Secções ocas retangulares

Descrição

Neste capítulo, são verificadas pelo CBFEM juntas T, X e K com folga, uniplanares soldadas, de secções ocas retangulares e quadradas. A escora de secção oca quadrada (SHS) é soldada diretamente sobre um banzo RHS sem recurso a chapas de reforço. As juntas são carregadas por uma força axial. No CBFEM, a resistência de cálculo é limitada por 5 % de deformação ou por uma força correspondente a uma deformação da junta de 0,03b₀ e no FMM geralmente pela deformação fora do plano da chapa de 0,03b₀, onde b₀ é a altura do banzo RHS; ver Lu et al. (1994).

Método dos modos de rotura

No caso das juntas T, Y, X ou K com folga, carregadas axialmente, de secções ocas retangulares soldadas, podem ocorrer cinco modos de rotura. Estes são: rotura da face do banzo, plastificação do banzo, rotura da parede lateral do banzo, rotura da alma do banzo, rotura por corte do banzo, rotura por punçoamento e rotura da escora. Neste estudo, são analisadas a rotura da face do banzo, a rotura da escora e a rotura por punçoamento para juntas T, Y e X, e a rotura da face do banzo, a rotura por corte do banzo, a rotura da escora e a rotura por punçoamento para a junta K com folga; ver Fig. 7.2.1. As soldaduras dimensionadas de acordo com a EN 1993-1-8:2005 não constituem os componentes mais fracos da junta.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.1 Modos de rotura analisados: a) Rotura da face do banzo, b) Rotura por corte do banzo, c) Rotura da escora e d) Rotura por punçoamento}}}\]

Rotura da face do banzo

A resistência de cálculo da face do banzo RHS é determinada pelo modelo FMM na secção 9.5 da EN 1993‑1-8:2020. O método é também apresentado na ISO/FDIS 14346 e descrito em detalhe em Wardenier et al. (2010). A resistência de cálculo da junta T, Y ou X, carregada axialmente, de secções ocas retangulares soldadas é

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0^2}{\sin{\theta_i}} \left ( \frac{2 \eta}{(1-\beta) \sin{\theta_i}} + \frac{4}{\sqrt{1-\beta}} \right ) Q_f / \gamma_{M5} \]

A resistência de cálculo da junta K com folga, carregada axialmente, de secções ocas retangulares soldadas é

\[ N_{i,Rd} = 8.9 C_f \beta \gamma^{0.5} \frac{f_{y,0} t_0^2}{\sin{\theta_i}} Q_f / \gamma_{M5} \]

onde C_f é o fator de material, f_y0 é a tensão de cedência do banzo, t₀ é a espessura da parede do banzo, η é a relação entre a altura da escora e a largura do banzo, β é a relação entre a largura da escora e a largura do banzo, q_i é o ângulo entre o elemento de escora i e o banzo (i = 1, 2), Q_f é a função de tensão do banzo e γ é a relação de esbelteza do banzo.

Rotura da escora

A resistência de cálculo da face do banzo RHS pode ser determinada pelo método do modelo FMM na secção 9.5 da EN 1993-1-8:2020. A resistência de cálculo da junta T, Y ou X, carregada axialmente, de secções ocas retangulares soldadas é

\[ N_{i,Rd} = C_f f_{yi} t_i (2 h_i - 4 t_i + 2 b_{eff} ) / \gamma_{M5} \]

A resistência de cálculo da junta K com folga, carregada axialmente, de secções ocas retangulares soldadas é

\[ N_{i,Rd} = C_f f_{yi} t_i (2 h_i - 4 t_i + b_i + b_{eff} ) / \gamma_{M5} \]

onde C_f é o fator de material, f_yi é a tensão de cedência do elemento de escora i (i = 1, 2), t_i é a espessura da parede do elemento de escora i, h_i é a altura do elemento de escora i, b_i é a largura do elemento de escora i, b_eff é a largura efetiva do elemento de escora.

Punçoamento

A resistência de cálculo da junta T, Y ou X, carregada axialmente, de secções ocas retangulares soldadas é

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}} \left( \frac{2h_i}{\sin{\theta_i}} + 2b_{e,p} \right ) / \gamma_{M5} \]

A resistência de cálculo da junta K com folga, carregada axialmente, de secções ocas retangulares soldadas é

\[ N_{i,Rd} = C_f \frac{f_{y0} t_0}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}} \left( \frac{2h_i}{\sin{\theta_i}} + b_i+b_{e,p} \right ) / \gamma_{M5} \]

Onde C_f é o fator de material, f_y0 é a tensão de cedência do banzo, t₀ é a espessura da parede do banzo, q_i é o ângulo entre o elemento de escora i e o banzo (i = 1, 2), h_i é a altura do elemento de escora i, b_i é a largura do elemento de escora i e b_e,p é a largura efetiva para punçoamento.

Rotura por corte do banzo

A resistência de cálculo da junta K com folga, carregada axialmente, de secções ocas retangulares soldadas é

\[ N_{i,Rd} = \frac{f_{y0}A_{V,0,gap}}{\sqrt{3}\sin{\theta_i}}/\gamma_{M5} \]

onde f_y0 é a tensão de cedência do banzo, A_v,0,gap é a área efetiva para rotura por corte do banzo e q_i é o ângulo entre o elemento de escora i e o banzo (i = 1, 2).

Domínio de validade

O CBFEM foi verificado para juntas T, Y, X e K com folga típicas de secções ocas retangulares soldadas. O domínio de validade para estas juntas é definido na Tabela 9.2 da prEN 1993-1-8:2020; ver Tab. 7.2.1. O mesmo domínio de validade é aplicado ao modelo CBFEM. Fora do domínio de validade do FMM, deverá ser preparado um ensaio experimental para validação ou realizada uma verificação de acordo com um modelo de investigação validado.

