A secção 8.4.1 [1] lista os requisitos de estabilidade que o dimensionamento estrutural deve cumprir com os dois métodos. Estas incluem as deformações que contribuem para a estrutura, os efeitos da teoria de segunda ordem incluindo P-Δ e P-δ, as imperfeições globais e geométricas da barra, a redução da rigidez tendo em conta a cedência da barra e as tensões residuais e, por fim, a instabilidade na rigidez e resistência da estrutura.
Seção 8.4.3 - Método de análise de estabilidade simplificado
Com o método de análise de estabilidade simplificado apresentado em 8.4.3 [1] , apenas são listados alguns requisitos.
Não linearidades geométricas
O primeiro inclui efeitos de barra da teoria de segunda ordem ou P-Δ, que podem ser considerados diretamente na análise. Um método de cálculo de segunda ordem é o mais comum com muitos programas de software de análise estrutural hoje em dia. A alternativa é aumentar todas as cargas da barra e momentos fletores determinados a partir de uma análise de acordo com a análise de primeira ordem com o fator U2 definido em 8.4.3.2 (b) [1]. Esta abordagem pode ser mais adequada para cálculos manuais ou se o software de análise estrutural não incluir efeitos P-Δ automaticamente.
Imperfeições geométricas
O segundo ponto são as cargas nocionais listadas no método simplificado na secção 8.4.3.3 [1]. A carga aplicada corresponde a 0,005 vezes a carga gravitacional total no piso considerado e deve ser distribuída de forma semelhante à carga gravitacional. As cargas fictícias são sempre aplicadas na direção que produz o maior efeito desestabilizador. Isto significa que tais cargas devem ser aplicadas na mesma direção que uma carga de vento lateral para gerar as maiores deformações e forças internas na estrutura.
Anexo O.2 - Efeitos de estabilidade na análise elástica
Como alternativa à abordagem simplificada da análise de estabilidade descrita acima, o Anexo O.2 pode ser utilizado para cumprir os requisitos de estabilidade de acordo com a Secção 8.4.1 [1]. Esta abordagem foi incluída na versão 2019 da norma e tem muitas semelhanças com o manual de construção em aço dos EUA AISC 360-16 cap. C Método de cálculo direto.
Não linearidades geométricas
As não linearidades geométricas ou os efeitos de acordo com a teoria de segunda ordem são tratados em O.2.2 [1]. Tal como no método simplificado, também pode ser realizada diretamente uma análise de segunda ordem, a qual inclui os efeitos das cargas atuantes nos pontos de interseção deslocados das barras (efeitos P-Δ). Além disso, devem ser considerados os efeitos das cargas longitudinais na forma da barra defletida ao longo do comprimento (P-δ). As disposições são dadas em O.2.2 [1] onde P-δ pode ser totalmente negligenciado. No entanto, se P -δ for incluído diretamente no cálculo, o fator U1 utilizado na secção 13.8 - Pressão axial e dimensionamento de componentes estruturais sujeitos a flexão [1] pode ser definido para 1,0.
Imperfeições geométricas
As imperfeições geométricas da barra, como a curvatura da barra, ou as imperfeições geométricas locais, como a curvatura da barra, não têm de ser consideradas no dimensionamento de acordo com a secção O.2 [1]. No entanto, as imperfeições geométricas globais devem ser consideradas diretamente ao modelar ou utilizar cargas fictícias. No entanto, existe a exceção de que estas imperfeições geométricas globais podem ser negligenciadas para combinações de carga lateral apenas se cumprirem os requisitos definidos na Secção O.2.3.1 [1]. Os requisitos incluem: nível de piso.
Se estas imperfeições não podem ser negligenciadas, o primeiro método de modelação direta pode ser utilizado. Os pontos de secção da barra devem ser deslocados das suas posições originais. A magnitude deste deslocamento inicial é dada na secção 29.3 [1] e é aplicada na direção de maior desestabilização, que para a maioria das estruturas de edifícios é uma tolerância de 1/500 para a inclinação do pilar. O principal problema com este método é o elevado número de cenários do modelo a serem considerados. Teoricamente, são necessários quatro deslocamentos nas quatro direções diferentes em cada piso. Se os efeitos da curvatura da barra forem associados à inclinação do pilar, são adicionados muitos mais cenários do modelo para obter o maior efeito desestabilizador.
O método alternativo e preferido para imperfeições geométricas globais é a aplicação de cargas nocionais. Este método só é permitido se as cargas gravitacionais forem absorvidas principalmente por elementos estruturais verticais. Cargas fictícias já foram discutidas acima e são aplicadas de forma análoga à análise de estabilidade simplificada na secção 8.4.3.2 [1]. No entanto, o tamanho do piso relevante é reduzido de 0,005 vezes para 0,002 vezes a carga gravitacional fornecida com coeficientes. A redução na magnitude é permitida na Secção O.2.3.3, uma vez que estas cargas fictícias consideram apenas as imperfeições geométricas globais, enquanto as cargas fictícias na Secção 8.4.3.2 [1] também têm em consideração os efeitos de inelástica e outras incertezas.
