aula iii estruturas metálicas dimensionamento de ligaÇÕes
TRANSCRIPT
Aula III
Estruturas Metálicas
DIMENSIONAMENTO DE LIGAÇÕES
Apresentação da aula
1.Dimensionamento de ligações soldadas
2. Dimensionamento de ligações parafusadas
3. Dimensionamento de ligações parafusadas de alta resistência
Bibliografia
• ABNT NBR 8800/1986 – Dimensionamento de barras de aço. ABNT: Rio de Janeiro , RJ. 1986
• Queiroz, G. Dimensionamento de barras de aço. UFMG: Belo Horizonte, MG. 1986
• AÇOMINAS/USIMINAS. Coletânia técnica do uso do aço / O aço na construção.
• Matos Dias, L. A . Estruturas de aço: conceitos, técnicas e linguagem. Zigurate Ed. S. Paulo.1998.
• Andrade, P. B. Curso básico de estruturas de aço. IEA Ed. BH/MG. 1994.
AplicaçõesLigações de barras solicitadas a esforços normais
Ligações flexíveis em extremidades de vigas
Ligações rígidas
Ligações rígidas
Emendas
Bases flexíveis
Barras rígidas
Critérios de resistência(NBR 8800 – item 7.1.4)
barras tracionadas ou comprimidas
1. Rc > 40 kN
2. Rc > Nd
Rc > 50% Rcbarra
Disposições construtivas(NBR 8800 – itens 7.1.1 a 7.1.13)
- Grupos de solda ou de parafusos com centro de gravidade sobre o eixo que passa pelo centro de gravidade das barras;
- Cantoneiras submetidas a solicitações normais têm desprezadas as excentricidades para solicitações estáticas;
- Nos pontos de apoio, vigas e treliças devem ser impedidas de girar em torno de seu eixo longitudinal (vínculo de garfo)
1. Ligações soldadas(NBR 8800 – item 7.2)
•Definições
Solda de entalhe
Solda de filete
• Definições
• SOLDA DE FILETE
• SOLDA DE ENTALHE
- penetração totaltipo 1
- penetração parcialtipos 2 a 9
Características geométricas:(NBR 8800 – item 7.2.2)
Aw – Área efetiva de solda
lw – Comprimento efetivo de solda
dw – Garganta efetiva de solda
Aw= lw. dw
AMB – Área efetiva do metal base
lw – Comprimento efetivo de solda
b1, b2 - Perna do cordão de solda
AMB= lw. b
Resistências do metal solda à tração
fw = 415 MPa metal solda E60XX
fw = 485 MPa metal solda E70XX
Resistências do metal base à tração
fy = tensão de escoamento do metal base dos elementos estruturais adjacentes à ligação
Tração / Compressão
Rn = Aw . fy = 0,90
Cisalhamento (soma vetorial)
Rn = 0,6.Aw . fy = 0,90 (metal base)
Rn = 0,6.Aw . fw = 0,75 (metal solda)
1.1. Solda de Entalhe
Resistência de Cálculo - Rn
(NBR 8800 – item 7.2.5 – tabela 8)
Tração / Compressão paralelas ao eixo da solda
Rn = Aw . fy = 0,90
Cisalhamento (soma vetorial)
Rn = 0,6.AMB . fy = 0,90 (metal base)
Rn = 0,6.Aw . fw = 0,75 (metal solda)
1.2. Solda de Filete
Exemplo NuméricoDimensionar a ligação soldada da figura:
Solda de filete E60XX, cantoneiras aço MR250
a) Resistência da barra (Ct = 0,75)
Nc = 0,9. Ag.fy = 0,9.36,9.25 = 830 kN
Nc = 0,75. Ct .Ag.fy = 0,75.0,75.36,9.40 = 830 kN
b) Resistência da solda
espessura da solda
tmax = 12,5 mm (chapa de extremidade)
tmin = 9,5 mm (aba da cantoneira)
d > 5,0 mm
comprimento da solda
(diferentes para dar equilíbrio à ligação devido à sua excentricidade em relação ao eixo do c.g. da barra)
21
2
1
.397,0
29102
29
metal base:
AMB= 0,5.(1+0,397)l2 .2= 1,397. l2
Nc = 0,9. 0,6.AMB.fy = 0,9.0,6.1,397. l2 .25 = 830 kN
l2 = 44,0 cm - l1 = 17,5 cm > 1,5 .10,2
l = 61,50 cm
metal solda:
Aw= 0,707.0,5.(1+0,397)l2 .2=0,987. l2
Nc = 0,75. 0,6.Aw.fw = 0,75.0,6.0,987. l2 .41,5 = 830 kN
l2 = 45,0 cm - l1 = 17,9 cm
l = 62,90 cm
Utilizando a máxima espessura de solda:
bmax = tcant – 1,5 mm = 9,5 –1,5 = 8,0 mm
metal base:
AMB= 0,8.(1+0,397)l2 .2 = 2,235. l2
Nc = 0,9. 0,6.AMB.fy = 0,9.0,6.2,235. l2 .25 = 830 kN
l2 = 27,5 cm - l1 = 10,9 cm < 1,5 .10,2 = 15,3 cm
l = 42,80 cm
