Ligações aparafusadas, naves de perfis laminados e compostos em duplo T

ÍNDICE

• Normas implementadas para o cálculo de ligações aparafusadas
• Normas de aço
• Séries de parafusos

• Tipologia de ligações aparafusadas implementadas
• Opções de cálculo
• Ligações aparafusadas pré-esforçadas e não pré-esforçadas
• Dimensionamento de ligações aparafusadas
• Características gerais
• Extremos indeformáveis das barras

• Rigidezes rotacionais em extremos de peças

• Critérios de dimensionamento para ligações aparafusadas pré-esforçadas
• Consulta de ligações aparafusadas
• Placas de amarração dimensionadas com o módulo Ligações II
• Listagens de ligações aparafusadas
• Desenhos de ligações aparafusadas

Normas implementadas para o cálculo de ligações aparafusadas

Norma de aço

As normas implementadas para o cálculo de ligações aparafusadas no CYPECAD, CYPE 3D e nas Estruturas 3D integradas de CYPECAD são as seguintes:

• ABNT NBR 8800 (Brasil)
• ABNT NBR 8800:2008 (Brasil)
• ANSI/AISC 360-05 (LRFD) (USA - Internacional)
• ANSI/AISC 360-10 (LRFD) (USA - Internacional)
• CTE DB SE-A (Espanha)
• EAE (Espanha)
• Eurocódigo 3 EN 1993-1-8:2005 (Documento geral)
• Eurocódigo 3 NF EN 1993-1-8/NA:2007-07 (com Documento Nacional de Aplicação para França)
• Eurocódigo 3 NP EN 1993-1-8:2005/NA:2010 (com Documento Nacional de Aplicação para Portugal)
• Eurocódigo 3 UNI EN 1993-1-8:2005 (Documento geral adaptado para Itália)
• IS 800: 2007 (India)
• NTC: 14-01-2008 (Itália)

Também estão implementadas as correcções que o CEN (European Committee For Standardization) realizou no Eurocódigo 3 (EN 1993-1-8:2005/AC:2009).

Séries de parafusos

Dependendo da norma de aço utilizada, as séries de parafusos que se podem utilizar são as que se indicam na seguinte tabela.

Normas de aço	Séries de parafusos pré-esforçados	Séries de parafusos não pré-esforçados
ABNT NBR 8800 (Brasil) ABNT NBR 8800:2008 (Brasil)	ASTM A307 ASTM A325 ASTM A490 ASTM A325 M ASTM A490 M ISO 4016	ASTM A325 ASTM A490 ASTM A325 M ASTM A490 M
ANSI/AISC 360-05 (LRFD) (USA - Internacional) ANSI/AISC 360-10 (LRFD) (USA - Internacional)	ASTM A307 ASTM A325 ASTM A490 ASTM A325 M ASTM A490 M
CTE DB SE-A (Espanha) EAE (Espanha) Eurocódigo 3 EN 1993-1-8:2005 (Documento geral) Eurocódigo 3 NF EN 1993-1-8/NA:2007-07 (com DNA para França) Eurocódigo 3 NP EN 1993-1-8:2005/NA:2010 (com DNA para Portugal) Eurocódigo 3 UNI EN 1993-1-8:2005 (Documento geral adaptado para Itália) NTC: 14-01-2008 (Itália)	ISO 7411 ISO 7412 EN 14399-3, Sistema HR EN 14399-4, Sistema HV	ISO 4014 ISO 4017
IS 800: 2007 (India)	ISO 7411 ISO 7412

 

