UNILINS Ligações

Ligações em estruturas metálicas

Estruturas MetálicasEstruturas Metálicas

• Detalhamento das ligações– No projeto básico: responsabilidade do calculista

• Detalhe das ligações principais para garantir as hipóteses de projeto, resistências e rigidez adequadas

• Detalhamento para fabricação– Desenhos de todas as peças uma a uma com

dimensões e indicações para fabricação (projeto de detalhamento – empresas fabricantes)

Introdução

• Detalhamento das ligações

• Reproduzir as hipóteses de projeto • Rígidas • Flexíveis • Semi‐rígidas

• Ligações mistas aço‐concreto

Introdução


– Resistência dos componentes (dimensionamento)

• Parafusos • Soldas• Chapas de ligação• Chumbadores

• Cantoneiras de assento

Introdução


– Exeqüibilidade• Acesso para instalação de parafusos • Acessos para soldagem• Facilidade de proteção contra fogo e corrosão• Facilidade para manutenção• Facilidade de montagem

Em geral:

Ligação de campo - Parafusada

Ligação de fábrica - Soldada

Introdução

• Detalhamento das ligações– Desenhos de projetos

• Informações claras e objetivas• Escalas adequadas aos detalhes (1:20 1:10 e 1:5)• Informações em excesso podem confundir e carregar

o desenho• Cotas em mm• Representar as vistas dos perfis utilizados• Dividir o projeto em filas e eixos para facilitar a

localização dos elementos e detalhes• Em desenhos de fabricação pode utilizar desenhos

sem cotas desde que as proporções sejam mantidas e todas as cotas indicadas

Introdução

Exemplos de LigaExemplos de Ligaççõesões

Viga-pilar flexível

Viga-pilar rígida

Banzo-diagonal

Estrutura tubular

Introdução

Segundo os dispositivos de ligação

Parafusadas

Soldadas

Rebitadas

ClassificaClassificaçção das Ligaão das Ligaççõesões

Introdução

Ligações típicas

Presenter

Presentation Notes

A continuación se presentan algunas de las conexiones típicas utilizadas en estructuras de acero. Las conexiones están agrupadas por los tipos de miembros que conectan y por el tipo de esfuerzo que transmiten. El primer grupo es el de conexiones entre vigas principales (trabes) y vigas secundarias. Estas conexiones se diseñan para transmitir sólo cortante. El esquema y las fotos muestran una conexión donde la viga secundaria se conecta al alma de la viga principal a través de ángulos, los que están apernados al alma de ambas vigas. Dependiendo de la altura de la viga secundaria, puede ser necesario el ala superior o ambas alas de esta viga. En la conexión de la foto superior, los pernos que conectan el ángulo a la viga secundaria se han desplazado con respecto a los que conectan el ángulo a la viga principal para facilitar su instalación.

Ligações

típicasLigações

típicasViga-viga

Presenter

Presentation Notes

Es posible utilizar placas en lugar de ángulos, las que están atornilladas a la viga principal y soldadas al alma de la viga secundaria.

2 Ángulos

Ligações típicasLigações típicasViga - Coluna

2 Ángulos

Presenter

Presentation Notes

El siguiente grupo de conexiones es el de conexiones entre vigas y columnas. Estas conexiones se pueden a la vez dividir en conexiones que transmiten sólo cortante (conexiones simples) y conexiones que transmiten cortante y momento. Las conexiones simples viga-columna son similares a las conexiones viga-trabe vistas antes. Tenemos entonces la conexión a través de ángulos, donde los ángulos pueden ser atornillados o soldados a la viga y al ala de la columna.

Placa simple


Presenter

Presentation Notes

Otro tipo de conexión similar al caso de viga secundaria a viga principal, es la conexión a través de placa de cortante. En el caso de utilizar este tipo de conexión con columnas tubulares rectangulares, es necesario verificar que el tubo no se desgarre por efecto de la carga.

