Comparação de fatores de carga críticos para a encurvadura por flexão-torção de acordo com diferentes métodos e módulos

Artigo técnico

O fator crítico para a encurvadura por flexão-torção ou para o momento crítico de encurvadura de uma viga simplesmente apoiada será comparado de acordo com diferentes métodos de verificação da estabilidade.

Sistema e carregamento

Dado, é uma viga simplesmente apoiada com um comprimento de 15 m. A secção da viga é um perfil IPE 400 em aço da categoria S355. A carga é de 5 kN/m. O peso próprio é negligenciado.

Figura 01 - Sistema estrutural e carregamento

Dimensionamento sem estabilização

A verificação pode ser efetuada através da configuração padrão (viga simplesmente apoiada com restrições laterais e de torção) do módulo adicional RF-STEEL EC3 de acordo com o anexo nacional alemão e não é cumprida.

O momento crítico de encurvadura é de apenas 72,61 kNm e este valor é confirmado pelas fórmulas comuns da literatura técnica.

Figura 02 - Verificação sem estabilização

Dimensionamento com estabilização na corda superior

O deslocamento da corda superior está travado através de uma barra transversal virtual, que conecta meio da corda superior.

Esta estabilização pode ser realizada no RF-STEEL EC3 através de uma restrição lateral intermédia sem ter de dividir a barra para o efeito.

Figura 03 - Entrada da restrição lateral intermédia

O dimensionamento subsequente de acordo com a secção 6.3.2.3 EN 1993-1-1 [1] conduz a uma verificação bem sucedida e a um momento crítico de encurvadura de 209,52 kNm.

Figura 04 - Verificação com estabilização

Comparação com o método geral como dimensionamento de conjuntos de barras

Na próxima etapa, a verificação será realizada de acordo com o método geral como dimensionamento de conjuntos de barras. Para este efeito, a barra pode ser copiada na direção Y, incluindo apoios e cargas, dividida uma vez no meio e um conjunto de barras pode ser criado.

Figura 05 - Conjunto de barras

Num novo caso de dimensionamento no RF-STEEL EC3, o conjunto de barras é agora selecionado para o dimensionamento. Em vez da janela "1.5 Comprimento efetivo - Barras", aparece a janela "1.7 Apoio nodal". Por defeito, foram definidos dois apoios com apoio φ x ' e u y' no início e no final do conjunto de parênteses de cálculo.

Para estabilizar no meio, tem de ser criado outro apoio equipado com uma excentricidade de -200 mm na direção z local.

Os apoios podem facilmente ser representados através de um botão na janela de vista parcial.

Figura 06 - Entrada de apoios nodais

A verificação é bem sucedida e é calculado um valor de carga crítica de 1,49.

Figura 07 - Dimensionamento de acordo com o método geral

Utilizando o momento máximo, o momento de encurvadura crítico de 209,54 kNm pode ser determinado, o que corresponde ao último cálculo.

Figura 08 - Cálculo do momento de encurvadura por flexão-torção

A relação de esbelteza da viga é dada como 1,488 e é necessária para aplicar a imperfeição na secção seguinte.

Comparação com a análise de empenamento

Na próxima etapa, o valor da carga crítica será comparado com a análise de empenamento, o que significa que são utilizados sete graus de liberdade em vez de quatro.

É necessário selecionar a opção "Realizar análise de empenamentos" na caixa de diálogo "Detalhes", separador "Torção com empenamento".

Figura 09 - Ativação da torção com empenamento

Tal como no método de acordo com 6.3.4 EN 1993-1-1, é necessário verificar os apoios nodais e, se necessário, ajustá-los.

Figura 10 - Entrada de apoios nodais para a análise de empenamento

Na janela 1.13 é dado um valor de imperfeição L/400.

O dimensionamento subsequente é mais favorável e conduz a um valor da carga crítica de 1,489, o que corresponde muito bem com os modelos anteriores.

Figura 11 - Resultados da análise de torção com empenamento

Comparação com o módulo adicional RF-/FE-LTB

No último passo, a viga simplesmente apoiada (conjunto de barras) será dimensionada com o módulo adicional RF-/FE-LTB e o valor da carga crítica será novamente comparado aqui.

No RF/FE-LTB, os apoios nodais definidos no conjunto de barras são importados diretamente.

Figura 12 - Definição dos apoios nodais no RF-/FE-LTB

Contudo, não é possível definir uma excentricidade, razão pela qual a restrição intermédia não é definida como apoio nodal, mas sim como mola de extremidade da barra na janela 1.6.

Figura 13 - Entrada da suspensão da viga principal como mola de extremidade com excentricidade

Ao introduzir a carga, é necessário ter em atenção a aplicação da excentricidade, caso contrário, é efetuado um cálculo demasiado favorável.

Figura 14 - Excentricidade de carga no RF-/FE-LTB

A imperfeição é definida manualmente como 1,875 cm para o primeiro modo próprio.

Figura 15 - Entrada de imperfeição

O cálculo final resulta num valor da carga crítica de 1,489 e corresponde com todos os cálculos anteriores.

Figura 16 - Exibição do fator de carga crítico

Palavras-chave

Encurvadura por flexão torção Análise de empenamento Estruturas de Aço EC3

Referência

[1]   Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1‑1: General rules and rules for buildings; EN 1993‑1‑1:2010‑12

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