dos elementos simulados por elementos de casca podem agora ser mais curtos, o que conduz a um menor tempo de cálculo.

O modelo da ligação é significativamente melhorado pela inserção do elemento condensado. Este elemento é adicionado após a extremidade do elemento e possui as mesmas propriedades que o modelo elástico de casca do elemento. É apenas um elemento, mas permite que qualquer deformação elástica e tensão se desenvolvam nas extremidades do elemento. Por este motivo, a parte do elemento constituída por elementos de casca pode ser mais curta e ainda assim melhorar o comportamento do modelo. O comprimento predefinido das secções abertas e ocas modeladas por elementos de casca é reduzido para 1,25 × a maior das dimensões exteriores da secção transversal. O comprimento do elemento condensado é de 4 × a maior das dimensões exteriores da secção transversal (o superelemento não é visível para o utilizador final). A única diferença aplica-se às análises de encurvadura linear e de rigidez, em que o comprimento do elemento condensado é 0,5 × a maior das dimensões exteriores da secção transversal. O motivo é manter os modos de encurvadura nas chapas internas da ligação e não nos elementos.

Os principais benefícios desta alteração são:

Tempos de cálculo 30 % mais rápidos (em média, num grande número de projetos)
Visualização de resultados mais rápida
Modelação mais precisa de ligações de secções ocas

Esta alteração foi originalmente realizada para melhorar a análise de ligações de secções ocas, mas os benefícios aplicam-se a todos os modelos.

Quais são as principais consequências? Alguns resultados mudam entre versões; no entanto, o IDEA StatiCa executa um grande número de testes automatizados. Na grande maioria dos casos, a diferença nos resultados foi inferior a 1 %. Contudo, em alguns casos, as diferenças são maiores. Esses casos são:

A secção transversal deforma-se na extremidade do modelo de casca

Este efeito foi o principal motivo pelo qual a alteração foi realizada. A secção transversal pode agora deformar-se nas extremidades do modelo constituído por elementos de casca. As juntas de secções ocas requerem elementos relativamente longos – até 10 vezes o diâmetro da secção transversal. Caso contrário, as condições de fronteira podem afetar a resistência à carga da junta. Ao introduzir o elemento condensado após a parte do modelo constituída por elementos de casca, o cálculo é muito mais rápido com a mesma precisão.

Note-se que o elemento condensado possui apenas propriedades elásticas. As deformações plásticas não devem atingir as extremidades do elemento. Caso contrário, podem afetar a resistência da ligação.

Os troços curtos mais curtos não plastificam nas extremidades

Este é um problema com, por exemplo, consolas de coluna fortemente carregadas ao corte por uma força muito próxima da ligação. Com elementos mais curtos, o momento fletor na extremidade do elemento é reduzido.

Se o troço curto ainda falhar à flexão, a solução alternativa é modelar o elemento com o elemento de enrijecimento e utilizar um elemento fictício para aplicar a força de corte.

Torção

O empenamento era restringido pelas restrições multiponto que ligam o nó à extremidade da viga. Estas restrições são utilizadas para impor cargas no modelo. Agora, o elemento condensado afasta as restrições e o elemento consegue deformar-se. Isto resulta num maior bimomento (momento de empenamento) na ligação.

Este é frequentemente o caso de uma junta unilateral da viga secundária à viga principal. Note-se que o dimensionamento do elemento deve ser realizado noutro local e também que o bimomento causado pelo empenamento é muito frequentemente negligenciado pelos programas de cálculo, mas deve ser tido em conta. A resistência ao empenamento de elementos de secção aberta é surpreendentemente baixa.

Carregamento simplificado / Cargas em equilíbrio

Ao utilizar o carregamento simplificado e quando o elemento contínuo é selecionado como apoio, os esforços internos são diferentes porque os comprimentos dos elementos mudaram de 1,5 × h para (1,25 + 4) × h.

Os esforços internos são diferentes
O painel da alma da coluna ao corte é mais solicitado. No entanto, a opção de cargas em equilíbrio é necessária para capturar corretamente o comportamento do elemento contínuo.

A utilização de Cargas em equilíbrio é sempre recomendada.

Resistência à flexão da casca reduzida para secções ocas

As resistências à carga de juntas de secções ocas nas normas são determinadas pelo Método dos Modos de Rotura, que utiliza modelos de ajuste de curvas determinados a partir de ensaios e modelos numéricos avançados. Este método de dimensionamento está implementado em todas as normas. Atualmente, o estado da arte mais recente encontra-se num projeto de prEN 1993-1-8:2022. A estrutura real contém imperfeições iniciais e tensões residuais, que não são capturadas pelos modelos de casca no IDEA StatiCa Connection. Para alcançar uma maior conformidade com os resultados das normas, a influência das tensões residuais e das imperfeições iniciais foi introduzida nos modelos do IDEA StatiCa através da redução da resistência à flexão das cascas de secções ocas com uma relação D/(2t) elevada. Isto permite reduzir a resistência dos modos de rotura das juntas, mantendo a resistência normal e à flexão dos elementos de secção oca. A redução da resistência plástica dos elementos de casca depende do fator \(\gamma = \frac{D_0}{2t_0}\):

Estas alterações combinadas permitiram-nos alcançar uma boa concordância com os resultados do Método dos Modos de Rotura (MMR) contido nas normas de dimensionamento. A conformidade entre o IDEA StatiCa Connection e o MMR é apresentada nas figuras seguintes.