Cantoneira de assento


Presenter

Presentation Notes

Otro tipo de conexión simple viga-columna consiste en utilizar ángulos de asiento. En este tipo de conexión, la viga se apoya sobre un ángulo, el que puede estar atornillado o soldado a la columna. Para estabilizar la viga su utiliza un ángulo en la parte superior de ésta, el que puede ser soldado o atornillado a la viga y a la columna. Este ángulo es de dimensiones mucho menores que el ángulo de asiento para no inducir una restricción significativa a la rotación de la viga. La figura muestra el caso del ángulo superior conectado al ala superior de la viga.

Cantoneira de assento


Presenter

Presentation Notes

La figura ilustra una conexión con ángulo de asiento donde el ángulo superior está conectado al alma. Esto puede ser por razones arquitectónicas o de limitación de espacio.

Ligações típicasLigações típicasViga – Coluna

Rígida

Presenter

Presentation Notes

A menudo es necesario transferir cortante y momento flexionante de la viga a la columna. Una conexión de este tipo es la conexión con placas. En esta conexión las alas de la viga se conectan a la columna a través de placas, la que están soldadas a esta última y pueden ser soldadas o apernadas a la viga, mientras que el alma se conecta usando una placa de cortante a la columna. Las placas de las alas se encargan de transferir el momento y la placa del alma, el cortante.

V M


Rígida

Presenter

Presentation Notes

También es posible evitar el uso de placas y soldar directamente las alas a la columna. Esto involucra, sin embargo, tener que cortar parte del alma cerca de las alas de la viga para permitir el paso del electrodo sin interrupciones al hacer la soldadura. En el caso de una conexión al eje débil de la columna, es necesario instalar atiesadores, como se muestra en la foto de la derecha.

Chapa de topo


Rígida

Presenter

Presentation Notes

Otro tipo de conexión de momento consiste en conectar la viga a través de una placa soldada en su extremo, la que se atornilla a la columna. Normalmente, la soldadura de la viga a la placa se realiza en taller y luego se atornilla la viga con las placas de extremo a la columna en obra.

Ligações típicasLigações típicasContraventamento

Presenter

Presentation Notes

Un tercer grupo de conexiones lo constituyen aquellas que conectan las diagonales de contraventeo al resto de la estructura. La configuración más común es conectar la diagonal (a través de tornillos o soldadura) a una placa, la que a su vez está soldada a la viga y la columna. La figura muestra este tipo de conexión para una diagonal tubular. En este caso se hace una ranura en el tubo para insertarlo en la placa y se conectan ambas partes con soldadura.


Presenter

Presentation Notes

En el caso de contraventeos en X con diagonales tubulares, una solución es interrumpir una diagonal para dejar pasar al otra e insertar una placa a través de una ranura en la diagonal continua para conectar las dos partes de la diagonal interrumpida, como se muestra en la figura de la izquierda. La figura de la derecha muestra el detalle de conexión de la diagonal a una columna en la base de la estructura. En este caso, la placa de conexión está soldada a la columna y la placa base.


Presenter

Presentation Notes

Otro tipo de conexión cuando se usan diagonales de contraventeo consiste en dividir la estructura en partes, donde una sección de la diagonal es conectada a la viga y la otra a la columna en taller. Luego en terreno, se unen con tornillos ambas partes.

Ligações típicasLigações típicasBases de Colunas

Presenter

Presentation Notes

Por último, existe un grupo de conexiones cuya función es conectar la estructura de acero a la fundación de hormigón. Este tipo de conexiones se materializa normalmente usando placas base, las que son soldadas al extremo de la columna y atornilladas a las barras roscadas de fundación, embebidos en el hormigón. La figura de la izquierda muestra una conexión donde no se esperan grandes esfuerzos de tracción. El detalle de la derecha es usado cuando la tracción es significativa en la base, de modo de proveer una longitud deformable a la barra de fundación.

