Dimensionamento por capacidade de ligações de aço (AISC)
1 Novo projeto
Inicie o IDEA StatiCa (descarregue a versão mais recente) e abra o ficheiro de projeto de origem. O dimensionamento da junta está concluído e preparado para a análise padrão de Tensão/Deformação.
2 Cálculo e verificação
Inicie a análise de tensão/deformação através do botão Calculate na barra de ferramentas. O modelo de análise é gerado automaticamente, o cálculo é executado e os resultados globais da verificação normativa são apresentados no canto superior esquerdo da cena.
Pode verificar que, com base na análise de tensão/deformação, a junta está bem dimensionada e satisfaz todas as verificações normativas.
Para conservar estes resultados, copie este item de projeto no canto superior esquerdo, em Itens de projeto.
3 Verificação por capacidade
No novo item de projeto (CON2), altere os seguintes parâmetros para ativar as verificações dos limites de pré-qualificação da AISC 358:
- Tipo de análise: Dimensionamento por Capacidade
- Ligação pré-qualificada: Ativa
- Sistema: Pórtico de momento especial
- Tipo de ligação: Secção de viga reduzida (RBS)
O item dissipativo tem de ser selecionado. Deve ser escolhido como item dissipativo o elemento ou chapa onde se prevê a formação de uma rótula plástica. O fator de sobrerresistência do material e o fator de endurecimento por deformação são aplicados ao item selecionado. Neste exemplo, selecione o elemento W16x31 como item dissipativo. Pode ser adicionado através do comando na barra de ferramentas superior e confirme a seleção com a barra de espaços/tecla Enter/clique com o botão direito.
Nas propriedades de Elementos, os parâmetros do W16x31 devem ser ajustados: defina o Tipo de modelo como N-Vz-My, uma vez que a ligação resiste apenas ao momento fletor no plano vertical e a flexão em torno do eixo secundário da viga deve ser restringida.
Após a seleção do item dissipativo, os limites de pré-qualificação são apresentados no lado superior esquerdo do ecrã na área do modelo:
O primeiro aviso está relacionado com a AISC 341-16: Capítulo D.1.1b e Tabela D1.1. Relações Largura-Espessura Limite. Para corrigir o primeiro aviso, altere a secção do perfil do pilar para W14X68 clicando com o botão direito no pilar e depois no ícone de adição:
Selecione a secção de aba larga, percorra a lista até encontrar W (AISC 15.0), utilize a caixa de pesquisa, clique em W14X68 e clique em OK.
Altere o nome do elemento para Pilar clicando no nome W12X65 e premindo F2 no teclado ou clicando com o botão direito e selecionando Renomear:
O aviso seguinte a corrigir está relacionado com a soldadura da alma da viga à aba do pilar:
A soldadura pode ser alterada na operação CUT1; altere a soldadura de soldadura de filete duplo para a opção de soldadura de topo:
O aviso seguinte diz respeito ao requisito de chapa de alma indicado no Capítulo 5.6 (2) da AISC 358 para pórticos de momento especial.
Clique em Nova operação e selecione a operação de chapa de alma e introduza os detalhes conforme indicado:
O último aviso refere-se ao requisito de furos de acesso à soldadura indicado na AISC 358 5.5 (2). Para cumprir essa verificação de pormenorização, adicione uma operação de Abertura, selecione os parâmetros seguintes e utilize a opção de Pré-dimensionamento para os entalhes:
Após essa operação, a ligação satisfaz os limites de pré-qualificação das normas AISC 358 e 341.
Mude o parâmetro Forças em para Posição, pois assim é possível definir a posição exata de aplicação da força. A posição da rótula plástica é semelhante à posição da força aplicada: X = 17 polegadas.
Como determinar a posição correta da rótula plástica? O engenheiro estrutural deve decidir onde esta se formará. Normalmente, a rótula plástica é determinada na viga. Neste exemplo, formará no meio da operação de secção reduzida (dog bone). É conveniente ler a posição diretamente na aplicação (vista em wireframe).
No passo seguinte, os efeitos das ações têm de ser definidos. As ações para a análise sísmica dependem da norma (fator de sobrerresistência do material, fator de endurecimento por deformação) e são também influenciadas pela tensão de cedência, características geométricas da secção transversal, etc.