metal solda:
Aw= 0,707.0,8.(1+0,397)l2 .2 = 1,58. l2
Nc = 0,75. 0,6.Aw.fw = 0,75.0,6.1,58. l2 .41,5 = 830 kN
l2 = 28,1 cm - l1 = 11,2 cm < 1,5 .10,2 = 15,3 cm l = 43,40 cm
2. Ligações parafusadas(NBR 8800 – item 7.2)
•Definições
Tipo de ligação
Ligação por contato
Ligação por atrito
Solicitação nos meios de ligação
Tração no parafuso
Cisalhamento no parafuso
Características geométricas:
(NBR 8800 – item 7.3.1)
Ar – Área efetiva à tração do parafuso
Ap – Área bruta, relativa ao diâmetro nominal do parafuso
Ab – Área efetiva para pressão de contato, relativa ao diâmetro nominal do parafuso multiplicado pela espessura da chapa adjacente
Ab= d.tchapa
d – Diâmetro nominal do parafuso
• Solicitação no elemento de ligação
Tração no parafuso
Cisalhamento no parafuso
Resistências do metal do parafuso à tração (anexo A)
fu = 415 MPa parafusos comuns ASTM A307
fu = 825 MPa parafusos alta resistência
ASTM A325
fu = 1035 MPa parafusos alta resistência
ASTM A490
Tração
Rnt = 0,75.Ap. fu d > 12 mm
Rnt = 0,95.Ar. fu d > 25 mm
t = 0,75 (ASTM A325 e A490)
t = 0,65 (ASTM A307 e barras)
Resistência de Cálculo - Rn
(NBR 8800 – item 7.3.2)
Cisalhamento
ASTM A325 e A490 com plano de corte pela rosca; demais parafusos e barras
Rnv = 0,42.Ap. fu
ASTM A325 e A490 com plano de corte fora da rosca
Rnv = 0,60.Ap. fu
v = 0,65 (ASTM A325 e A490)
v = 0,60 (ASTM A307 e barras)
Pressão de contato parafuso / parede de furos
Rn = α.Ab. fu = 0,75
para esmagamento sem rasgamento
α = 3,0
para rasgamento entre furos consecutivos, distantes de s, na direção do esforço
α = (s/d)-η1 < 3,0
para rasgamento entre furos e borda distante de e do centro do furo
α = (e/d)-η2 < 3,0
Combinação tração / cisalhamento(item 7.3.2.5 - tabela 14)
Parafusos ASTM A307
t Rnt < 0,64.Ap. fu – 1,93.Vd
Parafusos ASTM A325 e A490
t Rnt < 0,69.Ap. fu – 1,93.Vd (plano de corte na rosca)
t Rnt < 0,69.Ap. fu – 1,50.Vd (plano de corte fora da rosca)
Colapso por rasgamento
Verificação do elemento de ligação (chapas)
Áreas efetivas resistentes
Av – área de cisalhamento
At – área sujeita a tensões normais
Resistência de Cálculo - Rn
(NBR 8800 – item 7.5.3)Escoamento da seção bruta = 0,90
Rn = fy tensões normais
Rn = 0,6.fy tensões de cisalhamento
Ruptura da seção líquida efetiva = 0,75
Rn = fy tensões normais
Rn = 0,6.fy tensões de cisalhamento
Exemplo NuméricoDimensionar a ligação parafusada da figura:
Parafusos ASTM A325, d = ¾”, cantoneiras aço MR250
a) Resistência da barra (Ct = 0,75)
Nc = 0,9. Ag.fy = 0,9.36,9.25 = 830 kN
Nc = 0,75. Ct .Ag.fy = 0,75.0,75.36,9.40 = 830 kN
b) Resistência dos parafusos (cisalhamento)
v Rnv = 0,65.0,42.Ap. fu
v Rnv = 0,65.0,42.2,15. 82,5 = 48,4 kN
Corte duplo: Rc = 2. v Rnv = 96,85 kN
número de parafusos: n = 380/96,85 = 3,92 (4)
c) Pressão de contato parafuso / parede de furos
Rn = 0,75.α.Ab. fu
adotando distância recomendada entre furos (item 7.3.6)
s = 3.d = 3.19 = 57 (60) mmα = (60/19) – 0,5 = 2,65
adotando distância recomendada entre furo e borda
e = 30 mm > emin = 26 mm (tabela 18)α = (30/19) – 0 = 1,58
Rn = 0,75.1,58.(1,9.0,95).40 = 85,56 kN
Rn = 85,56 < Nd/(2.n) = 380/2.4 = 47,5 kN
d) Colapso por rasgamento (na barra)
Ruptura da seção líquida efetiva
Rn = 0,75.(Av+At)liquida.0,6. fu
Escoamento da seção bruta
Rn = 0,90.(Av+At)bruta .0,6. fy
com s = 60 mm e e = 30 mm
Av = (3,0 + 3.6,0).(0,95.2) = 39,9 cm2
At = (10,2 – 2,9).(0,95.2) = 13,87 cm2
(Av+At)liquida = (39,9 + 13,87) – 2.3.0,95.1,9 = 42,94
(Av+At)bruta = (39,9 + 13,87) = 53,77 cm2
Resistências de cálculo ao colapso das áreas
Rn = 0,75.42,94.0,6.40 = 772,9 kN
Rn = 0,90.53,77.0,6.25 = 725,9 kN
Rn > Nd = 380 kN