Dimensionamento automático de soldaduras / dimensionamento de soldaduras

A ferramenta Dimensionamento de soldaduras calcula o tamanho ótimo da soldadura com base em entradas específicas e estratégias definidas, tais como Estimativa de capacidade, Resistência total, Ductilidade mínima ou Sobreresistência. O novo dimensionamento é criado com base nas definições selecionadas, que são explicadas em detalhe abaixo. Esta funcionalidade atua como um assistente poderoso para eliminar iterações manuais, oferecendo uma proposta de dimensionamento sólida pronta para a sua verificação final.

No IDEA StatiCa Connection, existem duas estratégias de dimensionamento de soldaduras disponíveis para todos os utilizadores:

• para resistência total
• com sobreresistência

Para utilizadores de Eurocódigo, existem mais duas:

• para estimativa de capacidade
• para ductilidade mínima

Para utilizadores de AISC, existe mais uma:

• para estimativa de capacidade

Como chamar as funções

O Dimensionamento de soldaduras pode ser chamado:

• Clicando no botão Weld sizing no painel superior

• No diálogo de Operações

• Clicando com o botão direito em Operations e selecionando Autodesign all, mas aqui irá dimensionar automaticamente não apenas as soldaduras, mas também os parafusos.

• Clicando com o botão direito em operations e selecionando um tipo específico de dimensionamento de soldaduras

• Clicando com o botão direito na operação com soldadura e selecionando Autodesign, mas aqui irá dimensionar automaticamente não apenas as soldaduras, mas também os parafusos, numa operação específica.

Quando chama a função, é necessário especificar o método de dimensionamento de soldaduras no diálogo de Operações. Em geral, o tamanho das soldaduras aumentará nesta ordem:

• Estimativa de capacidade
• Ductilidade mínima
• Resistência total
• Com sobreresistência

Os métodos são descritos em detalhe abaixo. 

Definições que afetam o tamanho da soldadura

O processo de dimensionamento de soldaduras é determinado pelas definições globais específicas. O algoritmo avalia as seguintes entradas:

1. Soldaduras: Utilização de capacidade alvo: Este limite é definido em Definições do projeto > Dimensionamento – Geral (o valor predefinido é 0,9). O algoritmo compara as cargas reais atuantes com este valor definido para encontrar uma solução que cumpra o requisito. O valor específico verificado é a Utilização Ut_c.
2. Soldaduras: Fator de sobreresistência: Este fator garante que a soldadura é mais resistente do que o elemento ligado para permitir a formação de rótulas plásticas, conforme recomendado pela EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) (tipicamente 1,4 ou 1,7). O limite é definido em Definições do projeto > Dimensionamento – Geral (predefinição 1,4) e é aplicado apenas quando o método de dimensionamento 'Sobreresistência' está selecionado.
3. Regra de arredondamento:  A altura de uma soldadura é ajustada de acordo com as definições de arredondamento em Projeto > Preferências > Unidades da aplicação - Arredondamento de nova entidade > Tamanho da soldadura.
4. Incrementos do controlador: O valor mínimo pelo qual o algoritmo aumenta a altura da soldadura é definido em Projeto > Preferências > Unidades da aplicação - Incrementos do controlador> Tamanho da soldadura.

Estimativa de capacidade

O dimensionamento de soldaduras por estimativa de capacidade fornece automaticamente tamanhos de soldadura suficientemente resistentes para transferir as cargas definidas. 

Como funciona a função

No separador de resultados para soldaduras, estão listados dois rácios de utilização. O Ut (utilização de tensão) mostra o valor de utilização do elemento finito mais solicitado de toda a soldadura (valor de pico), enquanto o Ut_c (utilização da capacidade da soldadura) mostra a utilização de toda a soldadura e fornece assim ao utilizador informação sobre a capacidade residual da soldadura.

Uma vez que a distribuição de tensões nas soldaduras em modelos baseados em MEF varia de forma incerta em função da carga aplicada, não é simples determinar a capacidade residual como uma função linear. Com um incremento de carga aplicada, a variação na distribuição de tensões na soldadura pode ser muito significativa.

O cálculo do Ut_c utiliza uma função de estimativa por aprendizagem automática. Com base na aprendizagem a partir de um vasto número de modelos de ligações soldadas e vários cenários de carga, o algoritmo consegue prever com precisão a capacidade residual da soldadura. O valor é apresentado em Verificação, no separador Soldaduras, na coluna Ut_c .

Esta funcionalidade utiliza inteligência artificial e aprendizagem automática para determinar a capacidade das soldaduras. E o melhor é que a aplicação consegue fazê-lo com uma margem de 10%! Este pode ser considerado um resultado excelente.

De momento, está implementado no Eurocódigo e no AISC.

O dimensionamento de soldaduras por estimativa de capacidade requer resultados. O tamanho das soldaduras de filete é ajustado de acordo com a seguinte fórmula:

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

onde:

• \(a_{new}\) – tamanho ajustado da soldadura de filete
• \(a\) – tamanho da soldadura de filete previamente definido
• \(Ut_c\) – estimativa de capacidade baseada num algoritmo de aprendizagem automática visível na verificação normativa da soldadura 
• \(Ut_{target}\) – utilização alvo em Definições → Dimensionamento → Dimensionamento automático → Dimensionamento de soldaduras

Note que os tamanhos das soldaduras são limitados por regras de pormenorização, por exemplo, o tamanho da soldadura não pode ser inferior a 3 mm (EN 1993-1-8 – 4.5.2). Estas regras de pormenorização são respeitadas. Tenha também em conta que múltiplas soldaduras no IDEA StatiCa são frequentemente definidas com um único valor. Nestes casos, o tamanho é definido de acordo com a mais solicitada.

