CBFEM - como funciona, conformidade normativa, validação e verificação
O CBFEM é um método único para o dimensionamento e verificação normativa de ligações de aço, elementos e ancoragens. Pode ser utilizado para a maioria das juntas, ancoragens e detalhes com diversas topologias.
Método dos Elementos Finitos Baseado em Componentes (CBFEM) é:
- Suficientemente geral para ser aplicável à maioria das juntas, fundações e detalhes na prática de engenharia.
- Suficientemente simples e rápido na prática diária para fornecer resultados num tempo comparável ao dos métodos e ferramentas atuais.
- Suficientemente abrangente para fornecer aos engenheiros estruturais informação clara sobre o comportamento da junta, tensão, deformação, reservas dos componentes individuais e sobre a segurança e fiabilidade globais.
A verificação de uma junta pelo método padrão baseado em componentes e pelo CBFEM utilizado no IDEA StatiCa Connection baseia-se na verificação de todas as partes da junta – os componentes. Os componentes podem ser parafusos, âncoras, soldaduras, chapas e betão na fundação.
O CBFEM divide a junta completa nos componentes separados acima mencionados. O modelo de análise é então criado automaticamente pelo software a partir de cada componente.
A verificação em si consiste em duas etapas:
- São calculadas as forças em cada componente da junta
- Cada componente é verificado utilizando as equações normativas
Cálculo de forças
O CBFEM implementado no IDEA StatiCa Connection simplifica o comportamento de cada componente. Como?
O modelo é constituído por elementos aos quais é aplicada a carga e por operações de fabrico (incluindo elementos de enrijecimento), que servem para ligar os elementos entre si.
O modelo FEM analisado é gerado automaticamente. O projetista não cria o modelo FEM; cria a junta utilizando operações de fabrico.
Graças a isso, as forças são calculadas sem pressupostos simplificadores. E os outros efeitos, como a interação dos componentes, etc., também são calculados.
Além disso, devido à consideração da rigidez real dos componentes, os resultados incluem a força de alavanca. Nada é negligenciado.
Verificação e avaliação de resultados
A análise de resistência é a análise mais importante das juntas. As verificações de deformação das chapas juntamente com as verificações normativas dos componentes são realizadas por análise elasto-plástica.
A análise das juntas é materialmente não linear. Os incrementos de carga são aplicados gradualmente e o estado de tensão é determinado.
Verificação de chapas
As chapas são modeladas com material elasto-plástico com um declive nominal do patamar de cedência de acordo com EN 1993-1-5, Par. C.6, (2), tan-1 (E/1000).
O comportamento do material baseia-se no critério de cedência de von Mises. Assume-se comportamento elástico antes de atingir o valor de cálculo da tensão de cedência fyd.
O critério de estado limite último para regiões não suscetíveis a encurvadura é atingir o valor limite da deformação principal de membrana. Recomenda-se o valor de 5 % (e.g. EN 1993-1-5, App. C, Par. C.8, Nota 1).
Partes específicas do Enquadramento Teórico para cada uma das normas nacionais suportadas:
- Verificação normativa de chapas segundo EN (Eurocódigo)
- Verificação normativa de chapas segundo AISC (norma americana)
- Verificação normativa de chapas segundo CISC (norma canadiana)
- Verificação normativa de chapas segundo AS (norma australiana)
- Verificação normativa de chapas segundo IS (norma indiana)
- Verificação normativa de chapas segundo GB (norma chinesa)
- Verificação normativa de chapas segundo HKG (Código de Prática de Hong Kong)
- Verificação normativa de chapas segundo SP (norma russa)
Verificação de outros componentes
As verificações são realizadas para as forças calculadas pelas mesmas equações da norma em todos os métodos. As equações utilizadas para os parafusos, âncoras, soldaduras e bloco de betão são apresentadas na aplicação e podem ser analisadas em detalhe.
Verificação de parafusos
Os parafusos no IDEA StatiCa Connection são verificados de acordo com as normas correspondentes. Para mais informações, leia o artigo Parafusos e ligações aparafusadas.
