Análise de estabilidade de elementos estruturais planos com base no exemplo de uma parede de madeira laminada cruzada 1

Este exemplo apresenta a análise da encurvadura por flexão de uma parede quadrilátero de madeira laminada cruzada com duas aberturas de porta (ver Figura 1). Neste caso, o caso determinante é a secção da parede entre as portas.

Parede de madeira laminada cruzada com aberturas sujeitas a tensões na parede

A análise de encurvadura por flexão pode ser realizada de acordo com [1] com o método da barra equivalente de acordo com o Capítulo 6.3.2 com esforços internos de acordo com a análise linear estática, ou de acordo com o Capítulo 5.4.4, considerando as imperfeições. Em ambos os casos, a secção 2.2.2 deve ser respeitada. Para este efeito, os valores médios dos parâmetros de rigidez (módulo de elasticidade e módulo de corte) divididos pelo coeficiente parcial γ_M devem ser utilizados para determinar os esforços internos de acordo com a análise de segunda ordem de acordo com 2.4.1(2)P troca de dados. Além disso, [2] NCI NA.9.3.3 define situações em que uma análise de estabilidade tem de ser realizada de acordo com a análise de segunda ordem para componentes estruturais planos. Se a equação NA.150 for cumprida, as análises de estabilidade podem ser efetuadas através da verificação da barra equivalente assim como da análise de segunda ordem. Caso contrário, os dimensionamentos devem ser realizados exclusivamente de acordo com a análise de segunda ordem.

Primeiro, é necessário verificar se a equação NA.150 foi cumprida. Isto requer a força axial atuante N_d, a rigidez à flexão E∙I ao longo do eixo y local, o coeficiente de segurança parcial γ_M para madeira laminada cruzada e o comprimento efetivo da respetiva secção da parede entre as portas. O comprimento de aplicação da carga está definido aproximadamente em 0,5 m + 1,0 m + 0,5 m = 2,0 m. Assim, a força de compressão resultante N_d é de 200 kN/m ∙ 2 m = 400 kN (sem consideração do peso próprio). Em alternativa, a determinação exata da força de compressão considerando o peso próprio pode ser obtida através das forças resultantes da secção no RFEM (ver Figura 2). Devido à ortotropia e ao peso próprio, a força de compressão resultante é de 412 kN.

Força axial resultante no pilar

A rigidez à flexão pode ser deduzida directamente da matriz de rigidez da superfície (ver Figura 3). Aqui, é selecionada a superfície de parede da Stora Enso do tipo CLT 100 C5s. A rigidez à flexão resultante na direção y é de 826,16 kNm ∙ 1,0 m = 826,16 kNm².

Matriz de rigidez da superfície

É aplicado o coeficiente de segurança parcial de 1,3 de acordo com [2]. Para determinar os comprimentos efetivos, a rigidez ao corte na direção y também deve ser considerada para a madeira laminada cruzada (ver Figura 3). É utilizado o coeficiente de comprimento efetivo β de 1,0 de acordo com o caso 2 de Euler.

O critério de delimitação não é cumprido com 2.55 > 1,00; por isso, tem de ser realizada a análise de estabilidade de acordo com a análise de segunda ordem. Uma vez que a análise é de uma barra quase linear, ambos os métodos serão explicados nos próximos artigos.

Para melhor estimar o problema de encurvadura neste caso, a carga de encurvadura crítica e o coeficiente de carga crítica para a secção da parede na viga com um vão ideal são primeiro determinados de acordo com a análise estática linear (ver Figura 4). Para tal, o fator de carga crítica é determinado analiticamente e com a ajuda do módulo adicional RF-STABILITY. Para a solução MEF, é criado um caso de carga sem peso próprio e a carga resultante é aplicada diretamente. A redução da rigidez relacionada com o coeficiente de segurança parcial γ_M é activada nos parâmetros de cálculo do caso de carga. O resultado de ambos os cálculos é exatamente o mesmo.

Ermittlung der kritischen Knicklast sowie des Verzweigungslastfaktors

Tendo em consideração a rigidez adicional resultante do lintel, resulta em toda a estrutura um fator de carga crítica ligeiramente maior de 1,67, conforme esperado.

Verzweigungslastfaktor am Gesamtsystem

Este fator de carga crítica indica o número pelo qual a carga deve ser multiplicada para que o modelo sob a carga associada se torne instável (encurvadura). Portanto: um fator de carga crítica inferior a 1,00 significa que a estrutura é instável. Apenas um fator de carga crítica positivo superior a 1,00 significa que a carga devido às forças axiais predefinidas multiplicadas por este fator leva à rotura por encurvadura da estrutura estável. No entanto, tem de ser realizada uma análise de estabilidade de acordo com 1995-1-1 porque o fator de carga crítica ou a carga de encurvadura crítica pode não estar correto na prática, como os efeitos das imperfeições (nenhuma barra ou superfície é reta), as excentricidades do carregamento introdução e comportamento do material divergente da lei de Hooke não são considerados. Estas verificações são explicadas no próximo artigo desta série.

Literatura