Verificação normativa de parafusos e parafusos pré-esforçados de acordo com as normas australianas

As forças nos parafusos, incluindo as forças de alavanca, são determinadas por análise de elementos finitos. As resistências dos parafusos são verificadas pelas disposições normativas.

Parafusos

Os parafusos são verificados de acordo com o Capítulo 9.2 Design of bolts. A força de tração e a força de corte em cada parafuso são determinadas por análise de elementos finitos. As forças de alavanca são tidas em conta conforme sugerido pela Cláusula 9.1.8. As forças de alavanca são determinadas por análise de elementos finitos. Cada plano de corte é verificado individualmente. A chapa no apoio é verificada em relação à soma das forças de corte nos planos adjacentes.

Parafuso ao corte

Um parafuso sujeito a uma força de corte de cálculo é dimensionado de acordo com a Cl. 9.2.2.1 e deve satisfazer:

\[ V_f^* \le \phi V_f \]

onde:

• V_f* – força de corte de cálculo
• ϕ = 0.8 – fator de capacidade (Tabela 3.4) editável na configuração normativa
• V_f = 0.62 f_uf A – capacidade de corte nominal de um parafuso
• f_uf – resistência mínima à tração do parafuso conforme especificado na Tabela 9.2.1
• A – área de um parafuso igual a A_c ou A_o, que são respetivamente a área da secção no diâmetro menor do parafuso conforme definido na AS 1275 ou a área nominal do fuste liso do parafuso. Cada plano de corte é verificado individualmente.

O valor de A_c é aproximado no software por uma função:

A_c = 0.0000163 · A_s² + 0.91682 · A_s − 0.85375

A diferença máxima é de 0.8 mm² ou 0.5 %.

O fator de redução indicado na Tabela 9.2.2.1 para ter em conta o comprimento de uma ligação sobreposta aparafusada é igual a 1.0. A redução é aplicada automaticamente verificando cada parafuso individualmente.

De acordo com a Cl. 9.2.2.5, para ligações em que as chapas de enchimento excedam 6 mm de espessura, a capacidade de corte nominal de um parafuso deve ser reduzida em 15 %. Para ligações com múltiplos planos de corte, a redução é aplicada a todos os planos de corte.

Parafuso à tração

Um parafuso sujeito a uma força de tração de cálculo é dimensionado de acordo com a Cl. 9.2.2.2 e deve satisfazer:

\[ N_{tf}^* \le \phi N_{tf} \]

onde:

• N_tf* – força de tração de cálculo
• ϕ = 0.8 – fator de capacidade (Tabela 3.4) editável na configuração normativa
• N_tf = A_s f_uf – capacidade de tração nominal de um parafuso
• A_s – área de tensão de tração de um parafuso conforme especificado na AS 1275
• f_uf – resistência mínima à tração do parafuso conforme especificado na Tabela 9.2.1

Parafuso sujeito a corte e tração combinados

Um parafuso que deve resistir simultaneamente a forças de corte e de tração de cálculo é dimensionado de acordo com a Cl. 9.2.2.3 e deve satisfazer:

\[ \left ( \frac{V_f^*}{\phi V_f} \right ) ^2 + \left ( \frac{N_{tf}^*}{\phi N_{tf}} \right ) ^2 \le 1.0 \]

onde:

• ϕ = 0.8 – fator de capacidade (Tabela 3.4) editável na configuração normativa

Chapa no apoio

Uma chapa sujeita a uma força de apoio de cálculo devida a um parafuso ao corte é dimensionada de acordo com a Cl. 9.2.2.4 e deve satisfazer:

\[ V_b^* \le ϕ V_b \]

onde:

• ϕ = 0.9 – fator de capacidade (Tabela 3.4) editável na configuração normativa
• \( V_b = 3.2 d_f t_p f_{up} \le a_e t_p f_{up} \) – capacidade de apoio nominal de uma chapa
• d_f – diâmetro do parafuso
• t_p – espessura da chapa
• f_up – resistência à tração da chapa
• a_e – distância mínima desde a extremidade do furo até à extremidade da chapa, medida na direção da componente da força, mais metade do diâmetro do parafuso. A extremidade da chapa deve ser considerada como incluindo a extremidade de um furo de parafuso adjacente

Ligações por atrito

Para ligações por atrito, o deslizamento no estado limite de utilização deve ser limitado e dimensionado de acordo com a Cl. 9.2.3. Estes parafusos devem também ser verificados como ligações por apoio para o estado limite último. Um parafuso sujeito a força de corte deve satisfazer:

\[ V_{sf}^* \le ϕ V_{sf} \]

onde:

• ϕ = 0.7 – fator de capacidade (Capítulo 3.5.5) editável na configuração normativa
• V_sf = μ N_ti k_h – capacidade de corte nominal de um parafuso
• μ = 0.35 – fator de deslizamento conforme especificado na Cláusula 9.2.3.2, editável na configuração normativa
• N_ti – tensão mínima de aperto do parafuso na instalação conforme especificado na Cláusula 15.2.2.2

• k _h – fator para diferentes tipos de furos, conforme especificado nas Cláusulas 9.2.3.1 e 14.3.2
  • k _h = 1 para furos normalizados (+2 mm para d _f ≤ 24 mm, +3 mm nos restantes casos)
  • k _h = 0.85 para furos oblongos curtos (comprimento do furo ≤ max(1.33 d _f, d _f + 10 mm)) e furos sobredimensionados
  • k _h = 0.70 para furos oblongos longos

O número de interfaces efetivas, n_ei, é sempre igual a 1, porque cada interface é verificada separadamente.

Os parafusos em ligações por atrito sujeitos a corte e tração combinados devem satisfazer:

\[ \left ( \frac{V_{sf}^*}{ϕ V_{sf}} \right ) + \left ( \frac{N_{tf}^*}{ϕ N_{tf}} \right ) \le 1.0 \]

onde:

• V_sf* – força de corte de cálculo no parafuso no plano das interfaces
• N_tf* – força de tração de cálculo no parafuso
• ϕ = 0.7 – fator de capacidade (Capítulo 3.5.5) editável na configuração normativa
• V_sf – capacidade de corte nominal do parafuso
• N_tf = N_ti – capacidade de tração nominal do parafuso igual à tensão mínima de aperto na instalação

As ligações por atrito devem também ser verificadas para o estado limite último. O tipo de parafuso deve ser alterado para apoio – interação tração/corte, as cargas devem ser aumentadas adequadamente e a ligação deve ser verificada novamente.