As ações para este exemplo foram calculadas pelo seguinte procedimento:
My = Cpr .Ry .Fy .Zpl,y(RBS) e a força de corte correspondente Vz = –2 My / Lh, onde:
- Ry – rácio entre a tensão de cedência provável e a mínima – AISC 341-16 – Tabela A3.1; para A992 – Ry = 1,1
- \( C_{pr}=\frac{F_y+F_u}{2\cdot F_y} \le 1.2 \) – fator de endurecimento por deformação; para A992 – Cpr = 1,15
- Fy – tensão de cedência característica; para A992 – Fy = 50,0 ksi
- Fu – tensão de rotura característica; para A992 – Fu = 65,0 ksi
- Zpl,y(RBS) – módulo plástico de secção; valor para a secção de viga reduzida – Zpl,y,(RBS) = 44,80 in3
- Lh – distância entre rótulas plásticas na viga; Lh = 250 - (2 . 17) = 216 in
My = 1,15 x 1,1 x 50 x 44,80 = 2834 kip.in = 236,17 kip-ft
\[ V_{\textrm{Ed}} = \frac{2 \cdot M_{\textrm{y}}}{L_{h}} = 2 \cdot \frac{2834}{216} = 26,2 \, \textrm{kip} \]
Adicione a força de corte e o momento fletor calculados como um novo efeito de ação (LE).
A força de corte e o momento fletor devem ser introduzidos com os sinais adequados, de modo a que o momento fletor diminua na viga na direção que se afasta do nó.
A análise por capacidade pode agora ser iniciada através do comando Calculate.
Como se pode observar nos resultados e na vista de deformação plástica, o pilar apresenta uma deformação plástica extrema. O principal objetivo do dimensionamento por capacidade, em conjunto com as ligações pré-qualificadas do processo de dimensionamento da AISC 358, é conceber um sistema de pilar forte-viga fraca. Assim, a cedência e a formação de rótulas plásticas devem ocorrer no item dissipativo (viga selecionada) e, no tipo de ligação de secção de viga reduzida, a intenção é que a deformação plástica máxima ocorra na parte central da secção reduzida da viga.
A abordagem de dimensionamento consiste em transferir a rotura para a viga. Os passos seguintes destinam-se a aumentar a resistência da zona do painel do pilar.
Podemos começar por adicionar quatro enrijecedores ao pilar alinhados com as abas da viga. Defina a espessura dos enrijecedores para 5/8".
Para aumentar a capacidade de carga do pilar, adicione uma chapa de reforço em ambos os lados da alma (adicione a operação de fabrico Chapa de reforço).
Os enrijecedores na alma do pilar devem ser cortados e soldados às chapas de reforço através da operação de fabrico Corte de chapa.
Repita a operação de corte de chapa quatro vezes para ligar os restantes enrijecedores frontais/traseiros às chapas de reforço.
*Sugestão: Clique com o botão direito na primeira operação de corte, copie-a conforme necessário e passe o rato sobre as chapas para ver os respetivos nomes.
Todas as modificações de dimensionamento estão agora concluídas; execute Calculate no separador Check. Pode verificar que todos os componentes (como soldaduras e parafusos) satisfazem a verificação normativa. A deformação plástica das chapas do item dissipativo não influencia os resultados globais.
A ocorrência da rótula plástica pode ser analisada na janela de análise de Deformação plástica.
A rótula plástica formou-se na localização prevista e esta junta satisfaz as verificações exigidas pelo dimensionamento por capacidade.
Para uma melhor compreensão dos resultados, consulte o Enquadramento Teórico.
4 Relatório
Por fim, pode consultar o Relatório. O IDEA StatiCa disponibiliza um relatório totalmente personalizável para impressão ou gravação em formato editável.
No final do relatório detalhado, encontra-se uma lista das verificações de pormenorização da ligação pré-qualificada com a respetiva referência e estado:
Realizou uma verificação normativa de dimensionamento por capacidade de uma ligação estrutural pré-qualificada de acordo com a AISC 358 e a AISC 341.
Fatores de resistência
Uma vez que os requisitos de dimensionamento para a ligação "pré-qualificada" são satisfeitos e as resistências disponíveis são calculadas de acordo com a AISC 358-16, os fatores de resistência ϕ devem ser tomados como se segue:
Para estados limite dúcteis ϕd = 1,00
Para estados limite não dúcteis ϕn = 0,90
Estes fatores podem ser editados no IDEA StatiCa Connection em 'Configuração normativa':