PARAFUSOS COMUNSPARAFUSOS COMUNS-- ASTM A307: ASTM A307: ffuu = 415 MPa= 415 MPa

-- ISO 4.6: ISO 4.6: ffuu = 390 MPa= 390 MPasem qualificasem qualificaçção estruturalão estrutural

((““pretospretos””) a) açços tipo SAEos tipo SAE

Fabricado a partir de barras redondas laminadas de aço de baixo

carbono

ffuu = 380 MPa= 380 MPa

Utilizados em conexões por contato

LigaçõesLigações Dispositivos de Ligação:Parafusos

PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA

ASTM A325:ASTM A325: ffuu = 825 MPa= 825 MPaASTM A490:ASTM A490: ffuu = 1.035 MPa= 1.035 MPa•• Tipo 1:Tipo 1:

aaçço mo méédio carbono p/ A325dio carbono p/ A325aaççoo--liga T/R p/ A490liga T/R p/ A490

•• Tipo 2: aTipo 2: açço o martensmartensííticotico

•• Tipo 3: aTipo 3: açço ARo AR--CORCOR

--


Especificação fy (MPa) fu (MPa) diâmetro (mm) ASTM A325 635 825 12,5 d 25 ASTM A325 560 725 25 < d 38

ASTM A490 895 1.035 12,5 d 38

Utilizados em conexões por atrito

Parafuso protendidos

PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA


3db 3db

d

1,5db1,5db

db - diâmetro nominal do parafuso

Distâncias mínimas- Furo padrão

Distâncias mDistâncias míínimas entre furos e entre furos e bordasnimas entre furos e entre furos e bordas


Def.: Operação que busca a união de duas peças garantindo continuidade das propriedades físicas e químicas na região da juntaProcessos de soldagemProcessos de soldagemAquecimento e pressão das partesAquecimento das partes com adição de material (soldagem por fusão)

AquecimentoArco elétrico

Chama produzida por oxiacetileno

LigaçõesLigações Dispositivos de Ligação:Solda

Soldagem com Soldagem com eletrodo revestidoeletrodo revestido

SOLDA SOLDA -- processosprocessos

Soldagem a arco Soldagem a arco submersosubmerso

Soldagem com proteSoldagem com proteçção ão gasosa gasosa -- MIG/MAGMIG/MAG


Soldagem com eletrodo revestidoSoldagem com eletrodo revestido


- AWS A5.1-78: eletrodo revestido de aço carbono- AWS A5.5-69: eletrodo revestido de aço baixa liga

Designação dos eletrodos segundo a AWS

5X -

4X

3X

2XX

1E

Designação

Resistência a tração

Posição de soldagem

Tipo de corrente e revestimento

Composição química (A5.5)

ExemploE 6010(60) fw = 60ksi = 415MPa(1) todas as posições de soldagem(0) corrente CC+ ou CA, grande penetração, revestimento celulósico

1 = todas as posições2 = plana e horizontal3 = plana4 = plana, horizontal, sobre-cabeça e vertical

Tipos de soldasTipos de soldas

Tipos de Solda

Tipos de Solda

EntalheEntalhe

FileteFilete

TampãoTampão

Penetração TotalPenetração Total

Penetração ParcialPenetração Parcial

Em FurosEm Furos

Em Rasgos

Em Rasgos

ContínuaContínua

IntermitenteIntermitente


Tipos de soldasTipos de soldas


Filete

Chanfro ou entalheTampão

Tipos de soldas: Solda de FileteTipos de soldas: Solda de Filete

1

2


Tipos de soldas: Solda de EntalheTipos de soldas: Solda de Entalhe


Simbologia e indicaSimbologia e indicaçções em projetoões em projeto


Simbologia e indicaSimbologia e indicaçções em projetoões em projeto


Ligação por contato Ligação por atritoF

Fu

u

a

b c

d

X

Fase a -

Fase b -

Fase c -

Fase d -F

F/2F/2

Ligações ParafusadasLigações ParafusadasComportamento

Deformação excessiva do furo

Rasgamento da chapa Ruptura da chapa

Modos de falha nas chapas de ligaModos de falha nas chapas de ligaççãoão

Ligações ParafusadasLigações Parafusadas Modos de falha

Cisalhamento do parafuso

Modos de falha nos parafusosModos de falha nos parafusos

Tração do parafuso


Ruptura em blocoRuptura em bloco


CondiCondiçções gerais para dimensionamento:ões gerais para dimensionamento:

O esforO esforçço resistente de co resistente de cáálculo deve serlculo deve sermaior ou igual a:maior ou igual a:-- EsforEsforçço solicitante de co solicitante de cáálculolculo(condi(condiçção de resistência)ão de resistência)

