5 coisas que aprendi ao usar o IDEA StatiCa Connection

1 - O que lhe dizem as deformações?

A primeira coisa que faço depois de executar um modelo no Connection é abrir os resultados de deformação. Estes mostram imediatamente se a ligação está corretamente modelada e se as forças são transferidas conforme esperado. Combinado com a malha, o gráfico de tensão equivalente e, quando relevante, as forças nos parafusos, isto proporciona uma verificação visual rápida do seu projeto de ligação de aço.

Figura 1: Deformação inesperada devido a modelação incorreta

A Figura 1 mostra um exemplo de uma ligação que não foi corretamente modelada. A definição incorreta das forças numa ligação ao corte resulta numa deformação ascendente irrealista do elemento. Para uma explicação detalhada deste problema de modelação e de como evitá-lo, consulte o artigo relacionado: How to define correct load position (Forces in).

Figura 2: Singularidade causada por uma peça não ligada

A forma deformada também ajuda a identificar erros de cálculo. Na Figura 2, a análise para devido a uma singularidade. Observando o estado deformado, podemos ver uma chapa a separar-se do resto do modelo porque não está corretamente ligada. A revisão dos resultados de deformação leva-o imediatamente à origem do problema.

2 - Verificou as forças desequilibradas?

Em geral, recomendo sempre equilibrar as forças no nó. É também por isso que não recomendo desativar a opção Loads in equilibrium. Definir as forças para todos os elementos incentiva-o a pensar em todas as cargas no projeto da ligação.

Figura 3: Tabela de forças desequilibradas

Em algumas situações, encontro forças desequilibradas, por exemplo, devido a excentricidades na ligação. Quando isto acontece, verifico sempre onde estas forças devem ser transferidas e aplico-as manualmente aos elementos relevantes.

Figura 4: Elemento de apoio e suporte

Se ignorar as forças desequilibradas, estas não desaparecem simplesmente. São transferidas para o elemento de apoio e eventualmente chegam ao suporte, como indicado pelo retângulo vermelho na Figura 4. Consequentemente, este caminho de carga pode não representar com precisão o comportamento real da estrutura.

3 - O Model type afeta mais do que apenas as forças que pode inserir

À primeira vista, a definição Model type parece apenas determinar quais os esforços internos que podem ser inseridos para um elemento. Na realidade, introduz condições de fronteira adicionais que alteram fundamentalmente o modelo computacional CBFEM. É por isso que é importante compreender o princípio subjacente antes de alterar o Model type.

Para uma ligação com um único parafuso, normalmente alteramos o Model type para N-Vy-Vz. Caso contrário, o elemento pode girar livremente em torno do parafuso, fazendo com que o cálculo falhe. Noutras situações, teria cautela ao alterar o Model type, uma vez que cria um sistema estaticamente indeterminado onde podem ocorrer reações residuais.

A Figura 5 mostra um exemplo onde aplicámos o model type N-Vy-Vz ao elemento B para demonstrar o comportamento resultante.

Figura 5: Reação residual Ry

Neste exemplo, a rotação em torno do eixo y local está restringida para o elemento B. Isto resulta num momento de reação de Ry = 4 kNm, como mostrado na tabela de não conformidade. Este valor é igual ao momento fletor causado pela excentricidade da força de corte na fila de parafusos. Para este exemplo, é melhor usar o Model type predefinido e definir a opção "Forces In" como "Bolts".

O efeito da definição Model type deve ser sempre considerado cuidadosamente. É a ferramenta certa para resolver problemas como uma singularidade de parafuso único ou uma secção U em torção, mas verifique sempre as reações residuais na tabela de análise posteriormente.

4 - Cortar em vez de deslocar

Uma escolha de modelação comum que observo é o uso de Offset ex para ajustar as posições dos elementos. Embora isto funcione em alguns casos, aprendi que é melhor evitar esta abordagem. Ao aplicar um Offset ex, alteramos involuntariamente o local onde as forças são aplicadas, introduzindo uma excentricidade.

Considere a situação abaixo (Figura 6): precisamos de prolongar o pilar para alinhar com o banzo superior da viga. Poderíamos conseguir isto usando Offset ex, mas isso resultaria num ponto de aplicação de força incorreto. Uma abordagem melhor é cortar o elemento e ativar a opção "Extend the member" na operação Cut. 

Figura 6: Prolongar o elemento usando a operação Cut em vez de Offset ex

Outro exemplo em que cortar é preferível a deslocar é quando se solda uma chapa a outro elemento. Prefiro fazer a chapa ligeiramente maior e depois aplicar operações de corte. A chapa é cortada e as soldaduras são geradas automaticamente.

Figura 7: Fazer a chapa maior e depois cortar

A vantagem adicional é que, quando mais tarde alterar ligeiramente o perfil ou outras dimensões, as soldaduras continuam corretamente definidas e não é necessário deslocar a chapa repetidamente.

5 - De volta às operações básicas

Por vezes, uma operação combinada no IDEA StatiCa não lhe dá a flexibilidade de que necessita. Nessas situações, volto às operações básicas: chapa de enrijecimento, corte de elemento, corte de chapa, elemento de soldadura ou contacto, e grelha de fixadores.

Com estas operações básicas, pode modelar quase tudo. A desvantagem é que requer mais operações individuais e, portanto, mais cliques, mas dá-lhe muito mais controlo sobre o resultado final.

Figura 8: As operações básicas dão mais flexibilidade

A Figura 8 mostra um bom exemplo em que uma placa de extremidade é aplicada a um elemento composto por duas secções (2xUNP). A operação de placa de extremidade não pode ser aplicada diretamente a ambos os banzos da forma necessária. Em vez disso, criei a ligação manualmente:

1. Modelar a placa de extremidade como uma chapa de enrijecimento separada.
2. Cortar o elemento usando a chapa.
3. Aplicar os parafusos usando duas operações de grelha de fixadores separadas.

Requer mais operações, mas tenho controlo total sobre o modelo final.

Conclusão

Uma boa modelação de ligações no IDEA StatiCa não consiste em conhecer todas as funcionalidades avançadas. Consiste em compreender como o software interpreta os seus dados de entrada e como isso afeta o comportamento do seu modelo. Verifique sempre primeiro as deformações, mantenha as forças em equilíbrio, compreenda o que a definição Model type adiciona ao modelo CBFEM, use cortes em vez de offsets desnecessários e conheça as limitações das suas operações.

Trabalhar com o IDEA StatiCa Connection tem sido uma excelente experiência de aprendizagem para mim. A abordagem de modelação é diferente do software estrutural tradicional, mas, uma vez compreendidos os princípios subjacentes, torna-se uma ferramenta muito poderosa. Mais importante ainda, ajudou-me a desenvolver uma compreensão mais profunda do projeto de ligações de aço.

Ao trabalhar com o IDEA StatiCa Connection, aprendi muito sobre temas como excentricidades, deformações plásticas e requisitos do Eurocódigo que anteriormente não tinha encontrado em detalhe. Para mim, essa é uma das maiores forças do software: não só ajuda a projetar ligações, como também ajuda a compreender a engenharia subjacente.