Enrijecedor da alma do pilar

Descrição

O objetivo deste estudo é a verificação do método dos elementos finitos baseado em componentes (CBFEM) de um enrijecedor da alma do pilar de classe 4 numa junta viga-pilar, com um modelo FEA de investigação (RFEM) criado no software Dlubal RFEM e com o método das componentes (CM).

Modelo FEA de investigação

O modelo FEA de investigação (RFEM) é utilizado para verificar o modelo CBFEM. No modelo numérico, são aplicados elementos de casca quadrilaterais de 4 nós com nós nos seus cantos. É aplicada uma análise geometricamente e materialmente não linear com imperfeições (GMNIA). As imperfeições geométricas equivalentes são derivadas do primeiro modo de encurvadura, e a amplitude é definida de acordo com o Anexo C da EN 1993-1-5:2006. O modelo numérico é apresentado na Fig. 6.3.1.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.1 Modelo FEA de investigação de uma junta viga-pilar com enrijecedor esbelto da alma do pilar}}}$$

CBFEM

O procedimento de cálculo para chapas esbeltas é descrito na secção 3.10. A análise linear de encurvadura está implementada no software. O cálculo das resistências de cálculo é efetuado de acordo com o procedimento de cálculo. F_CBFEM é interpolado pelo utilizador até que ρ ∙ α_ult,k/γ_M1 seja igual a 1. É estudada uma junta viga-pilar com um enrijecedor esbelto da alma do pilar. A mesma secção transversal é utilizada para a viga e para o pilar. A espessura do enrijecedor da alma do pilar varia. A geometria dos exemplos é descrita no Quadro 6.3.1. A junta é carregada por momento fletor.

Quadro 6.3.1 Visão geral dos exemplos

Comportamento global e verificação

O comportamento global de uma junta viga-pilar com um enrijecedor esbelto da alma do pilar de espessura 3 mm, descrito pelo diagrama momento-rotação no modelo CBFEM, é apresentado na Fig. 6.3.2. A atenção é focada nas características principais: resistência de cálculo e carga crítica. O diagrama é completado com um ponto onde a plastificação se inicia e a resistência por deformação plástica de 5%.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.2 Curva momento-rotação do exemplo t3}}}$$

Verificação da resistência

A resistência de cálculo calculada pelo software CBFEM Idea StatiCa é comparada com o RFEM. A comparação é focada na resistência de cálculo e na carga crítica. Os resultados estão ordenados no Quadro 6.3.2. O diagrama na Fig. 6.3.3 c) mostra a influência da espessura do enrijecedor da alma do pilar nas resistências e cargas críticas dos exemplos analisados.

Quadro 6.3.2 Resistências de cálculo e cargas críticas do RFEM e CBFEM

Os resultados mostram uma muito boa concordância na carga crítica e na resistência de cálculo. O modelo CBFEM da junta com enrijecedor da alma de espessura 3 mm é apresentado na Fig. 6.3.3a. O primeiro modo de encurvadura da junta é apresentado na Fig. 6.3.3b.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{a)}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{b)}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{c)}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.3 a) Modelo geométrico b) Primeiro modo de encurvadura c) Influência da espessura do enrijecedor nas resistências e cargas críticas}}}$$

Os estudos de verificação confirmaram a precisão do modelo CBFEM para a previsão do comportamento do enrijecedor da alma do pilar. Os resultados do CBFEM são comparados com os resultados do RFEM. Todos os procedimentos preveem um comportamento global semelhante da junta. A diferença na resistência de cálculo é em todos os casos inferior a 10%.

Exemplo de referência

Dados de entrada

Viga

• Aço S235
• Espessura do banzo t_f = 20 mm
• Largura do banzo b_f = 400 mm
• Espessura da alma t_w = 12 mm
• Altura da alma h_w = 600 mm

Pilar

• Aço S235
• Espessura do banzo t_f = 20 mm
• Largura do banzo b_f = 400 mm
• Espessura da alma t_w = 12 mm
• Altura da alma h_w = 560 mm
• Altura da secção h = 600 mm

Enrijecedor superior da alma do pilar

• Aço S235
• Espessura do enrijecedor t_w = 20 mm
• Largura do enrijecedor h_w = 400 mm

Enrijecedor inferior da alma do pilar

• Aço S235
• Espessura do enrijecedor t_w = 3 mm
• Largura do enrijecedor h_w = 400 mm

Configuração normativa – Modelo e malha

• Número de elementos na alma ou banzo do maior elemento 24

Resultados

• Resistência plástica CBFEM = 589 kNm
• Resistência de cálculo à encurvadura CBFEM (kNm) = 309 kNm
• Fator de carga crítica de encurvadura (para resistência de cálculo à encurvadura = 309 kNm) α_cr = 0,97
• Fator de carga por deformação plástica de 5% α_ult,k = Resistência plástica CBFEM / Resistência de cálculo à encurvadura CBFEM = 589/309 = 1,91