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001025
2024-02-28

VE 1025 | Dimensionamento em betão armado de uma viga contínua de dois vãos com consola de secção variável

Descrição

Uma viga de betão armado foi dimensionada como viga de dois vãos em consola. A secção é variável ao longo do comprimento da consola (secção de secção variável). Os esforços internos, a armadura longitudinal e transversal necessárias para o estado limite último são calculados e comparados com os resultados em {%>


Material Betão C25/30 Módulo de elasticidade E 31000 N/mm2
Valor de cálculo da resistência à compressão do betão fcd 14,167 N/mm2
Aço de armadura B500S(B) Tensão de cedência característica Fyk 500,000 N/mm2
Limite de elasticidade de cálculo fyd 434,783 N/mm2
Geometria Estrutura Comprimento da consola lef,consola 4,000 m
Comprimento do vão 1 lef,1 8,000 m
Comprimento do vão 2 lef,2 8,000 m
Secção Altura [SCHOOL.] 1500 mm
Largura B 2620 mm
Altura do banzo hf 150 mm
Largura da alma bw 380 mm
Recobrimento do betão cnom 35 mm
cargas Cargas permanentes CC1 gk,1 10,500 - 90,000 (trapezoidal) kN/m
CC2 Gk,2 216,000 kN
CC3 Gk,3 416,000 kN
Cargas impostas CC4 qk,1,1 40,000 kN/m
CC5 qk,1,2 40,000 kN/m
CC6 qk,1,3 30,000 kN/m
CC7 Qk,2 284,000 kN


Configuração do RFEM

  • Consideração de uma redistribuição de momento limitada do momento de apoio segundo a 5,5
  • Redução dos momentos ou dimensionamento para os momentosna face de um apoio monolítico segundo. a 5.3.2.2
  • Redução das forças de corte na face de apoio e distância d segundo a 6.2.1(8)
  • O tipo de distribuição da secção utilizado é de secção variável no início da barra para considerar a alteração de altura da secção.

Resultados

  1. Momento fletor e força de corte de cargas permanentes e impostas

    Momento fletor e força de corte devido a gk,1
    Força interna unidade RFEM/Solução analítica Vão 1 Vão 2 Eixo A Eixo B Eixo C
    Momento fletor [kNm] RFEM 248,890 432,840 -296,460 -645,760 0
    Solução analítica 249,000 433,000 -296,000 -646,000 0
    Força de corte, [kN] RFEM -43,330 80,830 -201.000/316.340 -403,660/440,720 -279,280
    Solução analítica -44,000 81,000 -201.000/316.000 -404,000/441,000 -279,000
    Momento fletor e força de corte devido a Gk,2
    Força interna unidade RFEM/Solução analítica Vão 1 Vão 2 Eixo A Eixo B Eixo C
    Momento fletor [kNm] RFEM -305,850 101,850 -815,400 203,720 0
    Solução analítica -306,000 102,000 -815,000 204,000 0
    Força de corte, [kN] RFEM 127,390 -25,460 -215,670/127,390 -127,390/-25,460 -25,460
    Solução analítica 127,000 -25,500 -216,000/127,000 -127,000/-25,500 -25,500
    Momento fletor e força de corte devido a Gk,3
    Força interna unidade RFEM/Solução analítica Vão 1 Vão 2 Eixo A Eixo B Eixo C
    Momento fletor [kNm] RFEM 676,040 -155,960 0 -311,920 0
    Solução analítica 676,000 156,000 0 -312,000 0
    Força de corte, [kN] RFEM 169,010/-246,990 -38,990 169,010 -246,990/38,990 38,990
    Solução analítica 169.000/247.000 39,000 169,000 -247,000/39,000 39,000
    Momento fletor e força de corte devido a qk,1,1
    Força interna unidade RFEM/Solução analítica Vão 1 Vão 2 Eixo A Eixo B Eixo C
    Momento fletor [kNm] RFEM -120,100 40,000 -320,200 79,950 0
    Solução analítica -120,220 40,030 -320,490 80,060 0
    Força de corte, [kN] RFEM 50,070 -10,000 -160.000/50.020 50,020/-10,000 -10,000
    Solução analítica 50,000 -10,010 -160,000/50,070 50,070/-10,010 -10,010
    Momento fletor e força de corte devido a qk,1,2
    Força interna unidade RFEM/Solução analítica Vão 1 Vão 2 Eixo A Eixo B Eixo C
    Momento fletor [kNm] RFEM 240,020 -79,980 0 -159,960 0
    Solução analítica 240,000 -80,000 0 -160,000 0
    Força de corte, [kN] RFEM -19,990 19,990 140,010 -179,990/19,999 19,999
    Solução analítica -20,000 20,000 140,000 -180.000/20.000 20,000
    Momento fletor e força de corte devido a qk,1,3
    Força interna unidade RFEM/Solução analítica Vão 1 Vão 2 Eixo A Eixo B Eixo C
    Momento fletor [kNm] RFEM -59,980 180,010 0 -119,970 0
    Solução analítica -60,000 184,000 0 -120,000 0
    Força de corte, [kN] RFEM -15,000 15,000 -15,000 -15,000/135,000 -105,000
    Solução analítica -15,000 15,000 -15,000 -15,000/135,000 -105,000
    Momento fletor e força de corte devido a Qk,2
    Força interna unidade RFEM/Solução analítica Vão 1 Vão 2 Eixo A Eixo B Eixo C
    Momento fletor [kNm] RFEM 461,530 -106,470 0 -212,950 0
    Solução analítica 462,000 -106,500 0 -213,000 0
    Força de corte, [kN] RFEM 115,380/-168,620 26,620 115,380 -168,620/26,620 26,620
    Solução analítica -169,000/115,000 26,600 115,000 -15,000/135,000 -169,000/26,600

