Estrutura Rígida
Geral

Estruturas rígidas constituídas pelos seguintes elementos estruturais:

Típicas formas de estruturas rígidas

Na maior parte dos casos, as estruturas rígidas são feitas de vigas, placas soldadas ou perfis laminados a quente. Algumas das formas de estruturas mais importantes são as seguintes:

Típicos cantos de estruturas rígidas

Existem 3 tipos principais de cantos em estruturas rígidas:

Nos capítulos seguintes, vamos olhar para um canto da estrutura rígida de um quadro único período. A partir deste canto o cálculo básico e o projeto estrutural necessário serão deduzidos.

Conceitos básicos dos cálculos
Vigas e Colunas

Vigas e colunas podem ser calculadas de acordo com a teoria das vigas de flexão. Ao lado do cálculo estático normal é necessário a prova de estabilidade.

Cantos rígidos da estrutura

Para armações rígidas existem na dependência do tipo de formulações de canto ainda demais válidos para a transmissão de forças no canto. Estas formulações têm influência nos cálculos e projetos dos cantos.

Normalmente o flange interior é a flange de compressão, e para este caso de uma curvatura mais reflexões devem ser realizadas.

Curvaturas

A formulação para o cálculo de curvas difere daquele de uma viga de estrutura linear de costume, a qual é sujeita a tensões de flexão, nestes pontos:

a) O eixo neutro desloca em direção ao flange interior. A difusão anterior linear das tensões de flexão irá se transformar em uma difusão hiperbólica destas tensões. Além disso o alongamento apresenta uma difusão hiperbólica.

b) A alteração no sentido da força axial é uniforme ao longo da borda curvada do rebordo e sobre a base nas condições de equilíbrio das forças compressivas radiais ocorrem. Esta força de compressão radial está distribuída uniformemente ao longo do flange curvado.

c) A compressão radial salienta que resulta em uma cruz de dobra da aba com flexão adicional.

d) A compressão radial salienta desviar os elementos de secção transversal menos rígidos, e.g. como a flange. e) As deflexões do flange, resultando em mudanças da difusão e das tensões normais no interior do flange.

Difusão das tensões diretas e flexão

No caminho do flange interna da viga para o rebordo interior da coluna, as forças axiais que mudar sua direção.

As formulações de uma viga linear não são mais válidas, se a curvatura do rebordo interior está perto ou semelhante à altura da viga.

A difusão de tensões no canto da estrutura agora tem que ser calculada de acordo comas formulações de uma viga com um eixo curvo acentuado. Entre outras coisas, isso significa que a perda de validade da teoria de Navier. Ao mesmo tempo, a teoria de Bernoulli ainda é válida e um plano de seção transversal ainda permanecerá.

As consequências destas formulações são:

As tensões mudam suas medidas na dependência da inclinação

o eixo neutro desloca-se no sentido do flange interno e é compensada pela medida de “a”, de modo que não é qualquer congruente com o eixo da gravidade.

Uma difusão hiperbólica das tensões diretas e flexão ocorrem
Um aumento das tensões no flange interior
As tensões mudam suas medidas na dependência da inclinação

O cálculo das tensões crescentes no flange interior é muito importante para a continuação do cálculo das forças radiais de compressão.

Não está existindo uma série de possibilidades para a realização deste cálculo. Uma dessas possibilidades é trabalhar com uma fórmula seguinte, em que todos os parâmetros foram utilizados com os seus sinais:

Considerando-se a correlação entre o parâmetro Z e a proporção rg / h e a fórmula acima mencionada para os cálculos €x os pressupostos que se seguem podem utilizar:

A atuação das tensões radiais resulta em desviar a flange na direção vertical.

Dependendo da direção, na qual os momentos agem, podem ocorrer os seguintes desvios:

Para evitar as deformações do flange, é recomendado soldar reforços entre a alma e o flange.

Sem esses reforços pode ocorrer deflexão e peças do flange são carregadas por efeito da tensão.

A difusão linear das tensões diretas será substituída por uma difusão mais ou menos parabólico destas tensões, que inclui um aumento destas tensões.

Para atender esse aumento das tensões, recomenda-se calcular a largura reduzida do flange.

Cruzamento da dobra do flange sy.

Quando as tensões de compressão radiais aplicada ao flange, carrega este corte transversal como uma viga em balanço, uma vez que é suportado ao longo do eixo da alma.

Isso resulta em um momento de flexão que age ortogonal ao plano de simetria do flange e desta forma que ele se inclina o eixo y.

Para um cálculo exatamente das tensões transversais sy é recomendado levar em consideração o cálculo com a largura reduzida e o aumento das tensões diretas.

Neste caso é necessário começar um novo cálculo completo para sx com largura reduzida.
Tensões nas soldas.

Em cada canto do quadro, onde os momentos estão agindo, um estado biaxial de tensões ocorre nas soldas, que conectam a alma com o flange.

Com base nos resultados de tensões de cisalhamento de força transversal.

e também as tensões radiais levando em consideração.

Com tensões de cisalhamento e tensões normais, as tensões de referência devem ser calculadas, não sendo permitido, que uma das tensões ultrapasse o valor permitido.

Fig. 9

Canto quadrado.

Canto cônico.

Resumo.

a) Em uma curva arredondada sob um momento de compressão a difusão das tensões de flexão transforma em difusão hiperbólica.

b) As tensões perto do flange interno aumentam rapidamente e um pico de tensão ocorre, tornando menor a curvatura do flange.

c) Quando o canto agudo em que o raio da curva se torna zero, neste momento as tensões atingem um valor teórico infinito. Na natureza isso significa que atingiu o ponto de escoamento do aço e inicia a deformação.

d) Curva arredondada com o ângulo externo agudo resulta numa redução das tensões diretas x no flange interno de cerca de 10% até 20%. As tensões perto da área do canto externo são mais lentas e podem ser vistos como esforços.

Regras gerais para a concepção.

a) Evitar um pequeno raio de curvatura, para construções em condições não predominantemente com uma propriedade absolutamente mínimo ri / h 1 requerida.

Para outras estruturas uma propriedade de rg / h 2.5 é recomendado.

b) O Flange interno deve ser projetado com uma espessura maior do que o exterior e não deve ser muito larga, o que significa que o flange deve ser compacto.

c) Placa da alma em um canto da estrutura rígida deve ser mais espessa que na viga ou coluna.

d) Em um canto de borda afiada uma placa adicional pode ser usada para atingir uma maior espessura da alma.

e) Placa da alma e do flange interna deve ser rígido a reforços.

f) A distância dos reforços devem ser 2 * bf

g) Em princípio as soldas entre a alma e o flange devem ser calculadas para um estado biaxial de tensão.

Exemplos
Curvas arredondadas sob carga não predominante.

Cantos de armação rígida feitos de perfis laminados a quente para maiores momentos e forças transversais.

Cantos quadrados rígidos parafusados.

Feitos de perfis laminados a quente para baixos momentos e forças transversais.

Para momentos mais elevados e forças transversais.

Beirais

Cantos feitos de perfis ocos.

Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
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