Rigidez da ligação e a sua utilização na análise global

O diagrama momento-rotação é um dos resultados da aplicação Connection do IDEA. Fornece um comportamento bastante preciso de uma junta particular para um carregamento estático particular. Mas o que acontece se existirem diferentes tipos de carregamento? Se este carregamento for excedido e ocorrerem deformações plásticas significativas? Se existirem tolerâncias de fabrico relativamente elevadas?

Classificação

O mais importante é o efeito sobre:

1. Forças internas na estrutura, tanto nos elementos como nas juntas (estado limite último)
2. Deformações (estado limite de serviço)

O Eurocódigo EN 1993-1-8:2005 aborda esta questão no Capítulo 5. As juntas viga-pilar são classificadas de acordo com a rigidez inicial como:

• Articuladas - a junta não transmite quaisquer momentos fletores
• Semi-rígidas - a junta transmite alguns momentos fletores e o seu comportamento necessita de ser tido em conta na análise global
• Rígidas - a junta não tem efeito na análise, os elementos estão rigidamente ligados entre si

Poderá ter notado que a norma não menciona juntas em consola. Tal deve-se ao facto de a classificação não ser importante. A junta em consola deve sempre transmitir o momento fletor total.

Juntas na análise global

Nenhuma junta é idealmente articulada ou rígida, mas os limites de classificação da Cl. 5.2.2.5 foram concebidos para limitar o erro a:

• 5% para forças internas 
• 20% para deformações

Este possível erro é apresentado na figura seguinte com o exemplo de uma viga ligada a um pilar em ambas as extremidades. A curva azul mostra o momento fletor nas juntas e a curva vermelha o momento fletor a meio vão da viga. As forças internas praticamente não se alteram nas regiões articulada e rígida, mas variam rapidamente na região semi-rígida. Note também a escala logarítmica para a rigidez à flexão. Isto significa que a rigidez pode variar até 100 vezes e terá um efeito muito reduzido se a junta permanecer na região rígida ou articulada.

Tudo isto significa que podemos utilizar uma junta rígida ou articulada na análise global sem nos preocuparmos com a sua rigidez real.

Mas o que fazer para juntas semi-rígidas?

O IDEA StatiCa apresenta o comportamento da junta como se fosse nova e carregada apenas uma vez com um caso de carga particular. Mas existem muitas incertezas. A junta pode ter sofrido algumas deformações plásticas no passado, pode estar enferrujada e os trabalhadores podem ter utilizado métodos inadequados para montar a junta e eliminar as tolerâncias de fabrico. Para juntas semi-rígidas, a rigidez inicial é utilizada na análise global apenas se M_j,Ed nunca exceder 2/3 M_j,Rd durante toda a vida útil da estrutura. Isso raramente acontece, mas pode ser o primeiro passo para determinar M_j,Ed. Se o momento fletor de cálculo exceder 2/3 M_j,Rd em qualquer caso de carga, a rigidez inicial reduzida pelo fator \(\eta\) da Tabela 5.2 deve ser utilizada na análise global:

Resumo

Na maioria dos casos, a rigidez inicial (não a rigidez secante) obtida como resultado do IDEA StatiCa Connection deve ser utilizada na análise global. A rigidez inicial assumida a 2/3 M_j,Rd é utilizada para a classificação da junta.

• Juntas rígidas - manter os elementos unidos no nó
• Juntas articuladas - adicionar uma rótula perfeita
• Juntas semi-rígidas:
  • M_j,Ed < 2/3 M_j,Rd - utilizar S_j,ini
  • M_j,Ed > 2/3 M_j,Rd - utilizar S_j,ini / \(\eta\)

Transferências Anexadas

• 0035_Joint stiffness and its influence on design of steel structural elements EN 3.pdf (PDF, 489 kB)