Idea Statica
  • Aço
  • Betão
  • Apoio e aprendizagem
  • Preços
  • Empresa
  • Visão geral do aço
  • Design de conexão
  • Conceção dos membros
  • Conceção paramétrica
  • Estudos de casos de aço
  • Vista geral do concreto
  • Conceção da ancoragem
  • Estudos de casos concretos
  • Centro de apoio
  • E-learning e certificação
  • Blog
  • Transferências e licenças
  • Planos
  • Ferramenta gratuita da comunidade
  • Clientes empresariais
  • Estudantes e educadores
  • Sobre nós
  • Contacto
  • Investigação e desenvolvimento
  • Revendedores autorizados
  • Conheça os nossos clientes
  • Aço
    Visão geral do açoDesign de conexãoConceção dos membrosConceção paramétricaEstudos de casos de aço
  • Betão
    Vista geral do concretoConceção da ancoragemEstudos de casos concretos
  • Apoio e aprendizagem
    Centro de apoioE-learning e certificaçãoBlogTransferências e licenças
  • Preços
    PlanosFerramenta gratuita da comunidadeClientes empresariaisEstudantes e educadores
  • Empresa
    Sobre nósContactoInvestigação e desenvolvimentoRevendedores autorizadosConheça os nossos clientes
Teste de 14 Dias
Teste de 14 Dias
  • Aço
  • Betão
  • Apoio e aprendizagem
  • Preços
  • Empresa

Subscreva a nossa newsletter

Empresa

  • Sobre nós
  • Parcerias
  • Carreiras
  • Tecnologia patenteada para engenheiros estruturais

Recursos

  • Projetos de clientes
  • Casos de estudo
  • IDEA StatiCa Connection Library
  • Livros de verificação

Legal

  • IDEA StatiCa CONTRATO DE LICENÇA DE UTILIZADOR FINAL
  • Política de privacidade global
  • Termos de Serviço – IDEA StatiCa Viewer
  • Licenciamento

Ajuda

  • Contato
  • Pedido de cotação
  • Revendedores
  • Downloads
FacebookInstagramLinkedInYouTube

© IDEA StatiCa 2009-2026

Confiado e utilizado em todo o mundo por engenheiros, fabricantes e consultores.

Centro de SuporteExemplos de verificaçãoSoldadura de filete em ligação com chapa de alma
Soldadura de filete em ligação com chapa de alma
SteelVerificationsEN (Eurocode)CBFEMWelds

Soldadura de filete em ligação com chapa de alma

Este artigo também está disponível em
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH
Traduzido por IA do inglês

Este é um capítulo selecionado do livro Component-based finite element design of steel connections do prof. Wald et al. O capítulo é dedicado à verificação de soldaduras.

Descrição

Neste capítulo, o método dos elementos finitos baseado em componentes (CBFEM) de uma soldadura de filete numa ligação com chapa de alma é verificado com o método das componentes (CM). A chapa de alma é soldada a um pilar de secção aberta HEB. A altura da chapa de alma varia entre 150 e 300 mm. A chapa/soldadura é carregada por força normal, força de corte e momento fletor.

Modelo analítico

A soldadura de filete é o único componente analisado no estudo. As soldaduras são dimensionadas para serem o componente mais fraco da ligação, de acordo com o Capítulo 4 da EN 1993-1-8:2005. A resistência de cálculo da soldadura de filete é descrita na Secção 4.1. A visão geral dos exemplos considerados e do material é apresentada no Quadro 4.3.1. São considerados três casos de carga: força normal N, força de corte V e momento fletor M. A geometria da ligação com as dimensões é apresentada na Fig. 4.3.1.

Cálculo da resistência normal da soldadura 

σ⊥2+3⋅(τ⊥2+τ∥2)≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + 3 \cdot \left( \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2\right)} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}σ⊥2​+3⋅(τ⊥2​+τ∥2​)​≤βw​⋅γM2​fu​​

σ⊥=τ⊥=σN2=Nl⋅a⋅12\sigma_{\perp} = \tau_{\perp} = \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} = \frac{N}{l \cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}}σ⊥​=τ⊥​=2​σN​​=l⋅aN​⋅2​1​

τ∥=0\tau_{\parallel} = 0τ∥​=0

(σN2)2+3⋅(σN2)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \left( \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} \right)^2 + 3 \cdot \left( \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}(2​σN​​)2+3⋅(2​σN​​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

(Nl⋅a⋅12)2+3⋅(Nltw⋅a⋅12)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \left( \frac{N}{l \cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2 + 3 \cdot \left( \frac{N}{l_\mathrm{tw} \cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}(l⋅aN​⋅2​1​)2+3⋅(ltw​⋅aN​⋅2​1​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

