Sobre as estruturas de treliça
O modelo global é construído predominantemente com elementos de treliça que resistem apenas a tração/compressão. Isto significa que a flexão e o corte nos elementos são completamente suprimidos. Do ponto de vista do Método dos Elementos Finitos, a matriz de rigidez é dominada pelos termos axiais, eliminando os GDL (graus de liberdade) de flexão e de corte.
- Converter a flexão em esforços axiais
- Maximizar a utilização do material
- Proporcionar trajetórias de carga claras
- Permitir grandes vãos
- Simplificar a avaliação da estabilidade
Modelo global
O sistema de treliça em consola está fixado ao pilar de betão pré-fabricado. A estrutura de treliça está acoplada a uma viga através de um par de ligações articuladas. Todas as forças são transferidas através das âncoras à tração e ao corte, e do betão à compressão.
01) Modelo global da treliça e trajetória de carga clara
Checkbot
Este tipo de estruturas é importado para o Checkbot com nós emparelhados ou múltiplos que, pela sua natureza, não podem ser exportados em conjunto para o IDEA StatiCa Connection. No primeiro passo, o nó do banzo superior será eliminado. O elemento do banzo superior deixará de estar associado a qualquer nó existente e tem de ser ligado ao nó do banzo inferior, que une a diagonal e o elemento do banzo inferior. Concluído o processo, todos os elementos ficam unificados num único nó principal. Isto abre caminho a um controlo mais eficaz de vários elementos com a montagem por excentricidade.
02) Modelo do Checkbot + união de elementos num só nó
IDEA StatiCa Connection
O modelo construído é composto por uma sequência de perfis duplos em L. Os banzos superior e inferior da treliça estão ligados ao pilar pré-fabricado através de placas de anilha moldadas no local, complementadas por uma placa de base e uma chapa de ligação pré-soldada, de modo a facilitar a montagem eficiente em obra.
03) Descrição do modelo de ancoragem projetado
Na análise global, os esforços axiais são normalmente considerados como atuando através do centroide da secção transversal. No entanto, se o grupo de parafusos na ligação real não estiver alinhado com o centro de gravidade da secção, é introduzida uma excentricidade. Esta excentricidade gera momentos fletores secundários nos elementos ligados.
Estes efeitos não são captados num modelo global de elementos finitos convencional, a menos que a geometria da ligação e a introdução das cargas sejam modeladas explicitamente. Na prática, o momento adicional resultante da excentricidade do esforço axial manifesta-se como um aumento da tensão de flexão, que contribui posteriormente para a avaliação final da tensão de von Mises na verificação detalhada da ligação.
Para a configuração de treliça estudada, a restrição N–Vy–Vz proporciona uma representação mais realista da transferência de forças. Esta afirmação não pretende ser uma recomendação universal para todos os sistemas de treliça, mas sim uma conclusão específica desta disposição estrutural.
Estas restrições impedem a deformação por rotação na junta, resultando em momentos de reação residuais. Além disso, a diagonal vertical restringe a flexão do banzo, reforçando o pressuposto de que a restrição N–Vy–Vz reflete melhor o comportamento real da ligação neste caso.
Do ponto de vista da mecânica da ligação, esta condição de fronteira é, por conseguinte, considerada mais próxima da realidade física.
04) Banzos e diagonais com restrições
O modelo de linhas evidencia as trajetórias das cargas e as linhas do centro de gravidade de cada secção.
05) Modelo de linhas e trajetória de carga clara
A deformada e as visualizações das tensões permitem uma compreensão do comportamento e uma verificação de plausibilidade quanto à correta aplicação das cargas. A tração no banzo superior e a compressão no banzo inferior indicam que o modelo substituto funciona bem.
06) Verificações normativas e deformada
A interação de forças não é considerada no bloco de betão devido a pressupostos simplificados, que são válidos para o meio de betão na aplicação Connection. A utilização é de apenas 38 % e a verificação das âncoras não é satisfeita. Porque é que isto acontece?
Para referência:
Os grupos de âncoras em placas de base separadas interagem entre si num mesmo bloco de betão. Isto está fora do âmbito das normas de dimensionamento de ancoragens. A rotura do cone de betão à tração e a rotura por efeito de alavanca (pryout) do betão não são verificadas. A rotura do bordo do betão não é verificada. (CEB-FIB: Bulletin 58 - Design of anchorages in concrete (2011) – Capítulo 1.2: Figura 1.2-8 e Figura 1.2-9) .
O utilizador é encaminhado para a verificação normativa em 3D Detail, porque a norma é insuficiente para a configuração acima referida.
07) Porque é que a verificação das âncoras falha?
