Como definir a posição correta da carga (Forças em)

Rótula real vs rótula teórica

Para garantir que o modelo de cálculo é consistente com a forma real e o comportamento estático da ligação, é necessário considerar o diagrama do momento fletor e a localização da força de corte na ligação. Utilizaremos um exemplo simples de uma viga horizontal ligada a um pilar para mostrar as diferenças na modelação de ligações com momento e ligações articuladas.

Ligação com momento

Esta é a forma "real" esquemática da ligação com momento (esquerda) e o seu modelo estrutural utilizado para a análise (direita).

No separador Efeitos de Carga no IDEA StatiCa Connection, definimos as forças que cada elemento da ligação aplica no nó (normalmente o centro da ligação, a interseção dos eixos dos elementos). A tabela na figura acima mostra também as forças que o elemento horizontal B aplica no pilar.  Os diagramas das forças internas no elemento horizontal são os seguintes.

Os momentos fletores ao longo dos elementos são simplificados como lineares no IDEA StatiCa Connection. No início do elemento ligado, é aplicado o momento fletor especificado e o momento evolui a partir do nó como uma função linear cuja inclinação é definida pela força de corte especificada.

Veja o vídeo que aborda a distribuição do momento fletor e outras informações importantes.

Ligação articulada

No caso de uma ligação articulada, o momento fletor na ligação é nulo. Os diagramas do momento fletor e da força de corte no elemento horizontal ligado por rótula são apresentados na figura seguinte. A força de corte V_z= -40 kN e o momento fletor nulo M_y devem ser especificados para induzir as forças internas correspondentes na aplicação Connection. Neste caso, dizemos que a posição da força de corte (e, portanto, a localização do momento fletor nulo) está no nó (centro da ligação).

A figura acima corresponde à situação teórica, em que a localização da junta está diretamente no nó (centro da ligação). É assim que a ligação articulada é normalmente modelada num modelo de análise global. No entanto, numa estrutura real, o ponto de rotação (rótula) está deslocado do centro da junta (nó). Considere, por exemplo, uma ligação viga-pilar aparafusada ao corte com uma chapa de alma vertical, onde a junta pode ser assumida como estando no centroide do grupo de parafusos.

Como se pode observar na figura seguinte, se a posição real da junta não for tida em conta no modelo, existe um momento fletor não nulo na localização da rótula real (esquerda na figura). Este é um erro evidente. A forma de evitar isto é ajustar a posição da força de corte (e, portanto, a localização do momento fletor nulo) no elemento ligado (à direita).

Definição da posição das forças

Na aplicação, a posição da força de corte pode ser definida na secção Modelo do elemento em causa. A diferença entre estes dois casos é apresentada aqui: 

Esquerda: Forças no Nó   Direita: Forças nos Parafusos

Na situação à esquerda, existe um momento fletor no ponto da rótula que provoca a rotação do elemento para cima. Este momento (originado pela força de corte que cresce linearmente a partir do ponto do nó) induz o comportamento incorreto do elemento horizontal. 

Podemos facilmente corrigir a configuração movendo a força de corte para atuar na posição da rótula. Nesse caso (figura da direita), a viga horizontal deflecte conforme esperado.

A terceira opção é Forças na Posição. Para algumas operações, especialmente quando se cria uma ligação como uma montagem de operações mais básicas (por exemplo, chapa de enrijecimento, corte, grelha de parafusos), a função Forças nos Parafusos não tem qualquer efeito e não existe deslocamento do momento fletor nulo para a rótula assumida.

Por isso, deve ser escolhido o método Forças na Posição e introduzida a distância X adequada.

Desde a versão 23.1, adicionámos uma opção para definir a posição da força de corte na face do elemento. Leia o artigo correspondente para saber mais sobre a introdução e visualização da posição da força de corte.

As ligações articuladas são frequentemente designadas por ligações ao corte. Deve salientar-se que a posição da força de corte pode variar de um tipo de ligação ao corte para outro e não se pode assumir universalmente que o momento fletor nulo está no centro de gravidade do grupo de parafusos. O artigo Quando a ligação ao corte transmite o momento fletor discute as diferenças entre os tipos individuais de ligações ao corte com maior detalhe.

Gravação de webinar

Veja as gravações dos nossos webinars anteriores onde é discutida a posição da força de corte. 

A posição das forças internas nodais que obtemos de um modelo estrutural pode ser deslocada da origem por excentricidades. Este efeito subestima as forças internas que atuam na ligação. Vejamos como alterar a posição das forças internas diretamente na operação e evitar resultados incorretos.

Transferências Anexadas

• How to define correct load position (Forces in) (1).ideaCon (IDEACON, 38 kB)