  2. Esforços internos
    A tabela abaixo contém todas as combinações de carga para o estado limite último:

    Combinação de cargas Casos de carga atribuídos
    CO1 1.00·CC1 + 1.00·CC2 + 1.00·CC3
    CO2 1.35·CC1 + 1.35·CC2 + 1.35·CC3 + 1.50·CC4 + 1.50·CC5 + 1.50·CC6 + (1.50·0.80)·CC7
    CO3 1.35·CC1 + 1.35·CC2 + 1.35·CC3 + (1.50·0.70)·CC4 + (1.50·0.70)·CC5 + (1.50·0.70)·CC6 + 1.50.CC7
    CO4 1.35·CC1 + 1.00·CC2 + 1.35·CC3 + 1.50·CC5 + 1.50·CC6 + (1.50·0.80)·CC7
    CO5 1.35·CC1 + 1.00·CC2 + 1.35·CC3 + (1.50·0.70)·CC5 + 1.50·CC7
    CO6 1.00·CC1 + 1,35·CC2 + 1,35·CC3 + (1,50·0,70)·CC4 + 1,50·CC7
    CO7 1.35·CC1 + 1.00·CC2 + 1.35·CC3 + (1.50·0.70)·CC5 + (1.50·0.70)·CC6+ 1.50·CC7
    CO8 1.35·CC1 + 1.35·CC2 + 1.00·CC3 + 1.50·CC4 + 1.50·CC6
    CO9 7

    Ação Unidade Combinação de cargas Resultado do RFEM Resultado de referência Relação
    MEd,A kNm CO8 -1981.830 -1980.000 1,00
    MEd,B kNm CO4 -1764,600 -1765,000 0,99
    MEd,1 kNm CO5 1887,120 1887,000 1,00
    MEd,2 kNm CO8 885,540 895,000 0,99
    VEd,A,li kN CO2 -802,500 -803,000 0,99
    VEd,A,re kN CO9 1250,770 1250,000 1,00
    VEd,1,li kN CO6 582,090 581,000 1,00
    VEd,1,re kN CO7 -554,660 -555,000 0,99
    VEd,B,li kN CO4 -1245,820 -1246,000 0,99
    VEd,B,d kN CO4 -886,580 -887,000 0,99
    VEd,C kN CO8 -544,930 -545,000 0,99

  3. Armadura longitudinal necessária
    Na literatura, foi considerada uma redistribuição de momento de 15% no apoio B dentro das combinações de carga 4 e uma redistribuição de momento de 12% na combinação de carga 7. Em contraste, o RFEM aplica a mesma redistribuição de momentos em todas as combinações de carga. Para facilitar uma comparação significativa com a literatura, serão feitos ajustes no modelo do RFEM. Posteriormente, é apresentada a solução real fornecida pelo RFEM.
    Comparação dos resultados do RFEM com os resultados da literatura:
    Apoio A:
    A viga está ligada monoliticamente ao apoio e, portanto, é o momento crítico de dimensionamento está na borda do apoio. No entanto, a literatura negligencia a influência da carga quando calcula o momento na borda do apoio. Para permitir uma comparação significativa com os resultados do RFEM, é necessário recalcular os resultados considerando a influência do carregamento. O momento de cálculo na borda do apoio sem consideração da influência da carga, MEd, é -1819,0 kNm. Considerando o efeito das cargas, MEd aumenta para -1823,0 kNm.
    RFEM Solução analítica Relação
    caso de carga Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot MED As,stat,tot
    [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ]
    CO8 -1824,790 32,50 -1823,000 31,60 1,00 1,02

    Na literatura, é assumido que a altura da secção na extremidade do apoio é igual à altura da secção no meio do apoio. No entanto, no RFEM, é considerada a altura real da secção devido à secção variável. Consequentemente, isto aumenta os requisitos de armadura do RFEM.
    Apoio B:
    A combinação de carga crítica neste caso é a combinação de carga 4. Para corresponder à literatura, a relação da redistribuição de momentos no apoio B é definida como 0,850.
    Apoio B
    RFEM Solução analítica Relação
    caso de carga Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot MEd As,stat,tot
    [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ]
    CO4 -1345,870 22,40 -1360,000 22,80 0,99 0,98

    Ao calcular o momento de cálculo, a literatura tem em consideração que o momento na borda do apoio não deve ser inferior a 0,65 do momento de extremidade fixo completo (DIN EN 1992-1-1, 5.3.2.2) troca de dados. Esta condição não está implementada no RFEM. Isto explica a diferença no momento de dimensionamento.
  4. Vão 1:
    Como a viga é definida como uma barra contínua no RFEM, não é possível definir uma largura efectiva beff para cada vão. O menor valor das duas larguras efetivas dos vãos 1 e 2 é utilizado para simplificação. beff é então definido para 2,620 m. A literatura considera uma redistribuição de momento de 12% para a combinação de carga 7, a relação de redistribuição do momento no apoio central é, portanto, agora definida como 0,880.
    Vão 1
    RFEM Solução analítica Relação
    caso de carga Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot MEd As,stat,tot
    [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ]
    CO7 1926,280 30,13 1927,000 33,10 0,99 0,91

    Vão 2:
    Neste caso, não é considerada a redistribuição de momentos. A relação da redistribuição de momentos está definida como 1,000.
    Vão 2
    RFEM Solução analítica Relação
    caso de carga Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot MEd As,stat,tot
    [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ] [kNm] [cm2 ]
    CO8 885,520 13,79 895,000 15,10 0,99 0,91

Na literatura especializada, a armadura longitudinal necessária é determinada através de métodos de aproximação para vigas em T de acordo com a DAstb-heft 425. Utilizando este método, assume-se que a força de compressão no banzo está no centro do banzo (hf/2). no RFEM, a armadura necessária é determinada através de uma análise de secção. Isto resulta numa armadura necessária inferior à descrita na literatura.
O RFEM forneceu a solução
Agora, a redistribuição de momentos no apoio central está definida para 15% em todas as combinações de carga. Os resultados estão resumidos nas tabelas abaixo.
O apoio A:
O caso de carga 8 fornece o momento fletor mais alto, sendo, portanto, decisivo.

Apoio A
caso de carga Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot
[kNm] [cm2 ]
CO8 -1824,840 32,32

Apoio B:
Apoio B:
caso de carga Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot
[kNm] [cm2 ]
CO4 -1345,890 22,40

Vão 1:
Quando é tida em consideração a redistribuição de momentos em todas as combinações de carga, a CO5 tem o momento fletor de cálculo mais alto no vão 1.
Vão 1:
caso de carga Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot
[kNm] [cm2 ]
CO5 2005,410 31,44

Vão 2:
CO8 tem uma redistribuição de momento após momento MEd de 940 kNm.
Vão 2:
caso de carga Momento fletor de cálculo MEd Armadura necessária As,stat,tot
[kNm] [cm2 ]
CO8 940,000 14,73