Tab. 7.2.1 Domínio de validade para o método dos modos de rotura, Tabela 9.2 da EN 1993-1-8:2020

7.2.2 Junta T e Y-SHS uniplanar

Uma visão geral dos exemplos considerados é apresentada na Tab. 7.2.2. Os casos selecionados cobrem uma ampla gama de relações geométricas de juntas. A geometria das juntas com dimensões é apresentada na Fig. 7.2.2. As juntas selecionadas falharam, de acordo com o método baseado no FMM, por rotura da face do banzo ou rotura da escora.

Tab. 7.2.2 Visão geral dos exemplos

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.2 Dimensões da junta T}}}\]

Verificação da resistência

Os resultados do FMM são comparados com os resultados do CBFEM. A comparação incide sobre a resistência e o modo de rotura de cálculo. Os resultados são apresentados na Tab. 7.2.3.

Tab. 7.2.3 Comparação dos resultados das resistências de cálculo à tração/compressão previstas pelo CBFEM e pelo FMM

O estudo mostra uma boa concordância para os casos de carga aplicados. Os resultados são resumidos num diagrama que compara as resistências de cálculo do CBFEM e do FMM; ver Fig. 7.2.3. Os resultados mostram que a diferença entre os dois métodos de cálculo é em todos os casos inferior a 10 %.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.3 Verificação da resistência determinada pelo CBFEM em relação ao FMM para a junta T e Y-SHS uniplanar}}}\]

Exemplo de referência

Dados de entrada

Banzo

• Aço S355
• Secção SHS 200×200×6.3

Escora

• Aço S355
• Secção SHS 90×90×8.0
• Ângulo entre o elemento de escora e o banzo 90°

Soldadura

• Soldadura de topo

Dimensão da malha

• 16 elementos na maior alma do elemento oco retangular

Carregamento

• Por força na escora em compressão/tração

Resultados

• A resistência de cálculo à compressão/tração é N_Rd = 92,6 kN
• O modo de rotura de cálculo é a rotura da face do banzo

Junta X-SHS uniplanar

Uma visão geral dos exemplos considerados é apresentada na Tab. 7.2.4. Os casos selecionados cobrem uma ampla gama de relações geométricas de juntas. As juntas selecionadas falharam, de acordo com o método baseado no FMM, por rotura da face do banzo ou rotura da escora.

Tab. 7.2.4 Visão geral dos exemplos

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.4 Dimensões da junta X}}}\]

Verificação da resistência

Os resultados do método baseado nos modos de rotura (FMM) são comparados com os resultados do CBFEM. A comparação incide sobre a resistência e o modo de rotura de cálculo; ver Tab. 7.2.5.

Tab. 7.2.5 Comparação dos resultados da previsão da resistência pelo CBFEM e pelo FMM

O estudo mostra uma boa concordância para os casos de carga aplicados. Os resultados são resumidos num diagrama que compara as resistências de cálculo do CBFEM e do FMM; ver Fig. 7.2.4. Os resultados mostram que a diferença entre os dois métodos de cálculo é em todos os casos inferior a 13 %.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.5 Verificação da resistência determinada pelo CBFEM em relação ao FMM para a junta X-SHS uniplanar}}}\]

Exemplo de referência

Dados de entrada

Banzo

• Aço S355
• Secção SHS 200×200×6,3

Escoras

• Aço S355
• Secções SHS 140×140×12,5
• Ângulo entre os elementos de escora e o banzo 90°

Soldaduras

• Soldaduras de topo

Dimensão da malha

• 16 elementos na maior alma do elemento oco retangular

Carregamento

• Por força na escora em compressão/tração

Resultados

• A resistência de cálculo à compressão/tração é N_Rd = 152,4 kN
• O modo de rotura de cálculo é a rotura da face do banzo

7.2.4 Junta K-SHS uniplanar

Uma visão geral dos exemplos considerados é apresentada na Tab. 7.2.6. Os casos selecionados cobrem uma ampla gama de relações geométricas de juntas. As juntas selecionadas falharam, de acordo com o método baseado no FMM, por rotura da face do banzo ou rotura da escora.

Tab. 7.2.6 Visão geral dos exemplos

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.2.6 Dimensões da junta K}}}\]

Verificação

Os resultados do CBFEM são comparados com os resultados do FMM. A comparação incide sobre a resistência e o modo de rotura de cálculo. Os resultados são apresentados na Tab. 7.2.7.

Tab. 7.2.7 Comparação dos resultados da previsão das resistências pelo CBFEM e pelo FMM

O estudo mostra uma boa concordância para os casos de carga aplicados. Os resultados são resumidos num diagrama que compara as resistências de cálculo do CBFEM e do FMM; ver Fig. 7.2.5. Os resultados mostram que o CBFEM é conservativo em todos os casos em comparação com o FMM.

\[ \Fig. 7.2.7 Verificação da resistência determinada pelo CBFEM em relação ao FMM para a junta K-SHS uniplanar}}}\]

Exemplo de referência

Dados de entrada

Banzo

• Aço S355
• Secção SHS 180×180×10,0

Escoras

• Aço S355
• Secções SHS 70×70×3,0
• Ângulo entre os elementos de escora e o banzo 45°

Soldaduras

• Soldaduras de topo

Dimensão da malha

• 16 elementos na maior alma do elemento oco retangular

Carregamento

• Por força na escora em compressão/tração

Resultados

• A resistência de cálculo à compressão/tração é N_Rd = 257,5 kN
• O modo de rotura de cálculo é a rotura da face do banzo