Tipologia de ligações aparafusadas implementadas para naves

Ligação aparafusada de uma viga encastrada ao banzo do pilar mediante chapa frontal	Ligação aparafusada de uma viga encastrada ao banzo do pilar mediante chapa frontal, e com uma viga ortogonal articulada à alma do mesmo mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de uma viga encastrada ao banzo do pilar mediante chapa frontal, e com duas vigas ortogonais articuladas à alma do mesmo mediante chapas laterais
Ligação aparafusada de uma viga com cartela inferior encastrada ao banzo do pilar mediante chapa frontal	Ligação aparafusada de uma viga com cartela inferior encastrada ao banzo do pilar mediante chapa frontal, e com uma viga ortogonal articulada à alma do mesmo mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de uma viga com cartela inferior encastrada ao banzo do pilar mediante chapa frontal, e com duas vigas ortogonais articuladas à alma do mesmo mediante chapas laterais
Ligação aparafusada de uma viga encastrada ao banzo do pilar contínuo mediante chapa frontal	Ligação aparafusada de uma viga encastrada ao banzo do pilar contínuo mediante chapa frontal, e com uma viga ortogonal articulada à alma do mesmo mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de uma viga encastrada ao banzo do pilar contínuo mediante chapa frontal, e com duas vigas ortogonais articuladas à alma do mesmo mediante chapas laterais
Ligação aparafusada de uma viga com cartela inferior encastrada ao banzo do pilar contínuo mediante chapa frontal	Ligação aparafusada de uma viga com cartela inferior encastrada ao banzo do pilar contínuo mediante chapa frontal, e com uma viga ortogonal articulada à alma do mesmo mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de uma viga com cartela inferior encastrada ao banzo do pilar contínuo mediante chapa frontal, e com duas vigas ortogonais articuladas à alma do mesmo mediante chapas laterais
Ligação aparafusada de duas vigas encastradas aos banzos do pilar mediante chapas frontais	Ligação aparafusada de duas vigas encastradas aos banzos do pilar mediante chapas frontais, e com uma viga ortogonal articulada à alma do mesmo mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de duas vigas encastradas aos banzos do pilar mediante chapas frontais, e com duas vigas ortogonais articuladas à alma do mesmo mediante chapas laterais
Ligação aparafusada de duas vigas com cartelas encastradas aos banzos do pilar mediante chapas frontais	Ligação aparafusada de duas vigas com cartelas encastradas aos banzos do pilar mediante chapas frontais, e com uma viga ortogonal articulada à alma do mesmo mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de duas vigas com cartelas encastradas aos banzos do pilar mediante chapas frontais, e com duas vigas ortogonais articuladas à alma do mesmo mediante chapas laterais
Ligação aparafusada de duas vigas encastradas aos banzos do pilar contínuo mediante chapas frontais	Ligação aparafusada de duas vigas encastradas aos banzos do pilar contínuo mediante chapas frontais, e com uma viga ortogonal articulada à alma do mesmo mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de duas vigas encastradas aos banzos do pilar contínuo mediante chapas frontais, e com duas vigas ortogonais articuladas à alma do mesmo mediante chapas laterais
Ligação aparafusada de duas vigas com cartelas encastradas aos banzos do pilar contínuo mediante chapas frontais	Ligação aparafusada de duas vigas com cartelas encastradas aos banzos do pilar contínuo mediante chapas frontais, e com uma viga ortogonal articulada à alma do mesmo mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de duas vigas com cartelas encastradas aos banzos do pilar contínuo mediante chapas frontais, e com duas vigas ortogonais articuladas à alma do mesmo mediante chapas laterais
Ligação aparafusada de uma viga articulada ao banzo do pilar mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de uma viga articulada ao banzo do pilar mediante chapa lateral, e com uma viga ortogonal articulada à alma do mesmo mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de uma viga articulada ao banzo do pilar contínuo mediante chapa lateral
Ligação aparafusada de uma viga articulada ao banzo do pilar contínuo mediante chapa lateral, e com uma viga ortogonal articulada à alma do mesmo mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de uma viga articulada à alma do pilar mediante chapa lateral	Ligação aparafusada de uma viga articulada à alma do pilar contínuo mediante chapa lateral
Ligação aparafusada de duas vigas articuladas à alma do pilar mediante chapas laterais	Ligação aparafusada de duas vigas articuladas à alma do pilar contínuo mediante chapas laterais	Viga contínua apoiada sobre cabeça do pilar mediante chapa frontal articulada (alma da viga perpendicular à alma do pilar)
Ligação aparafusada na cumeeira de vigas encastradas entre si mediante chapas frontais	Ligação aparafusada na cumeeira de vigas com cartelas inferiores encastradas entre si mediante chapas frontais	Ligação aparafusada de uma viga articulada a outra mediante chapa lateral
Ligação aparafusada de duas vigas articuladas a outra mediante chapas laterais	Ligação aparafusada de duas peças de igual perfil em prolongamento recto mediante chapas frontais

