Ligação com cantoneira de ligação dupla

Tipo de ligação: Ligação com cantoneira de ligação dupla

Sistema de unidades: Métrico

Dimensionado de acordo com: AS 4100

Investigado: Parafusos, metal de base

Material da chapa: Grau 300

Parafusos: M20 Grau 8.8

Exemplo retirado de: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Capítulo 9.4.1.1

Geometria

A viga UB 406×178×60 é ligada ao pilar UC 254×254×89 por duas cantoneiras L100×6.

São selecionados parafusos M20 grau 8.8 com espaçamento de 70 mm.

Ação aplicada

A viga é carregada por uma força de corte de 190 kN. Para ser conservador, no dimensionamento dos parafusos na alma da viga, a força de corte deve ser considerada na posição da face do pilar, de modo que o grupo de parafusos seja também carregado por momento fletor – selecionar forças na posição 130 mm. Para o dimensionamento das cantoneiras e do grupo de parafusos na face do pilar, a força de corte deve ser aplicada na posição do centro de gravidade dos parafusos na alma da viga – selecionar forças nos parafusos.

Comparação entre o cálculo manual e o IDEA StatiCa

Os resultados de B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Capítulo 9.4.1.1 são utilizados como cálculo manual.

Ligação da alma da viga

O grupo de parafusos é carregado pela força de corte de 190 kN e pelo momento fletor resultante da distância entre a carga aplicada na face do pilar e o centro de gravidade do grupo de parafusos na alma da viga, 190 kN × 65 mm = 12,35 kNm. A força máxima no parafuso foi calculada como 71,1 kN. Os resultados do IDEA estão na figura abaixo. As setas mostram a reação da chapa sobre a força no parafuso.

A força máxima está no parafuso B4; cada plano de corte transfere 36,3 kN, ou seja, o parafuso completo transfere 2 × 36,3 = 72,6 kN, o que coincide estreitamente com o cálculo manual.

As resistências dos parafusos utilizam as fórmulas da norma AS 4100, pelo que coincidem perfeitamente, por exemplo, a verificação da resistência ao corte do parafuso (cada plano de corte é verificado separadamente):

As resistências ao rasgamento no cálculo manual decompõem a força de corte em componentes nas direções diretamente orientadas para a extremidade da chapa. Por outro lado, o IDEA StatiCa utiliza a direção do vetor na fórmula. Apenas a verificação mais condicionante é apresentada para cada parafuso.

Os parafusos no IDEA StatiCa são também carregados por pequenas forças de tração devido à deformação das chapas. Estas forças são desprezadas no cálculo manual.

Ligação ao banzo do pilar

Para a verificação dos parafusos no banzo do pilar, a força é aplicada no centro de gravidade dos parafusos na alma da viga. Os parafusos são carregados por uma força de tração significativa, que é também condicionante para a deformação das cantoneiras. A deformação plástica é apresentada na figura abaixo. A deformação plástica limite é de 5 % de acordo com a norma europeia EN 1993-1-5.

A força de tração máxima está na fila superior de parafusos, B8 e B12. Note-se a diminuição das forças de corte nos parafusos B1–B4, que são carregados apenas pela força de corte e sem momento fletor. As forças de corte nos parafusos B5–B12 são superiores às do cálculo manual: V_f* = 190 / 8 = 23,75 kN. Esta diferença é causada pela deformação significativa das cantoneiras, que também provoca a inclinação das forças de corte.

Resistência de cálculo da junta

A reserva de resistência à carga pode ser observada pelo tipo de análise de resistência de cálculo da junta. Devido à plastificação das cantoneiras, a reserva é reduzida. A junta entraria em colapso para um fator de carga de 103,4 %, ou seja, força de corte V_f* = 196,5 kN.

Rigidez

A rigidez da ligação pode ser determinada definindo o tipo de análise como "Rigidez", definindo a viga como o elemento analisado e definindo o "Comprimento teórico" correto do elemento analisado (normalmente o vão da viga, de eixo a eixo dos pilares). O programa calcula a rigidez secante para a carga definida e a rigidez inicial a 2/3 M_j,Rd, até à qual o diagrama momento–rotação é assumido como linear. A junta é classificada de acordo com a rigidez inicial S_j,ini.

Conclusão

O IDEA StatiCa Connection fornece resultados semelhantes aos do cálculo manual. Requer julgamento de engenharia na determinação da posição da carga de corte, mas todas as verificações são realizadas de forma rápida e automática. As forças nos parafusos são influenciadas pela deformação das chapas e a diferença pode ser significativa se as chapas estiverem a plastificar. As forças que atuam nos componentes são, por esta razão, geralmente superiores às do cálculo manual com a hipótese de pequenas deformações.