A encurvadura deve ser sempre verificada na análise da ligação. A forma modal e o fator de encurvadura são fornecidos como indicadores da margem de segurança, sendo possível identificar o modo com maior probabilidade de se tornar instável em primeiro lugar.
Isto está relacionado com a análise linear de encurvadura, na qual o contacto entre a chapa de ligação e as paredes dos perfis duplos em L é aberto.
Contacto aberto (folga):
Se as chapas estiverem separadas no estado de equilíbrio:
- O contacto está inativo
- Não é adicionada qualquer contribuição de rigidez
- As superfícies movem-se de forma independente no modo de encurvadura
Consequências nas ligações de aço correntes:
Em muitas ligações de aço:
- chapas de ligação
- cantoneiras
- furos de parafusos
- anilhas
Os contactos estão apenas parcialmente ativos no estado de equilíbrio.
Por conseguinte, na LBA:
- Apenas as zonas atualmente comprimidas contribuem com rigidez
- Os potenciais contactos futuros são ignorados
Isto pode conduzir a:
- penetração local nos modos próprios
- modos de encurvadura excessivamente flexíveis
- padrões de deformação pouco realistas.
Isto não é um erro — é uma limitação fundamental da encurvadura por valores próprios com contacto.
08) Modos de encurvadura lineares e fator crítico
IDEA StatiCa 3D Detail
Para fechar o ciclo de dimensionamento e obter uma solução satisfatória para todos os componentes — incluindo o pilar de betão pré-fabricado — é essencial ter em conta a disposição da armadura existente e avaliar o sistema considerando a interação entre as âncoras e as varões de armadura.
O mecanismo de transferência de carga não termina na placa de base. As forças das âncoras têm de ser redistribuídas para o elemento de betão armado através de aderência, confinamento e mecanismo de escora-e-tirante. Por conseguinte, a armadura tem de ser explicitamente incluída no modelo de verificação.
Utilizando a ligação BIM a partir do IDEA StatiCa Connection, a transferência de dados é simples e eficiente. Podem ser importadas diretamente as seguintes informações:
- Geometria do pilar de betão
- Configuração da placa de base e das âncoras
- Forças resultantes nas âncoras e nas soldaduras
Isto acelera significativamente o caminho para a verificação normativa final.
No entanto, para obter uma avaliação fisicamente consistente, os componentes obrigatórios — em particular a disposição da armadura e condições de fronteira realistas — têm de ser definidos no modelo 3D Detail (CSFM). Só então é possível avaliar corretamente o comportamento compósito do betão e da armadura, e avaliar os modos de rotura frágil (por exemplo, rotura do cone de betão) no contexto de um sistema armado.
O sistema de campo de vetores de forças predefinido, obtido a partir da aplicação Connection, garante a redistribuição significativa das tensões sob a placa de base.
09) Armaduras, condições de fronteira + distribuição de forças
É necessário realizar uma verificação de plausibilidade e uma inspecção visual para garantir que o modelo se comporta como esperado. O fluxo de tensões de compressão apresenta o comportamento esperado, e a tensão na armadura garante a segurança do dimensionamento.
10) Verificação resumida, fluxo de tensões
A deformada deve ser o primeiro resultado a analisar, para confirmar a correção das condições de fronteira. A deformada delineia o comportamento previsto.
11) Estado de tensão das âncoras, deformada
Conclusão e principais conclusões
Modelo de treliça = idealização axial
Eficiente para o fluxo global de forças (apenas tração/compressão), mas os efeitos de flexão e de corte são suprimidos e têm de ser tratados ao nível da ligação.
O pressuposto centroidal é crítico
O desalinhamento entre o grupo de parafusos e o centro de gravidade da secção introduz flexão secundária que não é captada na análise global por elementos finitos. Este efeito tem de ser verificado num dimensionamento detalhado da ligação.
As condições de fronteira determinam a realidade
Neste caso, a restrição N–Vy–Vz reflete melhor o comportamento da junta. A restrição à rotação e a ação da diagonal influenciam significativamente a resposta do banzo.
As verificações de âncoras em betão simples são conservativas
Os pressupostos simplificados da norma podem indicar rotura. A capacidade real depende da interação com a armadura e da redistribuição de forças no elemento de betão.
A armadura fecha o ciclo
A trajetória de carga prossegue para além da placa de base. Apenas um modelo 3D Detail (CSFM) com armadura e condições de fronteira realistas capta o comportamento compósito e previne modos de rotura frágil.
Verifique sempre a deformada
Se a deformação corresponder à intuição estrutural, é provável que o modelo reflita o comportamento físico.
