Descrição
Neste capítulo, o método dos elementos finitos baseado em componentes (CBFEM) de uma soldadura de filete que liga uma chapa a um pilar de banzo não enrijecido é verificado pelo método das componentes (MC). A chapa de aço é ligada a pilares de secção aberta e de secção em caixão e carregada à tração.
Modelo analítico
A soldadura de filete é o único componente analisado no estudo. As soldaduras são dimensionadas de acordo com o Capítulo 4 da EN 1993-1-8:2005 para serem o componente mais fraco na junta. A resistência de cálculo da soldadura de filete é descrita na Secção 4.1. A força aplicada perpendicularmente a uma chapa flexível, soldada a uma secção não enrijecida, é limitada. As tensões concentram-se numa largura efetiva, enquanto a resistência da soldadura nas zonas não enrijecidas é desprezada, conforme ilustrado na Fig. 4.5.1. Para uma secção I ou H não enrijecida, a largura efetiva é obtida de acordo com:
A dimensão s é, para uma secção laminada e para uma secção soldada . Para uma secção em caixão ou em U, a largura efetiva deve ser obtida a partir de:
Onde:
- espessura de garganta da soldadura
- força normal atuante no elemento
- comprimento total efetivo das soldaduras
- fator de correlação retirado da Tabela 4.1 da EN 1993-1-8
- resistência última à tração nominal da parte mais fraca ligada
- coeficiente parcial de segurança para soldaduras

Modelo numérico
O componente de soldadura no CBFEM é descrito em Fundamentos teóricos gerais e em Fundamentos teóricos EN. O ramo plástico é atingido numa parte da soldadura e os picos de tensão são redistribuídos ao longo do comprimento da soldadura.
Verificação da resistência
A resistência de cálculo calculada pelo CBFEM é comparada com os resultados do MC. Apenas a resistência de cálculo da soldadura é comparada. A síntese dos exemplos considerados e dos materiais é apresentada no Tab. 4.5.1. A geometria das juntas com as respetivas dimensões é mostrada na Fig. 4.5.2.




Os resultados são apresentados no Tab. 4.5.2. O estudo é realizado para dois parâmetros: largura do banzo da secção HEB e espessura da alma da secção em caixão. A chapa flexível é carregada à tração. A influência da largura do banzo da secção HEB na resistência de cálculo da junta é mostrada na Fig. 4.5.3. A relação entre a espessura da alma da secção em caixão e a resistência de cálculo da junta é mostrada na Fig. 4.5.4.

Os resultados do CBFEM e do MC são comparados num estudo de sensibilidade. A influência da largura do banzo da secção HEB na resistência de cálculo da junta é estudada na Fig. 4.5.3. A influência da espessura da alma da secção em caixão na resistência de cálculo da junta é apresentada na Fig. 4.5.4. Os estudos paramétricos mostram uma muito boa concordância dos resultados para todas as configurações de soldadura.


Os resultados do estudo de sensibilidade são resumidos num diagrama que compara as resistências de cálculo do CBFEM e do MC; ver Fig. 4.5.5, que ilustra a precisão do modelo CBFEM.


A influência da espessura da chapa na resistência de cálculo da soldadura é mostrada na Fig. 4.5.6. A secção transversal do pilar é HEB 180 com uma espessura de banzo de 14 mm. Uma soldadura que liga uma chapa mais espessa do que o banzo do pilar apresenta a mesma resistência para o MC e para o CBFEM. Por outro lado, a soldadura que liga a chapa ao banzo do pilar de espessura igual ou inferior apresenta, nos modelos numéricos, uma resistência de cálculo inferior em 20%. A espessura da chapa não é tida em conta nos modelos numéricos com elementos de casca, o que origina esta diferença.

Exemplo de referência
Dados de entrada
Pilar
• Aço S235
• RHS 200/200/5
Chapa flexível
• Aço S235
• Espessura tp = 17 mm
• Largura bp = 190 mm
Soldadura, soldaduras de filete duplas ver Fig. 4.5.7
• Espessura de garganta aw = 5 mm
Resultados
• Resistência de cálculo à tração NRd = 68 kN