Opções de cálculo

As opções de cálculo para ligações soldadas e aparafusadas podem configurar-se no diálogo Opções. Este diálogo acede-se desde as seguintes opções do menu:

• No CYPECAD e nas suas Estruturas 3D integradas:
• Separador Entrada de vigas> menu Obra> Opções de cálculo para ligações
• Separador Resultados> menu Ligações> Opções de cálculo para ligações
• No CYPE 3D:
• Menu Ligações> Opções

Este diálogo dispõe de três separadores:

• Parafusos não pré-esforçados
  Contém as opções de cálculo para os parafusos não pré-esforçados (Normas das séries de parafusos, Classes de aço dos parafusos e Diâmetros disponíveis). As opções aqui seleccionadas só afectam o cálculo de ligações aparafusadas.
• Parafusos pré-esforçados
  Contém as opções de cálculo para os parafusos pré-esforçados (Normas das séries de parafusos, Classes de aço dos parafusos, Diâmetros disponíveis e Classe da superfície de atrito). As opções aqui seleccionadas só afectam o cálculo de ligações aparafusadas.
• Rigidificadores
  Contém dois grupos de opções que configuram a disposição de rigidificadores:
  • Rigidificadores no extremo das cartelas
    Dispõe de duas opções cuja activação obriga o programa a colocar sempre rigidificadores, uma para ligações pilar-viga e outra para ligações de cumeeira. Afecta o cálculo de ligações soldadas do módulo Ligações I e o cálculo de ligações aparafusadas do módulo Ligações II.
  • Rigidificadores para vigas encastradas na alma do pilar
    Permite activar o recorte dos rigidificadores para as vigas encastradas na alma de pilares. Só afecta as ligações soldadas do módulo Ligações III e Ligações IV (os outros módulos não contemplam ligações de vigas encastradas à alma de pilares).
    
    Esta opção não implica alterações na verificação estrutural, mas sim apenas em aspectos relacionados com a estética e com a maior ou menor quantidade de operações de corte na fase de fabrico. Ao activar o recorte, este realiza-se se forem cumpridos os seguintes requisitos:
    • O lado menor do recorte deve ser maior que 10 mm.
    • O ângulo formado pelo lado inclinado do recorte com a perpendicular à alma do pilar deve ser maior que 15 graus.

Ligações aparafusadas pré-esforçadas e não pré-esforçadas

CYPE 3D e Estruturas 3D integradas de CYPECAD permitem calcular as ligações aparafusadas com parafusos pré-esforçados ou não pré-esforçados. Esta opção encontra-se no diálogo Cálculo (menu Cálculo > Calcular) ou no diálogo de cálculo de ligações (menu Ligações > Calcular).

Quando se calcula a estrutura tendo em conta o efeito do sismo, o programa obriga ou recomenda a utilização de parafusos pré-esforçados dependendo da norma sismo resistente seleccionada. Se essa norma obriga a utilizar parafusos pré-esforçados nas ligações, o programa selecciona esta opção e não permite que seja desactivada. Se a norma sismo resistente não obriga a utilizar parafusos pré-esforçados, o programa recorda o utilizador que é aconselhável tal e como se recomenda no Eurocódigo 8.
Quando se utilizam parafusos pré-esforçados o programa também indica as classes de superfícies de atrito que devem utilizar-se, no caso que a superfície de atrito seleccionada pelo utilizador em opções de cálculo não seja adequada.

