Cap1-TiposdeLigações.pdf
- 1. I. Introdução Página I.1 I. TIPOS DE LIGAÇÃO I.1. INTRODUÇÃO: Neste curso estudaremos as ligações usuais em estruturas metálicas. O termo “ligações” é utilizado para ligações entre componentes de um perfil, emendas de barras, ligações entre barras e ligações de barras com elementos externos (tais como bases de concreto). Fig. II.1 – Alguns tipos de ligações
- 2. I. Introdução Página I.2 Existe uma grande diversidade nos tipos de ligações utilizadas em estruturas metálicas. Na Fig. II.1 estão representadas algumas destas ligações: - Solda de composição de perfil (Fig. II.1a); - Ligação rígida de viga de pórtico com coluna (Fig. II.1b); - Base rotulada de coluna (Fig. II.1c); - Emenda de perfil I soldado (Fig. II.1d); - Ligação flexível de viga com coluna (Fig. II.1e); - Ligação de peça tracionada (Fig. II 1f) - Emenda de coluna com talas (Fig. II.1g) As ligações são compostas pelos meios de ligação e pelos elementos de ligação. Os meios de ligação são os dispositivos que executam a união entre as partes da estrutura. Os meios de ligação que serão abortados neste curso são as soldas, os parafusos e as barras roscadas (chumbadores, por exemplo). Os elementos de ligação são os componentes incluídos na ligação para permitir ou facilitar a transmissão dos esforços. Na Fig. II.1 pode-se identificar vários destes elementos de ligação: - Enrijecedores (Fig. II.1b); - Chapa de topo (Fig. II.1b); - Placa de base (Fig. II.1c); - Cantoneiras (Fig. II.1e); - Chapa de nó, ou Gusset (Fig. II.1f); - Talas de alma e de mesa (Fig. II.1g); - Parte das peças ligadas envolvidas localmente na ligação (por exemplo: mesa da coluna da Fig. II.1b, alma da coluna da Fig. II.1b, etc.). O dimensionamento de uma estrutura metálica envolve não só a determinação das barras, mas também a verificação de suas ligações. A concepção de uma ligação deve atender não só a critérios de resistência, mas também a critérios de rigidez, sob pena de não se comportar em termos de deslocamentos e rotações, conforme previsto no modelo estrutural. O cálculo de uma ligação compreende a verificação de todos os seus componentes: meios de ligação e componentes de ligação. De acordo com a NBR 8800, os componentes de uma ligação deverão ser dimensionados de forma que suas resistências de cálculo, relativas aos estados limites em consideração, sejam maiores do que as solicitações de cálculo. As resistências de cálculo dos componentes de uma ligação são obtidas multiplicando-se a resistência nominal, correspondente ao estado limite em consideração, por um coeficiente de resistência φ φ φ φ, normalmente menor do que 1,0. As solicitações de cálculo por sua vez são obtidas multiplicando-se os esforços na ligação por coeficientes de ponderação γ γ γ γ, normalmente maiores do que 1,0.
