Tipo de ligação: Ligação com chapa de alma
Sistema de unidades: Métrico
Dimensionado de acordo com: AS 4100
Verificado: Parafusos, metal de base, soldaduras
Material da chapa: Grau 300
Parafusos: M20 Grau 8.8
Soldaduras: soldaduras de filete com dimensão de 8 mm e resistência de 490 MPa
Exemplo retirado de: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Capítulo 9.4.1.3
Geometria
A viga UB 406×178×60 é ligada ao pilar UC 254×254×89 por uma chapa de alma com dimensões 280×90 mm. São utilizados quatro parafusos M20 grau 8.8 com espaçamento de 70 mm. Assume-se que a viga não pode rodar nem ser carregada pelo momento fletor em torno do eixo mais fraco devido às vigas de distribuição e aos pavimentos.
Ação aplicada
A viga é carregada por força de corte. Para ser conservador, no dimensionamento dos parafusos, a força de corte deve ser considerada na posição da face do pilar, de modo que o grupo de parafusos seja também carregado pelo momento fletor – selecionar forças na posição 130 mm. Para o dimensionamento da chapa de alma e das soldaduras, a força de corte deve ser aplicada na posição do centro de gravidade dos parafusos na alma da viga – selecionar forças nos parafusos.
Resultados do cálculo manual
Os resultados de B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Capítulo 9.4.1.3 são utilizados como cálculo manual. A força de corte máxima que atua no parafuso é de 85,9 kN. Este valor está próximo da resistência ao corte do parafuso – 92,6 kN. As resistências da chapa – capacidade de esmagamento e rasgamento de cálculo – são quase o dobro. A resistência ao corte da chapa de alma é de 322,6 kN, valor próximo da ação aplicada. As soldaduras de filete têm dimensão de 8 mm e grau 490 MPa; a resistência é , a força por unidade de comprimento vertical é de 0,84 kN/mm, pelo que a reserva é de 37 %. O elo mais fraco são os parafusos. Com a hipótese de distribuição linear de forças nos parafusos, a força máxima aplicada pode ser de 270 kN.
Resultados do IDEA StatiCa
A posição de carga determinante para esta ligação é na face do pilar. O grupo de parafusos é carregado pela força de corte e pelo momento fletor. Para uma carga de corte de 270 kN, o parafuso mais solicitado é carregado pela força de corte, V*f = 92,1 kN, e por uma pequena força de tração, N*f = 13,5 kN, devido à deformação da chapa de alma unilateral. Para esta carga de 270 kN, o parafuso mais solicitado apresenta uma utilização de 99,9 % e a ligação atingiu a sua resistência máxima. Esta posição da força de corte é também determinante para a resistência do aço da chapa de alma; a deformação de 5% é atingida para uma carga de 305 kN.
A posição da carga de corte na posição dos parafusos é determinante para o dimensionamento das soldaduras. A resistência da chapa de alma é inferior à das soldaduras e colapsa para uma carga de corte aplicada de 335 kN. A deformação plástica da chapa de alma é apresentada na forma deformada na figura abaixo.
Para ligações sujeitas a forças de corte extremas, é importante escolher cuidadosamente a posição da carga de corte, uma vez que vários elementos são também carregados por momentos fletores significativos causados por esta força de corte num braço de alavanca.
Comparação
A resistência ao corte da ligação com chapa de alma foi determinada como 270 kN tanto no cálculo manual como no IDEA StatiCa, devido à resistência ao corte dos parafusos. Tanto a avaliação manual como a avaliação por software apresentaram resistência e modo de rotura idênticos.