Força de alavanca e força de tração elevada nos parafusos

Por que razão a força de tração num parafuso é superior ao esperado por um cálculo manual? Por que razão existem forças de tração nos parafusos numa ligação com chapa de alma? Por que razão as forças de tração nos parafusos são por vezes diferentes para cada classe de parafuso?

A resposta comum é o modelo CBFEM utilizado nas aplicações IDEA StatiCa. A deformação das chapas e de outras partes é calculada como parte da análise de elementos finitos, e assim as forças de alavanca entram em ação. As forças de alavanca são as cargas adicionais também introduzidas nos parafusos. Leia mais sobre forças de alavanca numa publicação dedicada.

Como resultado das forças de alavanca, as forças de tração resultantes nos parafusos podem variar bastante dependendo do dimensionamento da ligação, da resistência das partes da ligação e dos efeitos das ações aplicadas.

Forças de tração nos parafusos de uma ligação com chapa de alma

Na maioria dos casos, as chapas de alma utilizam uma única chapa para ligar o elemento. A consequência disto é que se aplica uma pequena excentricidade à ligação. Esta excentricidade irá causar forças de alavanca adicionais nas chapas, o que induz tração nos parafusos.

Se for utilizada uma chapa de alma dupla e a ligação for simétrica, as únicas forças de tração nos parafusos surgem devido à deformação das chapas de alma, pois com as deformações é produzida uma excentricidade adicional.

Forças de tração mais elevadas nos parafusos de uma ligação com placa de extremidade

Quanto mais fina for a placa de extremidade, maior será a sua deformação sob os efeitos das ações aplicadas. Isto acrescenta o efeito de alavanca e forças de tração adicionais são aplicadas aos parafusos. Se a placa de extremidade for espessa e, portanto, suficientemente rígida, as forças de alavanca são eliminadas. Veja este efeito demonstrado num exemplo simples:

a) Placa de extremidade - espessura 10 mm, força de tração aplicada 200 kN

Força de tração resultante em 4 parafusos: 61,5 x 4 = 246 kN

b) Placa de extremidade - espessura 40 mm, força de tração aplicada 200 kN

Força de tração resultante em 4 parafusos: 49,9 x 4 = 200 kN

Forças de tração diferentes nos parafusos por classe de parafuso

Cada classe de parafuso tem um diagrama de trabalho diferente e valores diferentes de tensão de cedência. Numa ligação com placa de extremidade entre duas vigas carregadas por um momento fletor, é demonstrada a comparação de três classes diferentes de parafusos (8.8, 10.9 e 5.6) de um parafuso M20.

Para efeitos de ações relativamente baixos, as forças de tração resultantes nos parafusos para cada classe apresentam valores semelhantes.

Mas para efeitos de ações que resultam numa elevada utilização dos parafusos (e plastificação nos parafusos), a força de tração varia consoante a classe do parafuso. Quanto maior a classe do parafuso, maior a força de tração resultante.

Para mais informações, consulte o enquadramento teórico e a gravação em vídeo.