Está também disponível um ciclo de cálculo. Quando o método de dimensionamento de soldaduras está definido para estimativa de capacidade, este:

1. Dimensiona as soldaduras de filete para resistência total
2. Calcula o modelo
3. Dimensiona as soldaduras de filete para estimativa de capacidade
4. Calcula o modelo

As soldaduras são então definidas com uma utilização igual ou inferior à utilização alvo com apenas um clique.

Ductilidade mínima

O dimensionamento de soldaduras para ductilidade mínima fornece automaticamente ligações soldadas suficientemente resistentes para evitar roturas frágeis. A resistência da soldadura permite a cedência inicial da chapa, mas em última análise, a soldadura rompe.

O requisito de ductilidade mínima de ligações soldadas encontra-se na FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4). Tem origem no anexo nacional neerlandês da EN 1993-1-8, onde o rácio fixo entre a resistência da soldadura e a resistência da chapa é de 0,8. Está também incluído nos amplamente utilizados Green books do Reino Unido, nomeadamente nos Capítulos C2 e C3. No entanto, o rácio fixo é adequado apenas para o aço de grau S355. Na segunda geração do Eurocódigo, este é alargado a todos os graus de aço.

Este requisito é verificado para soldaduras de filete de dupla face por:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

onde:

• \(a\) – espessura de garganta da soldadura
• \(t\) – espessura da chapa ligada pelo bordo
• \(\beta_w\) – fator de correlação da soldadura 
• \(\gamma_{M2}\) – fator de segurança para parafusos e soldaduras; editável na configuração normativa
• \(f_y\) – tensão de cedência da chapa
• \(f_u\) – tensão de rotura da soldadura
• \(\gamma_{M0}\) – fator de segurança para chapas; editável na configuração normativa

A espessura de garganta da soldadura de filete de face simples é duas vezes superior à da soldadura de filete de dupla face.

Note que o método é útil para soldaduras carregadas transversalmente e funciona quando a chapa está ligada em toda a sua largura.

Resistência total

O dimensionamento de soldaduras para resistência total fornece automaticamente soldaduras mais resistentes do que a chapa ligada. No cálculo, assume-se que as chapas são carregadas à tração e as soldaduras transversalmente, como o caso mais desfavorável para a resistência e ductilidade da soldadura. Este dimensionamento é útil para evitar roturas frágeis das soldaduras para carregamento estático.

Esta abordagem está também incluída nos amplamente utilizados Green books do Reino Unido, nomeadamente no Capítulo C1.

Este requisito é verificado para soldaduras de filete de dupla face por:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

onde:

• \(a\) – espessura de garganta da soldadura
• \(t\) – espessura da chapa ligada pelo bordo
• \(\beta_w\) – fator de correlação da soldadura 
• \(f_y\) – tensão de cedência da chapa
• \(f_u\) – tensão de rotura da soldadura
• \(\gamma_{M0}\) – fator de segurança para chapas; editável na configuração normativa

Note que o método é útil para soldaduras carregadas transversalmente e funciona quando a chapa está ligada em toda a sua largura.

Soldaduras com sobreresistência

O dimensionamento de soldaduras com sobreresistência fornece automaticamente soldaduras muito mais resistentes do que a chapa ligada. O fator de sobreresistência é especificado em Definições → Dimensionamento → Dimensionamento automático → Dimensionamento de soldaduras. O valor predefinido de 1,4 é retirado da EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) para formação de rótula plástica. 

No cálculo, assume-se que as chapas são carregadas à tração e as soldaduras transversalmente, como o caso mais desfavorável para a resistência e ductilidade da soldadura. Este dimensionamento é útil para evitar roturas frágeis das soldaduras em dimensionamento plástico ou carregamento cíclico. Note que um tamanho de soldadura elevado não garante automaticamente uma ductilidade elevada. Pelo contrário, pode conduzir a tensões residuais e deformações excessivas causadas pela retração da soldadura.

Este requisito é verificado para soldaduras de filete de dupla face por:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

onde:

• \(a\) – espessura de garganta da soldadura
• \(t\) – espessura da chapa ligada pelo bordo
• \(\beta_w\) – fator de correlação da soldadura 
• \(\gamma_{M2}\) – fator de segurança para parafusos e soldaduras; editável na configuração normativa
• \(f_y\) – tensão de cedência da chapa
• \(f_u\) – tensão de rotura da soldadura
• \(\gamma_{M0}\) – fator de segurança para chapas; editável na configuração normativa
• \(f_{overstrength}\) – fator de sobreresistência especificado em Definições → Dimensionamento → Dimensionamento automático → Dimensionamento de soldaduras

Note que o método é útil para soldaduras carregadas transversalmente e funciona quando a chapa está ligada em toda a sua largura.