-- Porcentagem do esforPorcentagem do esforçço resistente da barrao resistente da barra(condi(condiçção de coerência):ão de coerência):50% p/ esfor50% p/ esforçços axiais conforme NBR 8800os axiais conforme NBR 8800

-- No mNo míínimo 45kN (excerto travejamentos, nimo 45kN (excerto travejamentos, tirantes de barras redondas)tirantes de barras redondas)

Ligações ParafusadasLigações Parafusadas Resistência

LigaLigaçções tipo contatoões tipo contato

Ligações ParafusadasLigações ParafusadasResistência de Parafusos:Ligação por contato

Parafuso sob TraParafuso sob Traççãoão


2,

a

ubbetRd

fAF

bbe AA 75,0

Área efetiva Área bruta

Parafuso sob CisalhamentoParafuso sob Cisalhamento

rosca fora do plano de corte:rosca fora do plano de corte:

Resistência por plano de corteResistência por plano de corte


rosca no plano de corte:rosca no plano de corte:

2,

4,0

a

ubbvRd

fAF

2,

5,0

a

ubbvRd

fAF

35,12 a

35,12 a

Pressão de contato em furosPressão de contato em furos

22,

4,22,1

a

ub

a

uccRd

tfdtfR

1 . Deformação em serviço for um limitação de projeto

borda-furoou furos de bordas entre distância crasgamento esmagamento

Ligações ParafusadasLigações ParafusadasResistência de chapasLigação por contato

35,12 a

2 . Deformação em serviço não for uma limitação de projeto

3 . Furo muito alargado perpendicular a força

Ligações ParafusadasLigações ParafusadasResistência de chapasLigação por contato

22,

35,1

a

ub

a

uccRd

tfdtfR

22,

0,20,1

a

ub

a

uccRd

tfdtfR

35,12 a

35,12 a

TraTraçção + corteão + corte

Trecho AB: traTrecho AB: traççãoãoTrecho CD: corteTrecho CD: corteTrecho BC: interaTrecho BC: interaççãoão

Ligações ParafusadasLigações ParafusadasInteração tração-corteLigação por contato

12

,

,

2

,

,

tRd

tSd

vRd

vSd

FF

FF

vRd

vSd

FF

,

,

tRd

tSd

FF

,

,

TraTraçção + corteão + corte

Ligações ParafusadasLigações ParafusadasInteração tração-corteLigação por contato

Apenas parafusos de alta resistênciaApenas parafusos de alta resistência

TORQUE TORQUE

PRESSÃO DE CONTATO PRESSÃO DE CONTATO

ATRITOATRITO

CorrelaCorrelaçção empão empííricaricatorque torque -- tratraççãoão

d,M

d.kMT

2000

0

Ligações ParafusadasLigações ParafusadasResistência de parafusoLigação por atrito

InstalaInstalaçção dos parafusos: controle de torqueão dos parafusos: controle de torque

-- rotarotaçção da porcaão da porca

-- chave calibradachave calibrada

-- indicador diretoindicador direto

Ligações ParafusadasLigações Parafusadas

Torque mTorque míínimonimo

FFtbtb = 0,70 A= 0,70 Abebe ffubub

Resistência de parafusoLigação por atrito

ForForçça de protensão ma de protensão míínimanima

Diâmetro do para-fuso polegadas

(mm)

ASTMA325 A490

1/2" (12.5)5/8" (16)3/4"(19)7/8"(22)1"(25)

1 1/8"(28)1 1/4" (32)1 1/2"(38)

5385125173227250317460

66106156216283357453659

FFtbtb = 0,70 A= 0,70 Abebe ffubub


Deslizamento como ELUDeslizamento como ELU

Resistência ao escorregamentoResistência ao escorregamento

= coeficiente de atrito

FTb = força de protensão no parafusons = Número de planos de cortee

=coeficiente de segurança. 1 para combinações excepcionais e 1,2 para as demaisFSd,t = Força de tração de cálculo no parafusoCh = Fator de furo


tb

tSd

e

stbhfRd F

FnFCR13,1

113,1 ,,

Nsd

Em ligações com furos alongados na direção da solicitação


Deslizamento como ELSDeslizamento como ELS

Resistência ao escorregamentoResistência ao escorregamento


tb

tSkstbhfRk F

FnFCR

8,018,0 ,

,

Nsd

A solicitação de nominal nos parafusos deve ser calculada com combinação de ações de utilização rara, ou de forma simplificada ser tomada igual a 70% da força cortante de cálculo no parafuso devido as combinações últimas