N≤fu⋅l⋅aβw ⋅ γM2 ⋅ 2N \leq \frac{f_{u} \cdot l\cdot a }{\beta_{\mathrm{w}}  \cdot  \gamma_{\mathrm{M2}}  \cdot  \sqrt{2}}N≤βw​ ⋅ γM2​ ⋅ 2​fu​⋅l⋅a​

σ⊥≤fu ⋅ 0.9γM2\sigma_{\perp} \leq \frac{f_{u}  \cdot  0.9}{ \gamma_{\mathrm{M2}}}σ⊥​≤γM2​fu​ ⋅ 0.9​

N≤fu ⋅ l ⋅ a ⋅ 0.9 ⋅ 2γM2N \leq \frac{f_{u}  \cdot  l  \cdot  a  \cdot  0.9  \cdot  \sqrt{2}}{ \gamma_{\mathrm{M2}} }N≤γM2​fu​ ⋅ l ⋅ a ⋅ 0.9 ⋅ 2​​

Onde:

aaa - espessura de garganta da soldadura

NNN - força normal atuante na viga

lll - comprimento total da soldadura 

βw\beta_{\mathrm{w}}βw​ - fator de correlação retirado da Tabela 4.1 da EN 1993-1-8

fuf_ufu​ - resistência última à tração nominal da parte mais fraca ligada

γM2\gamma_{\mathrm{M2}}γM2​ - coeficiente parcial de segurança para soldaduras

Cálculo da resistência à flexão da soldadura 

σ⊥2+3⋅(τ⊥2+τ∥2)≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + 3 \cdot \left( \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2\right)} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}σ⊥2​+3⋅(τ⊥2​+τ∥2​)​≤βw​⋅γM2​fu​​

σ⊥=τ⊥=σN2=MW⋅12\sigma_{\perp} = \tau_{\perp} = \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} = \frac{M}{W}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}}σ⊥​=τ⊥​=2​σN​​=WM​⋅2​1​

τ∥=0\tau_{\parallel} = 0τ∥​=0

(σN2)2+3⋅(σN2)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \left( \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} \right)^2 + 3 \cdot \left( \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}(2​σN​​)2+3⋅(2​σN​​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

(MW⋅12)2+3⋅(MW⋅12)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \left( \frac{M}{W}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2 + 3 \cdot \left( \frac{M}{W}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}(WM​⋅2​1​)2+3⋅(WM​⋅2​1​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

M≤fu⋅Wβw ⋅ γM2 ⋅ 2M \leq \frac{f_{u} \cdot W }{\beta_{\mathrm{w}}  \cdot  \gamma_{\mathrm{M2}}  \cdot  \sqrt{2}}M≤βw​ ⋅ γM2​ ⋅ 2​fu​⋅W​

σ⊥≤fu ⋅ 0.9γM2\sigma_{\perp} \leq \frac{f_{u}  \cdot  0.9}{ \gamma_{\mathrm{M2}}}σ⊥​≤γM2​fu​ ⋅ 0.9​

M≤fu ⋅ W ⋅ 0.9 ⋅ 2γM2M \leq \frac{f_{u}  \cdot  W  \cdot  0.9  \cdot  \sqrt{2}}{ \gamma_{\mathrm{M2}} }M≤γM2​fu​ ⋅ W ⋅ 0.9 ⋅ 2​​

Onde:

aaa - espessura de garganta da soldadura

W=14⋅a⋅l2W = \frac{1}{4} \cdot a \cdot l^2W=41​⋅a⋅l2 - módulo plástico da secção da soldadura

MMM - momento fletor atuante na viga

lll - comprimento total da soldadura 

βw\beta_{\mathrm{w}}βw​ - fator de correlação retirado da Tabela 4.1 da EN 1993-1-8

fuf_ufu​ - resistência última à tração nominal da parte mais fraca ligada

γM2\gamma_{\mathrm{M2}}γM2​ - coeficiente parcial de segurança para soldaduras

Cálculo da resistência ao corte da soldadura

σ⊥2+3⋅(τ⊥2+τ∥2)≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + 3 \cdot \left( \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2\right)} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}σ⊥2​+3⋅(τ⊥2​+τ∥2​)​≤βw​⋅γM2​fu​​

σ⊥=τ⊥=0\sigma_{\perp} = \tau_{\perp} = 0σ⊥​=τ⊥​=0

τ∥=Vl ⋅ a\tau_{\parallel} = \frac{V}{l \cdot  a}τ∥​=l ⋅ aV​

 3⋅(τ∥)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{  3 \cdot \left( \tau_{\parallel} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}} 3⋅(τ∥​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

 3⋅( Vl⋅a)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{  3 \cdot \left(  \frac{V}{l \cdot a}\right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}} 3⋅( l⋅aV​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