Se os avisos não são atendidos pelo utilizador, é possível que a ligação aparafusada pré-esforçada não seja dimensionada pelo programa. Em tal caso, quando o utilizador consulta as ligações dispõe do cálculo, o programa indica como erro os motivos que impediram o seu dimensionamento.

Dimensionamento de ligações aparafusadas

Características gerais

Se durante o processo de cálculo da estrutura detectam-se nós cuja ligação é possível de ser resolvida pelo programa, esta dimensionará as ligações e dará como resultado os desenhos com os pormenores construtivos, as vistas 3D e as listagens de verificação e medição das mesmas.
No dimensionamento das ligações aparafusadas, o programa calcula as dimensões das chapas e dos rigidificadores, uma disposição de parafusos óptima e as gargantas das soldaduras necessárias para a correcta transmissão de tensões na ligação.
O programa dimensiona ligações aparafusadas mediante chapa frontal ou chapa lateral:

• Ligações encastradas mediante chapa frontal. Este tipo de solução é utilizado pelo programa nos encastramentos das vigas aos pilares, em empalmes de peças e no encontro de vigas em cumeeira.
• Ligações articuladas com chapa lateral. Este tipo de solução é utilizado pelo programa nas articulações das vigas às almas e banzos dos pilares.
• Ligações articuladas com chapa frontal. Este tipo de solução é utilizado pelo programa nos extremos de pilares articulados onde apoiam vigas formando peças contínuas.

 

Extremos indeformáveis das barras

Quando se calculam as ligações soldadas ou aparafusadas, ou quando se calcula a estrutura junto com as ligações, o programa analisa em cada nó da obra a disposição espacial das barras, e as condições de vinculação de tal maneira que, para barras de aço, determina as dimensões dos nós e gera os extremos rígidos onde as partes das barras por estarem contidas dentro do nó consideram-se indeformáveis.

Rigidezes rotacionais em extremos de peças

Nos extremos de peças (barras ou conjunto de barras alinhadas que formam uma peça), o programa permite atribuir os coeficientes de encastramento xy e xz ou atribuir rigidezes rotacionais nesses planos. A definição das rigidezes rotacionais permite a modelização das ligações cuja rigidez à rotação é fundamental considerar, como é o caso das ligações aparafusadas.

Em cada ligação aparafusada dimensionada, o programa também calcula (para todas as combinações de esforços actuantes) as rigidezes rotacionais de cada peça encastrada à ligação e selecciona um valor para cada extremo da peça que será o que proporá ao utilizador para um novo cálculo da estrutura. A rigidez proposta será a menor das calculadas em cada peça, à qual corresponde a de maior momento positivo ou negativo.

Após o cálculo e nas peças encastradas a ligações aparafusadas, se o utilizador não definiu a rigidez rotacional ou se o valor introduzido difere em mais de 20% do proposto pelo programa, avisa-se desta situação. Isto surge indicado numa advertência como relatório final do cálculo ou mediante a opção Mostrar as mensagens de erro do menu Cálculo.

Com a opção Gestão de rigidezes rotacionais do menu Ligações, o utilizador pode fazer a substituição dos valores que o mesmo introduziu pelos que propõe o programa (em extremos de peças encastradas mediante ligações aparafusadas dimensionadas pelo programa). Esta opção activa uma janela com duas possibilidades:

• Rever os valores de rigidez rotacional atribuídos
  Mostra em cor verde os extremos de peça cujas rigidezes rotacionais se ajustam às propostas pelo programa; enquanto a cor vermelho se mostram os que tem uma rigidez que difere mais de 20% da proposta.
  
  Posicionando o cursor sobre um destes extremos de peça, o programa mostra uma etiqueta com as mensagens associadas a esse extremo e salienta a cor azul ciano todos os extremos de peça da estrutura que formam parte do mesmo tipo de ligação e que tem atribuído a mesma rigidez rotacional.
  
