anteriormente (ligações semi-rígidas), tornou-se uma questão estrategicamente ligada à busca de estruturas mais econômicas e otimizadas.
A rigidez rotacional e a resistência à flexão de uma ligação viga-coluna influenciam significativamente a resposta estrutural das estruturas de aço, afetando sua deformabilidade e a sua capacidade de resistir aos carregamentos.
Dependendo do tipo de análise estrutural a ser executada, diferentes graus de sofisticação devem ser atingidos na modelagem do comportamento das ligações. A análise elástica global usualmente requer apenas o conhecimento da rigidez rotacional, podendo ser esta a rigidez inicial ou tangente, dependendo do nível de carregamento e do nível de qualidade do modelo estrutural. Por outro lado, a análise plástica exige invariavelmente o conhecimento do momento resistente, e da capacidade de rotação (‘ductilidade’) da ligação.
São muitos os benefícios da consideração do comportamento semi-rígido das ligações. As estruturas indeslocáveis são comumente dimensionadas considerando-se suas ligações rotuladas, no entanto, a consideração do comportamento semi-rígido de suas ligações, proporciona redução na altura das vigas e no contraventamento. Já as estruturas deslocáveis, têm sido dimensionadas considerando-se suas ligações completamente rígidas, mas as análises demostram que a consideração do comportamento semi-rígido de suas ligações, converte-se em benefícios como a redução na complexidade do detalhamento da ligação, tendo-se em ambos os casos uma redução no custo da estrutura.
A consideração do comportamento semi-rígido das ligações na análise de estruturas deslocáveis, pode no entanto, acarretar na necessidade de aumento na seção dos pilares para o controle dos efeitos de segunda ordem. Anderson, Colson e Jaspart (1995) afirmam que estudos demonstram que poucas mudanças são necessárias, e que a comparação de custos de fabricação e montagem, demostra uma redução média de 20% no custo total (materiais, fabricação e montagem) nas estruturas onde considerou-se o comportamento semi-rígido das ligações.
Por esta razão, normas como o EUROCODE 3 (1993) possibilitam a consideração do comportamento semi-rígido das ligações, fornecendo regras simplificadas para a determinação da rigidez rotacional e do momento resistente destas.
Soma-se ao que foi abordado anteriormente, o fato de que a utilização das ligações com chapa de topo no Brasil é rara, seja pela predominância de outros tipos de
Capítulo 1 – Introdução
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ligações (soldada, cantoneira de alma), ou pelo sentimento de que os métodos existentes conduzem a resultados não satisfatórios.
A experiência e recentes pesquisas vêem mostrando que o método do Manual Brasileiro apresenta-se obsoleto frente às necessidades dos projetistas e o método do AISC tem apresentado resultados aparentemente conservadores.
O método apresentado pelo EUROCODE-3 (1993) demonstra ser bastante completo, extremamente dinâmico e didático, qualificando certamente sua utilização no Brasil.
Do que foi apresentado acima advém a necessidade do conhecimento profundo e detalhado do modelo de dimensionamento, adequando-o principalmente, às recomendações da NBR 8800 e às características construtivas nacionais, para eventual recomendação de utilização, principalmente quando considera-se sua aparente complexidade.
Dentre os objetivos deste trabalho pode-se salientar: a apresentação do modelo de dimensionamento de ligações viga-coluna proposto pelo Anexo J do EUROCODE 3, a análise do embasamento teórico e das verificações propostas, a comparação com as recomendações da NBR 8800, a comparação de resultados entre o método proposto pelo Anexo J do EUROCODE 3 e o método de dimensionamento do Manual Brasileiro de Construção Metálica.
Objetiva-se também a sistematização do cálculo através de um programa computacional de dimensionamento possibilitando-se assim, a elaboração de tabelas de dimensionamento contendo a capacidade resistente de combinações viga-coluna constituídas por perfis soldados padronizados pela ABNT .
Como ponto de partida para o desenvolvimento deste trabalho, o capítulo 2 é dedicado à apresentação de Considerações Gerais pertinentes ao tema, abordando-se: definições iniciais; aspectos relativos à classificação das ligações quanto à sua resistência, rigidez e capacidade de rotação; conceitos associados à consideração do comportamento semi-rígido das ligações na análise da estrutura e uma introdução à filosofia de dimensionamento adotada pelo Anexo J do EUROCODE 3.
Após a introdução destas considerações gerais, o capítulo 3 apresenta uma extensa Revisão Bibliográfica, objetivando-se a análise do embasamento teórico e das verificações propostas, uma vez que o método de dimensionamento é resultado de extensivas pesquisas, sendo inovador em alguns aspectos.
Capítulo 1 – Introdução
O capítulo 3 inicialmente descreve a teoria de dimensionamento de ligações “T-stubs” apresentada por Zoetemeijer e deBack (1972), base para a determinação da resistência da região tracionada da ligação, e os mecanismos baseados em observações experimentais que possibilitaram a extensão da sua aplicação para os elementos tracionados da ligação (chapa de topo e o flange do pilar).
Apresenta-se, ainda uma avaliação teórica detalhada de cada componente de relevância do método de dimensionamento, fundamentada em recomendações do Anexo J do EUROCODE 3, do BS 5950, da NBR 8800, do SCI/BCSA e de trabalhos de pesquisa.
O capítulo 4, Metodologia de Dimensionamento, descreve pormenorizadamente a metodologia de dimensionamento, tratando detalhadamente cada etapa do método, buscando-se sua adequação às recomendações da NBR 8800 e às características construtivas nacionais.
O capítulo 5, Modelo do Eurocode 3 para Avaliação da Rigidez de Ligações com Chapa de Topo, vem complementar o tema principal relativo ao dimensionamento de ligações com chapa de topo, apresentando-se ferramentas que possibilitam a determinação de sua rigidez à flexão, possibilitando-se alguma sofisticação à análise das estruturas através de programas computacionais convencionais.
O capítulo 6, intitulado Programa Computacional de Dimensionamento, apresenta o programa computacional “SCDL“, implementado em Visual Basic e desenvolvido segundo a metodologia de dimensionamento apresentada no capítulo 4.
A parte final deste trabalho é constituída pelos capítulos 7 e 8, cujos os objetivos são, respectivamente, estabelecer Comparações de Resultados entre o Método do Manual Brasileiro e o método proposto pelo Anexo J do EUROCODE 3 e a apresentação das Conclusões e Recomendações Finais.
Como complementação, além das referências bibliográficas, são incluídos anexos relativos:
(i) às tabelas de dimensionamento para vigas (série VS) e para pilares (séries CS e CVS);
(ii) à determinação do comprimento efetivo do flange do pilar;
(iii) à determinação matemática do valor de “α” para linhas de parafusos em regiões enrijecidas;
Capítulo 1 – Introdução
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(iv) ao dimensionamento do modelo 3 segundo a metodologia apresentada neste trabalho;
(v) ao dimensionamento dos modelos 1, 2 e 3 segundo o método do Manual Brasileiro;
(vi) ao dimensionamento dos modelos 1, 2 e 3 segundo o programa computacional;
(vii) aos resultados experimentais do protótipo CT1A-4, obtidos por Ribeiro (1998).
Finalizando este capítulo, é necessário frisar que, em termos de linguagem técnica, como salientou Ribeiro (1998), a expressão “ligação viga-coluna” não é a mais adequada, mas foi adotada também neste trabalho por tratar-se de expressão já consagrada na literatura especializada.
Por fim, espera-se, ao final do trabalho, o completo entendimento de uma metodologia de cálculo consistente e totalmente em acordo com as normas vigentes, possibilitando o uso mais frequente deste tipo de ligação nas edificações projetadas com estruturas de aço no Brasil.
C
Caappííttuulloo
22
C
COONNSSIIDDEERRAAÇÇÕÕEESS
GGEERRAAIISS
2.1
Ligações Viga-Coluna com Chapa de Topo
Este tipo de ligação é constituído por uma chapa, soldada à extremidade da viga e parafusada ao flange do pilar, transmitindo-se o momento fletor através da combinação de parafusos tracionados e da compressão da mesa oposta (figura 2.1). É conceituada como ligação “momento resistente” tendo, na grande maioria das configurações geométricas, um comportamento semi-rígido quanto à sua rigidez à rotação, e parcialmente resistente quanto à sua resistência ao momento fletor.
Figura 2. 1 – Ligação com chapa de topo
2.2
Classificação das Ligações
No contexto de uma nova abordagem de análise e dimensionamento de estruturas metálicas sabe-se que não é suficiente, em todas as situações, considerar-se