Será que a AISC permite a utilização do Método dos Elementos Finitos para o dimensionamento de ligações?
A análise por elementos finitos em geral, e a análise por elementos finitos não linear em particular, são reconhecidas como métodos viáveis na investigação há muitos anos. Contribuíram para o desenvolvimento das equações e disposições normativas que os engenheiros utilizam. Além disso, a análise por elementos finitos não linear tem sido amplamente utilizada na prática nos EUA e em todo o mundo para resolver problemas de engenharia, desde os mais simples aos mais complexos.
Os códigos e normas dos EUA, incluindo ACI, AISC, TMS, NDS e outros, incluem cláusulas que permitem a utilização da análise por elementos finitos não linear para elementos estruturais e ligações não abrangidos pelos códigos, que são tipicamente complexos. Se os códigos permitem a utilização deste método para problemas complexos, então pode igualmente resolver problemas simples que recorrem a hipóteses simplificadoras. A investigação demonstrou que os estados limite de dimensionamento de elementos e ligações podem ser capturados pela análise por elementos finitos. Seguem-se algumas das referências listadas em várias secções do manual AISC.
O comentário da AISC 360 indica em vários locais a possibilidade de utilizar a análise por elementos finitos e a análise por elementos finitos não linear, tais como:
- "As disposições permitem também a utilização de análise computacional (por exemplo, o Método dos Elementos Finitos) em substituição das equações da Especificação utilizadas para avaliar os estados limite abrangidos pelos Capítulos D a H, J e K" na secção de Comentário: Apêndice 1, Comm 1.1 página 573, da 16.ª edição do manual AISC.
- "Qualquer método de dimensionamento baseado em análise inelástica e que satisfaça os requisitos gerais estabelecidos é permitido. Estes métodos podem incluir a utilização de análises por elementos finitos não lineares (Crisfield, 1991; Bathe, 1995) baseadas em elementos de contínuo para dimensionar um único componente estrutural, como uma ligação, ou a utilização de análises de pórtico inelástico de segunda ordem (Clarke et al., 1992; McGuire et al., 2000) para dimensionar um sistema estrutural constituído por vigas, pilares e ligações." Em Comm 1.3 16.1-582 da 16.ª edição do manual AISC.
- "Quando as ligações a modelar não se enquadram no âmbito das bases de dados, pode ser possível determinar as características de resposta a partir de ensaios, modelação simples de componentes ou estudos por elementos finitos (FEMA, 1995)." Em B3. Comentário, página 16.1-322 da 16.ª edição do manual AISC.
- "Quando o engenheiro de dimensionamento se depara com vigas que não possuem eixo de simetria ou qualquer outra secção para a qual não existam disposições nas outras secções do Capítulo F, as tensões devem ser limitadas pela tensão de cedência ou pela tensão de encurvadura elástica. A distribuição de tensões e/ou a tensão de encurvadura elástica devem ser determinadas a partir de princípios de mecânica estrutural, manuais técnicos ou de referência, como o Guia SSRC (Ziemian, 2010), artigos em revistas científicas, ou análises por elementos finitos. Em alternativa, o projetista pode evitar o problema selecionando secções transversais entre as muitas opções indicadas nas secções anteriores do Capítulo F." em Comm. F12 16.1-393 da 16.ª edição do manual AISC.
- "Para comprimentos de soldadura superiores a 100 vezes a dimensão da soldadura, o comprimento efetivo deve ser considerado inferior ao comprimento real. O fator de redução, indicado na Secção J2.2b, é equivalente ao da CEN (2005), que constitui uma aproximação simplificada de fórmulas exponenciais desenvolvidas através de estudos por elementos finitos e ensaios realizados na Europa ao longo de muitos anos." Em Comm J2. página 16.1-484 da 16.ª edição do manual AISC.
O Guia de Dimensionamento AISC 1 — Dimensionamento de ligações de base para estruturas de aço, terceira edição, contém dois novos apêndices (Apêndices C e D) que fornecem métodos para a representação de ligações de base de pilares na análise de pórticos e orientações de dimensionamento relativas à sua simulação por análise de elementos finitos.
- Apêndice D — Orientações para a Utilização da Análise por Elementos Finitos na Análise e Dimensionamento de Placas de Base, com Foco em Detalhes de Ligações de Base de Pilares Expostos
O Guia de Dimensionamento AISC 24 — Ligações de Secções Estruturais Ocas, terceira edição, cita:
- "O Comentário ao Capítulo K da Especificação AISC cita a análise por elementos finitos (EF) inelástica como uma ferramenta para o dimensionamento além dos limites de aplicabilidade para engenheiros experientes, e esta opção é permitida pelo Apêndice 1 da Especificação AISC. Tanto as ligações soldadas como as aparafusadas podem ser dimensionadas por métodos de EF, sendo a análise elástica suficiente para o dimensionamento à fadiga, mas a análise inelástica geralmente necessária para capturar o estado limite último. Quaisquer limitações do software escolhido devem ser sempre verificadas para garantir que o software tem capacidade para investigar e capturar adequadamente o estado limite em análise. Tal pode implicar a confirmação da análise não linear, dos critérios de rotura, do número suficiente de nós e elementos permitidos, dos tipos de elementos na biblioteca, entre outros." no Capítulo 2.13, pág. 41.
- "Neste caso, a técnica de modelação por EF e os parâmetros de malha e de material escolhidos devem ser verificados em relação a algumas análises por EF da literatura de investigação ou de casos de referência compilados (que por sua vez foram validados), como por Wald et al. (2017)." no Capítulo 2.13, pág. 41.
Os engenheiros estruturais e os projetistas de ligações podem utilizar um conjunto de ferramentas para realizar o seu trabalho — dimensionar ligações de aço de forma segura, precisa e eficiente, de acordo com a AISC. O IDEA StatiCa, com a sua solução de Método dos Elementos Finitos única e testada, faz parte deste conjunto de ferramentas. Saiba mais sobre o método no nosso Enquadramento Teórico e no extenso conjunto de verificações.