  Seleccionando o extremo de peça desejado, mostra-se uma janela que contém informação sobre o tipo de encastramento atribuído ao extremo da peça e o valor de rigidez rotacional proposto pelo programa, assim como o gráfico de comportamento da ligação expresso mediante a curva momento-rotação.
  
  Nesta janela permite-se conservar os valores originais ou modificá-los. Se alteram-se, a modificação afecta todas as peças do mesmo tipo (as salientes a azul ciano quando se seleccionou um extremo). Esta janela também dispõe de uma ajuda informativa (ícone ) na qual se pormenorizam minuciosamente os critérios seguidos pelo programa para obter a rigidez rotacional que propõe ao utilizador.
• Atribuir a todas as peças o valor proposto de rigidez rotacional
  Atribuir automaticamente os valores de rigidez rotacional propostos pelo programa aos seguintes extremos de peça (só nos extremos de peças encastradas a ligações aparafusadas):
• Aqueles cuja rigidez rotacional introduzida difere mais de 20% da proposta.
• Aqueles nos que o utilizador não indicou nenhuma rigidez rotacional.

Seguidamente, o programa permite consultar os extremos de peça da mesma maneira que se faz na opção Rever os valores de rigidez rotacional atribuídos.

Após atribuir as rigidezes rotacionais propostas pelo programa aos extremos de peças, é necessário recalcular a estrutura para que se tenha em conta a nova distribuição de esforços que implica a alteração das rigidezes rotacionais. O programa adverte desta situação.

Critérios de dimensionamento para ligações aparafusadas pré-esforçadas

Nas ligações aparafusadas pré-esforçadas substituiu-se a verificação ao esforço transverso da secção transversal dos parafusos pela verificação ao deslizamento no Estado Limite Último (E.L.U.) e analisa-se a interacção tracção mais deslizamento.

Quando o utilizador activa a acção do sismo para o cálculo da estrutura, as ligações aparafusadas pré-esforçadas encastradas calculam-se para um Modo de Rotura 1, quer dizer, a rotura acontecerá antes por plastificação da chapa frontal da ligação e não pela rotura dos parafusos. Portanto, quando se têm em conta o efeito do sismo, os parafusos dimensionados são de maior diâmetro para garantir uma capacidade de rotação suficiente.

Consulta de ligações aparafusadas

Após o cálculo poderá consultar as ligações que foram dimensionadas pelo programa.

CYPECAD e CYPE 3D coloca círculos de diferentes cores nos nós para indicar se todas as ligações do nó foram dimensionadas, se só existem algumas dimensionadas ou se o nó não contém nenhuma ligação dimensionada.

Se o cursor se aproxima de um nó em que haja ligações dimensionadas, mostra-se uma nota informativa em que se indicam os tipos de ligações dimensionadas associadas a esse nó, premindo sobre ele mostra-se um diálogo com três separadores que contém a seguinte informação:

• Os pormenores construtivos das ligações dimensionadas
• A listagem de verificação e medição das ligações dimensionadas
• Vistas 3D reais das ligações. É possível visualizar uma vista 3D real de cada ligação dimensionada pelo programa na perspectiva cónica ou isométrica. Os elementos que compõem a ligação (pilares, vigas, rigidificadores, soldaduras) desenham-se com cores diferentes. As soldaduras representam-se em duas cores para diferenciar as que se realizam na oficina das que se realizam em obra. Além disso, o utilizador pode rodar e ampliar livremente a vista 3D. Estas características facilitam a compreensão da montagem da ligação. A vista 3D das ligações pode visualizar-se seleccionando o separador Vista 3D que aparece na parte inferior da janela que se activa quando se consulta uma ligação.

Se o cursor se aproxima de um nó onde existem ligações não dimensionadas, mas que pertencem a algum dos tipos de ligações permitidas pelo programa, mostra-se uma nota informativa onde se indica as causas que impediram o seu dimensionamento. A vista 3D mostra-se com os elementos que se conseguiram dimensionar.