, tSkF

Em ligações com furo padrão e com furos alongados com alongamento perpendicular a direção da solicitação

Força de tração solicitante característica no parafuso determinada com combinação rara de ações, ou 70% da Força de tração solicitante de cálculo


= coeficiente de atrito

=0,35 – superfícies laminadas, limpas e sem pintura=0,50 – superfícies jateadas e sem pintura=0,20 – superfícies galvanizadas a quente


Ch – Fator de furo

Ch =1,0 – furo padrãoCh =0,85 – furos alargados ou pouco alongadosCh =0,70 – furos muito alogados

Ligações ParafusadasLigações ParafusadasColapso por rasgamento

ntutsgvya

ntutsnvua

d AfCAfAfCAfR 6,016,01

22

5,0tsC

1tsC

Tensões não uniforme

Tensões uniforme

traçãosob bruta área traçãosob líquida áreacortante sob líquida área

nt

nt

nv

AAA

Solicitações em conjunto de parafusos

Solicitações em conjunto de parafusos-- Efeito alavanca (Efeito alavanca (PryingPrying actionaction))

Acréscimo de força nos parafuso em função da deformação das chapas de ligação



1. Espessuras das chapas determinadas para a momento resistente plástico e resistência dos parafusos reduzidas em 33%.

2. Espessuras das chapas determinadas para a momento resistente elástico e resistência dos parafusos reduzidas em 25%.



Acréscimo na força de tração

0

2da

44,4pt

2dbT

Qb

2b

sd

21

244,4

minb

y

bsd

dppf

dbTt

Espessura mínima

SOLDA DE FILETESOLDA DE FILETE

Ligações SoldadasLigações SoldadasResistência de Soldas:Solda de filete

aLA ww Área efetiva da solda

a Garganta efetiva da solda

b Perna do filete

LLw Comprimento efetivo do filete

1002,02,16,0

bL

1 Para os demais casos

Soldas longitudinais em ligações extremas sob forças axiais

Ruptura da seção efetiva da soldaRuptura do metal base na face de fusão

Modos de falhaModos de falha

bLA wMB Área metal base

SOLDA DE FILETESOLDA DE FILETE


Ruptura do metal base na face de fusão Ruptura da seção efetiva

scisalhante spor tensõe ruptura 35,16,0

normais spor tensõe ruptura 35,1

scisalhante espor tensõ escoamento 1,1

6,0

normais espor tensõ escoamento 1,1

uMBd

uMBd

MBd

MBd

fAR

fAR

fyAR

fyAR

isexcepciona scombinaçõe 15,1normais scombinaçõe 35,1

6,0

2

2

2

w

w

w

wwd

fAR

Resistência a tração do metalde solda (eletrodo)

Dimensões mínimas do filete Dimensões máximas do filete

Metal da solda fw (MPa)

classe 60 (AWS) 415classe 70 (AWS) 485

Maior espessura do metal base najunta t(mm)

bmin (mm)

6,3 36,3 < t 12,5 512,5 < t 19 6

> 19 8

Espessura do material daborda t(mm)

bmax (mm)

< 6,3 t 6,3 t - 1,5mm

SOLDA DE FILETE SOLDA DE FILETE


SOLDA DE ENTALHE SOLDA DE ENTALHE –– dimensões garganta efetiva (a)dimensões garganta efetiva (a)Penetração total: a = t (menor espessura entre a partes conectadas)

Penetração parcial

Ligações SoldadasLigações SoldadasResistência de Soldas:Solda de Entalhe

A w = L x a

L : comprimento da soldaa : garganta efetiva

SOLDA DE ENTALHE SOLDA DE ENTALHE –– dimensões garganta efetiva (a)dimensões garganta efetiva (a)


SOLDA DE ENTALHE SOLDA DE ENTALHE –– Resistência de cResistência de cáálculolculo


isexcepciona scombinaçõe 05,1normais scombinaçõe 25,1

1

1

w

w

Base de pilaresBase de pilares Tipos de bases e comportamento

Bases flexíveis

Bases rígidas


Bases rígidas


Bases flexíveis


Esmagamento do concreto E.L.U.Resistência Cálculo do concreto à pressão de contato

ck1

2

nc

ckd f

AAfR

A1 = área carregada sob a placa de apoio.A2 = área da superfície de concreto.fck = resistência característica do concreto à compressão.

