Encurvadura por empenamento de elementos – Carga no centro de corte
Descrição do modelo de análise
Com a inclusão dos elementos condensados no modelo de análise, os elementos tornaram-se muito mais longos. Na versão 20.1 e anteriores do IDEA StatiCa Connection, os elementos tinham, por defeito, um comprimento de 1,5×h para secções abertas e 2×h para secções fechadas. As extremidades dos elementos constituídos por elementos de casca eram enrijecidas por ligações, através das quais a carga é aplicada. Estas ligações tornam a extremidade do elemento rígida ao empenamento.
Na versão 21.0 e superiores do IDEA StatiCa Connection, os elementos condensados são adicionados após as partes dos elementos constituídas por elementos de casca. O elemento condensado tem as mesmas propriedades que se fosse composto por elementos de casca com propriedades de material elástico. O comprimento do elemento condensado é de 4×h para o tipo de análise tensão-deformação. As cargas são aplicadas na extremidade dos elementos condensados, pelo que as ligações são muito menos afetadas pelo enrijecimento. O modelo é mais eficiente e permite reduzir o comprimento padrão dos elementos constituídos por elementos de casca para 1,25×h, tanto para secções abertas como fechadas.
Leia mais sobre este tema no artigo Condensed superelements - invisible but essential.
Isto significa que os comprimentos dos elementos com as definições padrão aumentaram de 1,5×h para 5,25×h e de 2×h para 5,25×h, para secções abertas e fechadas, respetivamente. O empenamento desenvolve-se ao longo do comprimento do elemento, de acordo com a teoria de Vlasov, e o momento de empenamento não aumenta linearmente, mas sim de forma exponencial.
Assim, nas versões anteriores (20.1 e inferiores), o momento de empenamento tinha um efeito reduzido, mas agora pode ser muito relevante; é agora cerca de 6,5× superior se o empenamento estiver restringido na ligação. Naturalmente, a utilização das chapas, parafusos e soldaduras também aumenta.
Note-se que o momento de empenamento depende do comprimento do elemento, do ponto de aplicação da carga, das condições de fronteira em ambas as extremidades, ou de apoios intermédios ou enrijecedores. Por isso, o utilizador deve ter em conta que o momento de empenamento ainda é impreciso. Apenas agora o elemento é mais longo, pelo que está mais próximo da magnitude real, caso a torção possa ser justificada.
O elemento está realmente a empenar?
A questão essencial é se a torção e o empenamento de um elemento são realmente possíveis. Frequentemente, o banzo superior do elemento é travado por uma laje que restringe eficazmente qualquer torção do elemento. Nesse caso, a torção e o empenamento podem ser desprezados, e não é necessário dimensionar este elemento e a sua ligação para estas forças.
Se os banzos superiores destas asnas estiverem realmente restringidos contra o movimento lateral, este modo de rotura não é relevante e os esforços internos devem ser modificados em conformidade.
Como eliminar o momento torsor indesejado?
Existem duas formas de desprezar o momento torsor na aplicação Connection.
Vejamos cada opção individualmente.
Cálculo do momento torsor equivalente
Todos os elementos são carregados através do seu centro de gravidade. Para secções transversais duplamente simétricas (por exemplo, secções I, H, RHS, CHS), o centro de gravidade coincide com o centro de corte. Se a carga passar pelo centro de corte, a força de corte não provoca qualquer torção adicional.
No entanto, para outros elementos com apenas um ou nenhum eixo de simetria, a posição do centro de corte está deslocada em relação ao centro de gravidade. A carga de corte é aplicada através do centro de gravidade, gerando-se um momento torsor. Este momento torsor é igual à força de corte multiplicada pela distância entre o centro de gravidade e o centro de corte.
Se um engenheiro assumir que o elemento não pode rodar, este momento torsor deve ser equilibrado por um momento torsor oposto nos efeitos das ações aplicadas. Tenha em atenção que este momento torsor de equilíbrio será apresentado nas forças não equilibradas quando se utiliza a opção Cargas em Equilíbrio.
Vejamos agora um exemplo prático.
Temos uma ligação com uma viga em forma de U. Consulte a secção transversal, as suas características e as cargas na imagem abaixo.
Por exemplo, esta viga torce e apresenta uma tendência de tensão e deformação irrealista, afetando as verificações normativas. Na realidade, a viga está impedida de torcer ao longo de todo o seu comprimento, pelo que não deveria existir tal efeito.
Para corrigir o modelo, é necessário calcular um momento torsor contrário equivalente M'x e adicioná-lo aos efeitos das ações para este elemento. Neste exemplo, para LE1, o momento M'x = Vz * y0 = 1502 * 0,113 = 170 kNm tem de ser adicionado.
Tenha em atenção que a decisão de equilibrar ou não a torção é da responsabilidade do engenheiro. Existem cláusulas nas normas ou publicações que podem ajudar.
Operação de restrição lateral-torcional
A outra forma de estabilizar um elemento é utilizar a operação de restrição lateral-torcional.
Para saber mais sobre esta funcionalidade, consulte os seguintes artigos: