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Aula III Estruturas Metálicas DIMENSIONAMENTO DE LIGAÇÕES.

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1 Aula III Estruturas Metálicas DIMENSIONAMENTO DE LIGAÇÕES

2 Apresentação da aula 1. Dimensionamento de ligações soldadas 2. Dimensionamento de ligações parafusadas 3. Dimensionamento de ligações parafusadas de alta resistência

3 Bibliografia ABNT NBR 8800/1986 – Dimensionamento de barras de aço. ABNT: Rio de Janeiro, RJ Queiroz, G. Dimensionamento de barras de aço. UFMG: Belo Horizonte, MG AÇOMINAS/USIMINAS. Coletânia técnica do uso do aço / O aço na construção. Matos Dias, L. A. Estruturas de aço: conceitos, técnicas e linguagem. Zigurate Ed. S. Paulo Andrade, P. B. Curso básico de estruturas de aço. IEA Ed. BH/MG

4 Aplicações Ligações de barras solicitadas a esforços normais

5 Ligações flexíveis em extremidades de vigas

6 Ligações rígidas

7

8 Emendas

9 Bases flexíveis Barras rígidas

10 Critérios de resistência (NBR 8800 – item 7.1.4) barras tracionadas ou comprimidas 1. R c > 40 kN 2.R c > N d R c > 50% R cbarra

11 Disposições construtivas (NBR 8800 – itens a ) -Grupos de solda ou de parafusos com centro de gravidade sobre o eixo que passa pelo centro de gravidade das barras; -Cantoneiras submetidas a solicitações normais têm desprezadas as excentricidades para solicitações estáticas; -Nos pontos de apoio, vigas e treliças devem ser impedidas de girar em torno de seu eixo longitudinal (vínculo de garfo)

12 1.Ligações soldadas (NBR 8800 – item 7.2) Definições Solda de entalhe Solda de filete

13 Definições SOLDA DE FILETE SOLDA DE ENTALHE - penetração total tipo 1 - penetração parcial tipos 2 a 9

14 Características geométricas: (NBR 8800 – item 7.2.2) A w – Área efetiva de solda l w – Comprimento efetivo de solda d w – Garganta efetiva de solda A w = l w. d w

15 A MB – Área efetiva do metal base l w – Comprimento efetivo de solda b 1, b 2 - Perna do cordão de solda A MB = l w. b

16 Resistências do metal solda à tração f w = 415 MPa metal solda E60XX f w = 485 MPa metal solda E70XX Resistências do metal base à tração f y = tensão de escoamento do metal base dos elementos estruturais adjacentes à ligação

17 Tração / Compressão R n = A w. f y = 0,90 Cisalhamento (soma vetorial) R n = 0,6.A w. f y = 0,90 (metal base) R n = 0,6.A w. f w = 0,75 (metal solda) 1.1.Solda de Entalhe Resistência de Cálculo - R n (NBR 8800 – item – tabela 8)

18 Tração / Compressão paralelas ao eixo da solda R n = A w. f y = 0,90 Cisalhamento (soma vetorial) R n = 0,6.A MB. f y = 0,90 (metal base) R n = 0,6.A w. f w = 0,75 (metal solda) 1.2.Solda de Filete

19 Exemplo Numérico Dimensionar a ligação soldada da figura: Solda de filete E60XX, cantoneiras aço MR250 a)Resistência da barra (C t = 0,75) N c = 0,9. A g.f y = 0,9.36,9.25 = 830 kN N c = 0,75. C t.A g.f y = 0,75.0,75.36,9.40 = 830 kN

20 b) Resistência da solda espessura da solda t max = 12,5 mm (chapa de extremidade) t min = 9,5 mm (aba da cantoneira) d > 5,0 mm comprimento da solda (diferentes para dar equilíbrio à ligação devido à sua excentricidade em relação ao eixo do c.g. da barra)

21 metal base: A MB = 0,5.(1+0,397)l 2.2= 1,397. l 2 N c = 0,9. 0,6.A MB.f y = 0,9.0,6.1,397. l 2.25 = 830 kN l 2 = 44,0 cm - l 1 = 17,5 cm > 1,5.10,2 l = 61,50 cm metal solda: A w = 0,707.0,5.(1+0,397)l 2.2=0,987. l 2 N c = 0,75. 0,6.A w.f w = 0,75.0,6.0,987. l 2.41,5 = 830 kN l 2 = 45,0 cm - l 1 = 17,9 cm l = 62,90 cm

22 Utilizando a máxima espessura de solda: b max = t cant – 1,5 mm = 9,5 –1,5 = 8,0 mm metal base: A MB = 0,8.(1+0,397)l 2.2 = 2,235. l 2 N c = 0,9. 0,6.A MB.f y = 0,9.0,6.2,235. l 2.25 = 830 kN l 2 = 27,5 cm - l 1 = 10,9 cm < 1,5.10,2 = 15,3 cm l = 42,80 cm metal solda: A w = 0,707.0,8.(1+0,397)l 2.2 = 1,58. l 2 N c = 0,75. 0,6.A w.f w = 0,75.0,6.1,58. l 2.41,5 = 830 kN l 2 = 28,1 cm - l 1 = 11,2 cm < 1,5.10,2 = 15,3 cm l = 43,40 cm

23 2.Ligações parafusadas (NBR 8800 – item 7.2) Definições Tipo de ligação Ligação por contato Ligação por atrito Solicitação nos meios de ligação Tração no parafuso Cisalhamento no parafuso

24 Características geométricas: (NBR 8800 – item 7.3.1) A r – Área efetiva à tração do parafuso A p – Área bruta, relativa ao diâmetro nominal do parafuso A b – Área efetiva para pressão de contato, relativa ao diâmetro nominal do parafuso multiplicado pela espessura da chapa adjacente A b = d.t chapa d – Diâmetro nominal do parafuso

25 Solicitação no elemento de ligação Tração no parafuso Cisalhamento no parafuso

26 Resistências do metal do parafuso à tração (anexo A) f u = 415 MPa parafusos comuns ASTM A307 f u = 825 MPa parafusos alta resistência ASTM A325 f u = 1035 MPa parafusos alta resistência ASTM A490

27 Tração R nt = 0,75.A p. f u d > 12 mm R nt = 0,95.A r. f u d > 25 mm t = 0,75 (ASTM A325 e A490) t = 0,65 (ASTM A307 e barras) Resistência de Cálculo - R n (NBR 8800 – item 7.3.2)

28 Cisalhamento ASTM A325 e A490 com plano de corte pela rosca; demais parafusos e barras R nv = 0,42.A p. f u ASTM A325 e A490 com plano de corte fora da rosca R nv = 0,60.A p. f u v = 0,65 (ASTM A325 e A490) v = 0,60 (ASTM A307 e barras)

29 Pressão de contato parafuso / parede de furos R n = α.A b. f u = 0,75 para esmagamento sem rasgamento α = 3,0 para rasgamento entre furos consecutivos, distantes de s, na direção do esforço α = (s/d)-η 1 < 3,0 para rasgamento entre furos e borda distante de e do centro do furo α = (e/d)-η 2 < 3,0

30 Combinação tração / cisalhamento (item tabela 14) Parafusos ASTM A307 t R nt < 0,64.A p. f u – 1,93.V d Parafusos ASTM A325 e A490 t R nt < 0,69.A p. f u – 1,93.V d (plano de corte na rosca) t R nt < 0,69.A p. f u – 1,50.V d (plano de corte fora da rosca)

31 Colapso por rasgamento Verificação do elemento de ligação (chapas) Áreas efetivas resistentes A v – área de cisalhamento A t – área sujeita a tensões normais

32 Resistência de Cálculo - R n (NBR 8800 – item 7.5.3) Escoamentoda seção bruta = 0,90 R n = f y tensões normais R n = 0,6.f y tensões de cisalhamento Ruptura da seção líquida efetiva = 0,75 R n = f y tensões normais R n = 0,6.f y tensões de cisalhamento

33 Exemplo Numérico Dimensionar a ligação parafusada da figura: Parafusos ASTM A325, d = ¾, cantoneiras aço MR250 a)Resistência da barra (C t = 0,75) N c = 0,9. A g.f y = 0,9.36,9.25 = 830 kN N c = 0,75. C t.A g.f y = 0,75.0,75.36,9.40 = 830 kN

34 b) Resistência dos parafusos (cisalhamento) v R nv = 0,65.0,42.A p. f u v R nv = 0,65.0,42.2,15. 82,5 = 48,4 kN Corte duplo: R c = 2. v R nv = 96,85 kN número de parafusos: n = 380/96,85 = 3,92 (4)

35 c) Pressão de contato parafuso / parede de furos R n = 0,75.α.A b. f u adotando distância recomendada entre furos (item 7.3.6) s = 3.d = 3.19 = 57 (60) mm α = (60/19) – 0,5 = 2,65 adotando distância recomendada entre furo e borda e = 30 mm > e min = 26 mm (tabela 18) α = (30/19) – 0 = 1,58 R n = 0,75.1,58.(1,9.0,95).40 = 85,56 kN R n = 85,56 < Nd/(2.n) = 380/2.4 = 47,5 kN

36 d) Colapso por rasgamento (na barra) Ruptura da seção líquida efetiva R n = 0,75.(A v +A t ) liquida. 0,6. f u Escoamento da seção bruta R n = 0,90.(A v +A t ) bruta.0,6. f y com s = 60 mm e e = 30 mm A v = (3, ,0).(0,95.2) = 39,9 cm 2 A t = (10,2 – 2,9).(0,95.2) = 13,87 cm 2 (A v +A t ) liquida = (39,9 + 13,87) – 2.3.0,95.1,9 = 42,94 (A v +A t ) bruta = (39,9 + 13,87) = 53,77 cm 2

37 Resistências de cálculo ao colapso das áreas R n = 0,75.42,94.0,6.40 = 772,9 kN R n = 0,90.53,77.0,6.25 = 725,9 kN R n > Nd = 380 kN


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