Efeitos de inelasticidade
Para considerar os efeitos de inelasticidade e também para considerar as imperfeições iniciais para barras ou imperfeições geométricas locais, bem como incertezas em relação à rigidez e resistência, uma barra axial e rigidez à flexão devem ser aplicadas para barras de acordo com as seguintes equações na secção O.2.4 [ 1] , o que contribui para a estabilidade lateral.
(EA)r = 0,8 τb EA
(EI)r = 0,8 τb EI
Onde,
Cf/Cy <0,5; τb = 1,0
Cf/Cy > 0,5; τb = 4 Cf/Cy (1 - Cf/Cy )
Para evitar deformações locais, a norma sugere a aplicação desta redução de rigidez a todas as barras. Além disso, deve ser considerada uma redução da rigidez se a rigidez ao corte (GA) e a rigidez à torção (GJ) contribuem significativamente para a estabilidade lateral. A redução de rigidez não deve ser utilizada ao analisar deflexões, deflexões, vibrações ou vibrações naturais.
Aplicação do Anexo O.2 no RFEM
O programa de MEF do RFEM implementou os mais recentes requisitos de estabilidade da norma CSA S16: 19 de acordo com as novas disposições do Anexo O.2.
Não linearidades geométricas
Os efeitos de acordo com a análise de segunda ordem de acordo com a secção O.2.2 [1] são considerados diretamente para cada caso de carga ou cada combinação de carga se "Segunda ordem" for definido como método de cálculo.
Para a análise da barra, não só são considerados os efeitos P-Delta, mas também P-δ. Portanto, o fator U1 pode ser definido diretamente para 1,0 no módulo de dimensionamento RF-/STEEL CSA, conforme especificado na secção 13.8.
Imperfeições geométricas
Opcionalmente, é possível modelar imperfeições geométricas globais diretamente movendo pontos ou nós de pontos de segmento de barra. No entanto, para que este método produza o maior efeito desestabilizador, devem ser realizados vários modelos com diferentes cenários. Isto é bastante demorado e trabalhoso.
Uma abordagem alternativa é a aplicação de cargas fictícias com as opções de imperfeições no RFEM. Na caixa de diálogo correspondente, o CSA S16: 19 está incluído nas opções suspensas. A carga fictícia é aplicada à extremidade da barra (ou seja, à parte superior do pilar) com um valor igual a 0,002 (ou 0,005 se for utilizado o método de estabilidade simplificado) multiplicado pela força axial da barra (carga de gravidade aplicada à barra). Na extremidade oposta da barra, a mesma força oposta é aplicada internamente para evitar um corte irrealista na parte inferior da estrutura.
Estes casos de carga de imperfeição podem ser aplicados no RFEM com casos de carga laterais específicos para produzir a maior acção desestabilizadora evitando ao mesmo tempo a geração de combinações de carga que não serão determinantes e aumentarão ainda mais o tempo de cálculo (ou seja, cargas fictícias na direção X apenas ser aplicado com cargas de vento na direção X). Além disso, as imperfeições para regras de combinação de cargas, tais como o estado limite de utilização, podem ser completamente desativadas, enquanto são aplicadas às combinações de resistência.
Efeitos de inelasticidade
Em "Modificar rigidez", pode agora definir a norma CSA S16: 19. Com esta opção, o fator de modificação 0,8 e o fator τb calculado são aplicados diretamente à rigidez axial e à rigidez à flexão da barra. Os usuários também podem aplicar essas reduções à resistência à torção e ao corte da barra.
Uma vez que a redução da rigidez da barra não deve ser considerada para o dimensionamento do estado limite de utilização (isto é, das deformações), o RFEM permite aos utilizadores desativar todas as modificações de rigidez de barras para as combinações de carga do estado limite de utilização, deixando-o ativo para as combinações de cargas de resistência.
Resumo
As atualizações significativas no dimensionamento de estabilidade de acordo com o Anexo O.2 do mais recente manual canadiano de dimensionamento de aço CSA S16: 19 estão agora totalmente integradas no processo de análise do RFEM. Estas atualizações incluem, entre outras, a capacidade de considerar cargas fictícias como imperfeições, bem como a redução da rigidez das barras de acordo com a norma CSA S16:19. Para ver as novas atualizações num vídeo de exemplo detalhado, assista ao seminário web CSA S16: 19 Steel Design no RFEM (em inglês).
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