Verificação de soldaduras
Também no caso das soldaduras, a verificação é realizada de acordo com as normas correspondentes.
Informação detalhada sobre a verificação de soldaduras na aplicação Connection pode ser encontrada no artigo Soldadura/Soldaduras no IDEA StatiCa.
Verificação do bloco de betão
Os princípios subjacentes ao cálculo do bloco de betão são explicados no artigo Modelo estrutural de um bloco de betão.
Partes específicas do Enquadramento Teórico para cada uma das normas nacionais suportadas:
- Verificação normativa de um bloco de betão segundo EN (Eurocódigo)
- Verificação normativa de um bloco de betão segundo AISC (norma americana)
- Verificação normativa de um bloco de betão segundo CISC (norma canadiana)
- Verificação normativa de um bloco de betão segundo AS (norma australiana)
- Verificação normativa de um bloco de betão segundo IS (norma indiana)
- Verificação normativa de um bloco de betão segundo GB (norma chinesa)
- Verificação normativa de um bloco de betão segundo HKG (Código de Prática de Hong Kong)
- Verificação normativa de um bloco de betão segundo SP (norma russa)
Como pode o CBFEM ser simultaneamente conforme com a norma e com o comportamento real?
O FEA orientado para o dimensionamento (CBFEM) é otimizado para fornecer resultados relevantes para a verificação normativa, cobrindo simultaneamente o comportamento real da estrutura. Ao mesmo tempo, considera a margem de segurança definida pela norma.
Veja o vídeo e encontre a resposta às suas questões.
Características principais da análise CBFEM
Já ouviu falar dos acrónimos MNA ou GMNA implementados no software, mas não tem a certeza do que significam? As propriedades da análise, a não linearidade do material ou da geometria. O que é recomendado e realizado pelo CBFEM?
Veja o vídeo seguinte e aprenda sobre as abordagens.
Validação e verificação
Inicialmente, duas equipas universitárias dedicaram mais de três anos à verificação e validação do método CBFEM.
Ao longo do tempo, foram realizados múltiplos novos estudos de verificação em cooperação com universidades de todo o mundo (EUA, Países Baixos, Alemanha, Suíça, América do Sul, entre outros).
O que significam exatamente validação e verificação? O processo de validação e verificação confirma que os resultados do software são corretos.
A verificação é uma comparação com um método analítico, mais frequentemente incorporado na norma de dimensionamento (e.g. AISC, EN, etc.).
Os métodos analíticos nas normas estão condicionados por simplificações, e os resultados entre a norma e o CBFEM para ligações complexas podem variar, especialmente nos limites do domínio de validade. Nesse caso, uma comparação do CBFEM com um modelo avançado validado por ensaios experimentais demonstra que o CBFEM é seguro, mesmo quando as resistências são superiores às determinadas pela norma.
A validação é uma comparação de um modelo numérico com um ensaio experimental.
O modelo numérico é frequentemente altamente avançado, incluindo não linearidades materiais e geométricas. A geometria e as propriedades dos materiais são as mesmas que as medidas no ensaio experimental. Quando os resultados – tipicamente curvas carga-deslocamento e tensão-deformação – do modelo numérico são próximos dos do ensaio experimental, o modelo numérico é validado. As propriedades dos materiais do modelo numérico são então alteradas para valores nominais, as imperfeições são aumentadas de acordo com as tolerâncias de fabrico, e podem ser realizados vários estudos de sensibilidade alterando parâmetros, e.g. espessura das chapas, tensão de cedência do material.
Por fim, os resultados do modelo numérico são comparados com os do CBFEM. Os resultados não precisam de coincidir perfeitamente, mas devem ser seguros e as diferenças devem situar-se numa gama aceitável.
Os exemplos de verificação e validação mais importantes foram publicados no livro "Component-based finite element design of steel connections."
No nosso Centro de Suporte, pode encontrar muitos estudos de verificação, bem como comparações com ensaios laboratoriais. Encontre-os através do link abaixo.