- 3. I. Introdução Página I.3 I.2. CLASSIFICAÇÃO DAS LIGAÇÕES: As ligações podem ser classificadas de diversas formas: − De acordo com a rigidez da ligação; − De acordo com os meios de ligação utilizados; − De acordo com a posição dos esforços solicitantes em relação aos meios de ligação; − De acordo com o local de execução das ligações. I.2.1. CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM A RIGIDEZ As ligações devem se comportar de acordo com o previsto no modelo estrutural, ou seja, onde foi prevista uma rótula deve haver pouca restrição à rotação relativa entre as partes conectadas (Fig. II.1e, por exemplo); onde foi previsto um engaste deve haver grande restrição à rotação relativa entre as peças (Fig. II.1b, por exemplo). Dessa forma a rigidez de uma ligação representa sua capacidade de impedir a rotação relativa entre as peças conectadas. De acordo com a sua rigidez, as ligações podem ser um dos três tipos a seguir: − Ligação Rígida – nesta ligação é dada continuidade total entre as partes conectadas, de modo que o ângulo original entre as peças que se interceptam permanece praticamente inalterado. Uma ligação é considerada rígida se, após o carregamento, atingir 90% ou mais do momento teórico esperado caso a conexão fosse um engaste perfeito. − Ligação Flexível – nesta ligação a restrição à rotação deve ser tão pequena quando possível. Uma ligação é considerada flexível se a rotação relativa ente as peças conectadas, após o carregamento, atingir 80% ou mais da rotação teórica esperada caso a conexão fosse uma rótula perfeita. − Ligação Semi-rígida – nesta ligação o momento transmitido é nem zero (ou próximo de zero), como no caso de ligações flexíveis, nem o momento máximo (ou próximo dele), como no caso de ligações rígidas. θe q.L /24.EI Me q.L /12 θe θe = q.L /24EI Me = 0 3 L q q 0 < θe < q.L /24EI 0 < Me < q.L /12 3 2 2 100% 20% 90% 3 100% θe Me Me θe = 0 Me = q.L /12 2 LIGAÇÕES FLEXÍVEIS LIGAÇÕES RÍGIDAS LIGAÇÕES SEMI-RÍGIDAS 80% Fig. II.2 – Diagrama Momento Resistente x Rotação de Extremidade
- 4. I. Introdução Página I.4 Para que se possa utilizar uma ligação semi-rígida é necessário conhecer a relação entre o momento resistente e a rotação da ligação. Devido à dificuldade para definir esta relação, as ligações semi-rígidas são raramente utilizadas em nossa prática e não serão abordadas em nosso curso. Na análise estrutural não é usual considerar a capacidade parcial de restrição à rotação das ligações flexíveis. Isto significa que nestas ligações são desprezados os momentos fletores introduzidos nas peças de apoio (colunas), a redução dos momentos positivos na região central das vigas, o aumento da resistência das colunas à flambagem e a redução dos deslocamentos da estrutura. Nas ligações rígidas, ao contrário das ligações flexíveis, considera-se que o ângulo original entre as peças não se modifica com o carregamento. Desta forma são ignorados a redução do momento fletor introduzido nas peças de apoio, o aumento do momento positivo na região central das vigas, a redução da resistência das colunas à flambagem e o aumento dos deslocamentos da estrutura. I.2.2. CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM OS MEIOS DE LIGAÇÃO De acordo com os meios de ligação, as ligações podem ser classificadas como soldadas e/ou parafusadas. Nas ligações parafusadas podem ocorrer esforços de tração e/ou cisalhamento (Fig. II.3.a e b). Nas ligações soldadas podem ocorrer tensões de tração, compressão e/ou cisalhamento (Fig. II.3c e d). Fig. II.3 – Esforços em parafusos e soldas
- 5. I. Introdução Página I.5 I.2.3. CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM A POSIÇÃO RELATIVA DOS ESFORÇOS SOLICITANTES De acordo com o tipo de esforços solicitantes e com a posição desses esforços em relação ao centro dos grupos de parafusos ou das linhas de solda resistentes, as ligações podem ser classificadas em: − Cisalhamento centrado (Fig. II.4a) − Cisalhamento excêntrico (Fig. II.4b) − Tração ou compressão centrada (Fig. II.4c) − Tração ou compressão com cisalhamento centrados (Fig. II.4e) Fig. II.4 – Esforços solicitantes na ligação
- 6. I. Introdução Página I.6 As ligações são classificadas como centradas quando a linha de ação dos esforços solicitantes passa pelo centro de gravidade do meio de ligação utilizado (soldas ou parafusos). Quando isto não ocorre a ligação é classificada como excêntrica e, devido a esta excentricidade, aparecem esforços adicionais nos meios de ligação. I.2.4. CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM O LOCAL DE EXECUÇÃO DA LIGAÇÃO De acordo com o local de execução, as ligações podem ser classificadas em: − Ligações de campo – são as ligações executadas na obra. Estas ligações podem ser emendas de peças muito longas para transportar ou ligações entre peças diferentes. Normalmente as ligações de campo são executadas com parafusos. − Ligações de fábrica – devido às melhores condições de trabalho, as ligações soldadas devem preferencialmente ser executadas na fábrica. Isto não significa que as ligações de fábricas devem ser soldadas: de acordo com o tipo de equipamentos disponíveis na fábrica pode ser mais interessante executar ligações parafusadas (fábricas mais automatizadas) ou soldadas (fábricas menos automatizadas).
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