  1. Armadura de corte
    Armadura de corte na consola:
    Para determinar os estribos necessários na consola, são examinados 3 pontos. Os resultados estão resumidos na tabela abaixo:
Viga em consola
Posição x Parâmetros Símbolo Unidade RFEM Solução analítica Relação
x = 0,45m Altura efetiva [BUG.DESCRIPTION] [m] 0,940 0,920 1,02
Braço de alavanca interior Z [m] 0,848 0,828 1,02
força de corte VEd [kN] -327.190 -328,000 0,99
Momento fletor de cálculo MED [kNm] -73,320 -74,000 0,99
Componente de corte de cálculo da força na área de compressão Vccd [kN] 12,550 13,000 0,99
Força de corte do dimensionamento VEd,red [kN] 314,640 314,000 1,0
Capacidade de corte sem armadura Vrd,cc [kN] 219,420 221,00 0,99
Inclinação da escora cot Θ [-] 3,0 3,0 1,0
Capacidade da escora Vrd,máx [kN] 996,230 1003,000 0,99
Armadura necessária asw,nec [cm2/m] 2,84 2.91 0,98
x = 1,37m Altura efetiva [BUG.DESCRIPTION] [m] 1,070 1,050 1,02
Braço de alavanca interior Z [m] 0,965 0,945 1,02
força de corte VEd [kN] -417,720 -418,000 1,00
Momento fletor de cálculo MED [kNm] -414,250 -415 000 1,00
Componente de corte de cálculo da força na área de compressão Vccd [kN] 62,210 66,000 0,94
Força de corte do dimensionamento VEd,red [kN] 355,510 353,000 1,01
Capacidade de corte sem armadura Vrd,cc [kN] 250,070 252,000 0,99
Inclinação da escora cot Θ [-] 3,0 3,0 1,0
Capacidade da escora Vrd,máx [kN] 1135,860 1144,000 0,99
Armadura necessária asw,nec [cm2/m] 2,83 2,86 0,99
x = 2,37m Altura efetiva [BUG.DESCRIPTION] [m] 1,210 1,190 1,02
Braço de alavanca interior Z [m] 1,090 1,070 1,02
força de corte VEd [kN] -541,800 -543,000 1,0
Momento fletor de cálculo MED [kNm] -891,790 -893,00 1,00
Componente de corte de cálculo da força na área de compressão Vccd [kN] 118,250 125,000 0,95
Força de corte do dimensionamento VEd,red [kN] 423,550 418,000 1,01
Capacidade de corte sem armadura Vrd,cc [kN] 283,220 285,000 0,99
Inclinação da escora cot Θ [-] 3,0 3,0 1,0
Capacidade da escora Vrd,máx [kN] 1286,410 1298,000 0,99
Armadura necessária asw,nec [cm2/m] 2,98 2,99 1,0
  1. Vão 1:
    A posição decisiva da barra para o cálculo dos estribos no campo 1 encontra-se a uma distância d da borda direita do apoio A.
    Vão 1
    Parâmetros Símbolo Unidade RFEM Solução analítica Relação
    Altura efetiva [BUG.DESCRIPTION] [m] 1,440 1,430 1,00
    Força de corte no apoio A VEd,A [kN] 1250,770 1250,000 1,00
    Força de corte do dimensionamento VEd,A,re [kN] 952,430 954,000 1,00
    Capacidade de corte sem armadura VRd,cc [kN] 346,210 343,000 1,00
    Inclinação da escora cot Θ [-] 1.88 1,87 1,00
    Armadura de corte necessária asw,nec [cm2/m] 8,95 9,11 0,98
  2. Vão 2:

O cálculo dos estribos é realizado de forma análoga ao vão 1.

Vão 2
Parâmetros Símbolo Unidade RFEM Solução analítica Relação
Altura efetiva [BUG.DESCRIPTION] [m] 1,440 1,440 1,02
Força de corte no apoio B VEd,B [kN] 886,580 855,000 1,03
Força de corte do dimensionamento VEd,B,d [kN] 613,100 584,000 1,05
Capacidade de corte sem armadura VRd,cc [kN] 346,210 343,000 1,00
Inclinação da escora cot Θ [-] 2.75 2.91 0,95
Armadura de corte necessária asw,nec [cm2/m] 3,94 3,58 1.10

  1. As diferenças nos resultados para o vão 2 devem-se ao facto de a literatura ter considerado a força de corte no apoio B após a redistribuição dos momentos. Contudo, a redistribuição do momento não influencia o dimensionamento da força de corte no RFEM.

Referências
  1. Associação Alemã de Engenharia de Estruturas e Betão E. V, exemplos para dimensionamento segundo o Eurocódigo 2. Volume 1: Construção de edifícios, Berlim: Ernst & Sohn 2012, 1º prémio reimpressão corrigida de 1. Edição, 978-3-433-01877-4