Embora a licença de utilização não disponha dos módulos de ligações, o programa permite ao utilizador activar o cálculo de ligações. Após este processo, é possível visualizar as vistas 3D das ligações que se poderiam resolver com os módulos não adquiridos, embora não mostre os pormenores, nem as listagens de verificação e medição destas ligações. Quando o cursor se posiciona sobre um destes nós, aparece um aviso que indica os módulos não adquiridos que dimensionam a ligação.

Placas de amarração dimensionadas com o módulo Ligações II

O módulo Ligações II, Aparafusadas para naves com perfis laminados e compostos em duplo T dimensiona placas de amarração sobre sapatas, maciços de encabeçamento de estacas e lajes.

Nas ligações das estruturas 3D integradas, o módulo Ligações II também dimensiona as placas de amarração se estas se encontram sobre sapatas, maciços de encabeçamento de estacas, lajes, e pilares ou vigas de betão (estes dois últimos se no nó não confluem outras vigas metálicas ou outras barras metálicas das estruturas 3D integradas).

As características das placas de amarração dimensionadas são:

• Tipos de placas: Dimensionam-se placas de amarração de perfis laminados e compostos em duplo T.
• Soldaduras: Inclui o cálculo e dimensionamento das soldaduras entre placa, rigidificadores, pilar e pernos.
• Igualação automática: Iguala automaticamente as placas de amarração (tendo em conta o tipo de perfil, os esforços e as vinculações exteriores). Deste modo e sem intervenção do utilizador, reduz-se o número de tipos diferentes de placas, uniformizando assim os resultados.
• Vista 3D com elementos e soldaduras diferenciadas: É possível ver no ecrã uma vista 3D com cores diferentes para a placa, pilar, rigidificadores, pernos, soldaduras realizadas na oficina e soldaduras realizadas em obra, do mesmo modo que se representam as ligações entre perfis em duplo T. Esta visualização funciona como uma ajuda para melhorar a compreensão da montagem do apoio.
• Pormenor da placa de amarração: Gera-se um pormenor da placa onde se indicam detalhadamente as soldaduras dimensionadas e os rigidificadores. Estes pormenores podem incluir-se nos desenhos de obra.
• Listagens de verificação e medição: Geram-se listagens de verificação e medição das placas de amarração, integrados com o resto de ligações calculadas.

No ponto Placas de amarração do CYPE 3D pode encontrar mais informação sobre o dimensionamento de placas de amarração.

• Placas de amarração dimensionadas com os módulos Ligações I, Ligações II, Ligações III e Ligações IV
• Placas de amarração dimensionadas com o módulo Placas de amarração
• Opções de cálculo para as placas de amarração
• Verificações em placas de amarração

Listagens de ligações

CYPE 3D gera uma listagem de ligações com os seguintes dados:

• Especificações das ligações soldadas
• Norma
• Materiais
• Disposições construtivas
• Verificações
• Especificações de ligações aparafusadas
• Norma
• Materiais
• Disposições construtivas (incluem-se as condições e os possíveis métodos de aperto dos parafusos pré-esforçados)
• Verificações
• Referências e simbologia
• Verificações em placas de amarração
• Relação de ligações listadas
• Memória de cálculo
• Pormenor construtivo de cada tipo de ligação
• Descrição dos componentes de cada tipo de ligação
• Resultados de verificações de cada tipo de ligação
• Medição de soldaduras, chapas e parafusos por cada tipo de ligação
• Medição conjunta de soldaduras, chapas e parafusos de todas as ligações dimensionadas

Desenhos de ligações

Os pormenores construtivos das ligações calculadas e dimensionadas pelo programa podem formar parte dos desenhos da estrutura. Os desenhos das Ligações incluem os seguintes elementos:

• Pormenor construtivo da ligação
• Quadro com especificações das ligações aparafusadas na estrutura metálica
• Norma
• Materiais
• Disposições construtivas
• Procedimentos de aperto dos parafusos pré-esforçados
• Verificações
• Quadro de referências e simbologia
• Quadro de medição conjunta de soldaduras e chapas de todas as ligações dimensionadas

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