Introduzir apoios laterais e os seus efeitos no RF-/STEEL EC3

Artigo técnico

Quando dimensiona pilares ou vigas em aço, é geralmente necessário realizar análises de secção e estabilidade. Na maioria dos casos, o dimensionamento da secção pode ser realizado sem fornecer mais detalhes; o dimensionamento de estabilidade, contudo necessita de especificações adicionais do utilizador. Até determinado comprimento, a barra é cortada da estrutura e portanto, as condições de apoio tem de ser especificadas. Isto é particularmente importante para determinar o momento crítico ideal para a encurvadura por flexão torção Mcr. Também tem de ser definidos os comprimentos efectivo correcto Lcr. Estes são necessários para o cálculo interno das relações de esbelteza.

Este artigo apresenta a introdução destes dois parâmetros determinantes através de um exemplo e exemplifica os seus efeitos nos resultados. Observe-se com mais pormenor a estrutura seguinte.

Estrutura

Figura 01 - Estrutura

Uma viga de aço com comprimento de 6 m tem um restrição à flexão e torção nas duas extremidades. Uma barra de acoplamento une perpendicularmente no meio da barra. Não introduz força na estrutura, apenas serve de apoio contra a encurvadura lateral. A viga principal é sujeita a carregamento por flexão uniaxial e compressão.

O dimensionamento é realizado pelo RF-/STEEL EC3. O foco é na flexão de acordo com 6.3.3 (elementos estruturais uniformes sujeitos a flexão e compressão). São analisados diversos casos de módulo especificando as condições de fronteira num sistema de caso a caso. O objetivo é o de determinar os efeitos das configurações nos cálculos. É definido um conjunto de barras para a viga principal que se encontra selecionada para o dimensionamento. Um vez que o módulo assume sempre uma viga simplesmente apoiada com restrições laterais e de torção independentemente da situação dada, o comprimento correto da barra de 6 m é guardado para a encurvadura vertical.

Caso de estudo

Caso 1: Conjunto de barras dimensionada sem apoio intermédio

O apoio lateral não será considerado no primeiro caso. Não são necessários ajustamentos manuais. Os comprimentos efetivos são incluídos no cálculo com 6 m, o que foi definido automaticamente.

Figura 02 - Janela "1.4 Restrição à flexão intermédia"

A janela de entrada para os apoios laterais intermédios também não será considerada.

Figura 03 - Janela "1.6 Comprimento efetivo - conjuntos de barras"

A carga elástica crítica para a encurvadura sobre o eixo z Ncr,z bem como o momento elástico crítico para a encurvadura por flexão-torção Mcr  são tidas em consideração para comparar os resultados. Estes resultados intermédios são incluídos como determinantes no cálculo dos fatores de redução Χz and ΧLT bem como os factores de interacção kyz and kzz que podem ser encontrados nas fórmulas de dimensionamento de acordo com 6.3.3. No caso 1 elas resultam em:

Ncr,z = 347,6 kN
Mcr = 78,7 kNm
relação = 99 %

Caso 2: conjunto de barras dimensionado com o comprimento efectivo ajustado Lcr,z = 0,5⋅ L

O Caso 2 considera que a viga principal não irá encurvar sobre o eixo z no seu comprimento total devido à barra de acoplamento, mas é provável que tenha um modo de encurvadura sinusoidal. Portanto, o comprimento efetivo Lcr,z é reduzido para  0,5 ⋅ L = 3 m na janela 1.6. Contudo, ainda não foi introduzido nenhum dado na restrição lateral intermédia.

Ncr,z = 1390,5 kN
Mcr = 78,7 kNm
relação = 77 %

É claro que a carga de encurvadura elástica crítica Ncr,z é aumentada devido à alteração do comprimento efetivo. Por outras palavras, isto significa que dividindo o comprimento efectivo, a barra encurvaria lateralmente apenas com uma força axial muito maior. Também é aparente que Mcr é o mesmo. Pode ser concluído que uma adaptação do comprimento efetivo não muda o sistema estrutural (o qual é a base para o cálculo de Mcr).

Caso 3: conjunto de barras dimensionado com a definição de uma restrição lateral intermédia uy at 3 m

Baseado no caso 1, apenas é definida uma restrição lateral intermédia na janela 1.4 para o caso 3. É aplicado um apoio definido pelo utilizador na extremidade da barra 1, onde apenas se encontra ativado o apoio lateral uy . Como no caso 1, os comprimentos efetivos são de 6 m.

Ncr,z = 347,6 kN
Mcr = 187,0 kNm
relação = 76 %

Comparado com o caso 2, é claro que definir um apoio lateral intermédio tem um efeito no Mcr. O sistema estrutural foi alterado no plano de fundo de uma viga simplesmente apoiada para uma viga simplesmente apoiada com apoio lateral no centro. Ao mesmo tempo, pode ser mencionado que ao definir restrições laterais intermédias não produzirá necessariamente um efeito nas cargas de encurvadura elástica crítica para a encurvadura. Ncr,z corresponde novamente com o resultado do caso 1.

Caso 4: conjunto de barras dimensionado de acordo com a restrição lateral intermédia e comprimento efetivo ajustado

No caso 4, os ajustamentos dos casos 2 e 3 são combinados. Resulta nos seguintes valores intermédios:

Ncr,z = 1390,5 kN
Mcr = 187,0 kNm
relação = 53 %

Eles são baseados, como esperado, nos resultados dos dois casos anteriores. Devido à sua combinação, a relação é, contudo reduzida novamente de 76 % e 77 % para 53 %.

Resumo

Mesmo que o desenvolvimento da proporção através dos casos possa ser exibido apenas como um instante para este caso especial, deve-se destacar, no entanto, que a barra como um todo deve ser considerada corretamente para o dimensionamento. Significa que os comprimentos efetivos são verificados e o sistema estrutural interno é apoiado adequadamente. Neste exemplo, apenas o comprimento efetivo sobre o eixo z e o apoio pelas restrições laterais intermédias são descritas em detalhe. Se a estrutura base não é uma viga simplesmente apoiada com restrições à flexão e torção nas extremidades, as condições de apoio tem de ser definidas em detalhe aqui. Encontre mais informação sobre no manual ou artigos abaixo.

Palavras-chave

Estabilidade, Restrição lateral intermédia, Apoio

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