4,1 n

Base de pilaresBase de pilares Pressão de contato

4,1 c

Procedimento do AISC - faixas de largura unitária em balanço a) balanços externos

65,115,1 2

111

y

aa

y

a

yRd

ftWfZfM

11

2 2

a

y

dn

a

y

dm f

pntfpmt

pd = pressão de contato (valor de cálculo).A1 = área da placa de base (B x H).t = espessura da placa.Md = máximo momento de cálculo.bMn = resistência de cálculo ao momento fletor,

dnSd

dmSd

npMmpM2

)( 2

)(22

dd A

Np1

Momento resistente para plastificação total

(espessura da chapa)

Esforços de cálculo

Base de pilaresBase de pilares DimensionamentoBases flexíveis

SdRd MM

)(4)(41

2242

2ffHffff

ffH

tbAtbdtbdc

tccbcdA

Pressão de contato

)(0 dbpN fd

dH

RANp 0

0 hipotese)(por dR

N0HA

cSdcpM2

)(2

0

Mom. Resistente plastificação total


dbAfRfp

ckd

285,0

65,115,1 2

111

y

aa

y

a

yRd

ftWfZfM

2

1

0

a

yc f

pct

SdRd MM

(espessura da chapa)

Momento solicitante


2

1

0

a

yc f

pct

1

2

a

y

dn f

pnt

1

2

a

y

dm f

pmt

t

Espessura da placa de base

1o caso: 6He 2o caso: 6

He

Mesmo procedimentopara bases rotuladas

Base de pilaresBase de pilares DimensionamentoBases rígidas

2o caso: 6He (ponto de aplicação da força fora do núcleo central)

Equações de equilíbrio

0e.N3Y

2HT)+(N+ T.G 0M

2B.Yp

=R=T+N 0F maxV

EE

pAT

Ep

EY

YG2H

ba c

maxsc

max

s

c

s

Equações de compatibilidade de deformações

n1

pAT

EE=n Fazendo

maxsc

s

c

G2HKK 23

0KYKYKY 322

13

2H

e3K1 )eG(BnA6

K s2

Adotando um valor para As resulta: (posição da LN)


2o caso: 6He (ponto de aplicação da força fora do núcleo central)

Obtida a posição da LN pode-se calcular

Resultante de tração no chumbador Máxima pressão de contato

G3Y

2H

2He3

YNT

B.Y

)NT(2pmax


Placa de base com enrijecedores


y

d

ffbt

b –

dimensão vertical do trecho da placa analisadofd –

tensão máxima na placa de basefy –

tensão de escoamento –

fator de momento na placa (função das condições de apoio)Caso Valores para cálculo a/b 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2 1

0,31 0,38 0,44 0,47 0,49 0,52

a/b 0,25 0,50 0,75 1,0 1,2 2,0 2

0,02 0,08 0,17 0,32 0,73 1,2

a/b 0,125 0,25 0,375 0,5 0,75 1,0 3

0,05 0,19 0,40 0,63 1,25 1,8

a/b 0,25 0,50 0,75 1,0 1,2 2,0 4

0,05 0,19 0,39 0,67 1,28 1,8

Constituídos de barras redondas (aço tipo SAE 1010 ou SAE 1020)

Dimensionados como barras para o esforços atuantes: cisalhamento, tração ou cisalhamento e tração combinadosArancamento – NBR 6118

Base de pilaresBase de pilares Chumbadores


Comprimento de ancoragem

Baseado na resistência do cone de arrancamento para um concreto C18

Limites de dimensões e posicionamento


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