V=fu ⋅ l⋅ a βw ⋅ γM2 ⋅ 3V = \frac{f_u  \cdot  l\cdot  a  }{\beta_{\mathrm{w}}  \cdot  \gamma_{\mathrm{M2}}  \cdot  \sqrt{3}}V=βw​ ⋅ γM2​ ⋅ 3​fu​ ⋅ l⋅ a ​

Onde:

aaa - espessura de garganta da soldadura

VVV - força de corte atuante na viga

lll - comprimento total da soldadura

βw\beta_{\mathrm{w}}βw​ - fator de correlação retirado da Tabela 4.1 da EN 1993-1-8

fuf_ufu​ - resistência última à tração nominal da parte mais fraca ligada

γM2\gamma_{\mathrm{M2}}γM2​ - coeficiente parcial de segurança para soldaduras

Tab. 4.3.1.N Examples overview\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.3.1.N Examples overview}}}Tab. 4.3.1.N Examples overview

Tab. 4.3.1.V Examples overview\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.3.1.V Examples overview}}}Tab. 4.3.1.V Examples overview

Tab. 4.3.1.M Examples overview\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.3.1.M Examples overview}}}Tab. 4.3.1.M Examples overview

Fig. 4.3.1 Joint geometry with dimensions\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.1 Joint geometry with dimensions}}}Fig. 4.3.1 Joint geometry with dimensions

Modelo numérico

O componente de soldadura no CBFEM é descrito em Fundamentos teóricos gerais e em Fundamentos teóricos EN. O modelo de soldadura possui um diagrama de material elasto-plástico, e os picos de tensão são redistribuídos ao longo do comprimento da soldadura.

Verificação da resistência

A resistência de cálculo calculada pelo CBFEM é comparada com os resultados do CM. A comparação é apresentada no Quadro 4.3.2. O estudo é realizado para um parâmetro: comprimento da soldadura, ou seja, altura da chapa de alma, e três casos de carga: força normal, força de corte e momento fletor. A força de corte é aplicada no plano da soldadura para desprezar o efeito de um momento fletor adicional. O momento fletor é aplicado na extremidade da chapa de alma. A influência do comprimento da soldadura na resistência de cálculo das ligações com chapa de alma carregadas por força normal e força de corte é apresentada na Fig. 4.3.2. A relação entre o comprimento da soldadura e a resistência ao momento fletor da ligação é apresentada na Fig. 4.3.3.

Tab. 4.3.2 Comparison of CBFEM and CM\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.3.2 Comparison of CBFEM and CM}}}Tab. 4.3.2 Comparison of CBFEM and CM

Os resultados do CBFEM e do CM são comparados e o estudo de sensibilidade é apresentado. A influência do comprimento da soldadura na resistência de cálculo de uma ligação com chapa de alma carregada por força normal é apresentada na Fig. 4.3.2, por força de corte na Fig. 4.3.3, e por momento fletor na Fig. 4.3.4. O estudo demonstra boa concordância para todos os casos de carga aplicados.

Fig. 4.3.2 Parametric study of fin plate joint loaded by normal force\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.2 Parametric study of fin plate joint loaded by normal force}}}Fig. 4.3.2 Parametric study of fin plate joint loaded by normal force

Fig. 4.3.3 Parametric study of fin plate joint loaded by shear force\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.3 Parametric study of fin plate joint loaded by shear force}}}Fig. 4.3.3 Parametric study of fin plate joint loaded by shear force

Fig. 4.3.4 Parametric study of fin plate joint loaded by bending moment\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.4 Parametric study of fin plate joint loaded by bending moment}}}Fig. 4.3.4 Parametric study of fin plate joint loaded by bending moment

Para ilustrar a precisão do modelo CBFEM, os resultados dos estudos paramétricos são resumidos num diagrama que compara as resistências de cálculo do CBFEM e do CM; ver Fig. 4.3.5. Os resultados mostram que a diferença entre os dois métodos de cálculo é, em todos os casos, inferior a 10 %.

Fig. 4.3.5 Verification of CBFEM to CM\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.5 Verification of CBFEM to CM}}}Fig. 4.3.5 Verification of CBFEM to CM

Exemplo de referência

Dados de entrada

Pilar

  • Aço S235
  • HEB 400

Chapa de alma

  • Espessura tp = 15 mm
  • Altura hp = 175 mm

Soldadura, soldadura de filete dupla, ver Fig. 4.3.6

  • Espessura de garganta aw = 3 mm

Resultados

  • Resistência de cálculo à flexão pura MRd = 11,4 kNm

Fig. 4.3.6 Benchmark example for the welded fin plate joint\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.6 Benchmark example for the welded fin plate joint}}}Fig. 4.3.6 Benchmark example for the welded fin plate joint

Abrir no VisualizadorTransferir