E��EC�A���A��� E� E�������A� �E����CA� ������� � D������� C����������� ��D���: ���A��E� E� E�������A� �E����CA� Dimensionamento de Ligações parafusadas (Com base na ABNT NBR 8800:2008)
Prof. D.Sc. Saulo José de Castro Almeida Belo Horizont Horizontee – MG, 24 a 26 de julho julho de 2015 2015
����� 1: ����� 1: ����� ����� ��������� D����������� �� ������� �������� ����� ��� ����������� A���������
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������������� �� ��������� �� ������ D����������� �� ��������� ������
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E��������� �����: �������� ����������� �������� ��������
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�����D���� �� ��������� � ������������ ����� � ���� ���� ���� ��� �� ��������?
���� �� ��������?
�����D���� PREMISSA BÁSICA resposta estrutural compatível com o modelo de cálculo
�����D����
�����D����
�����D���� Exemplos de Ligações
Viga-pilar rígida
Viga-pilar flexível
Estrutura tubular Banzo-diagonal
�����D���� �E��� DE ���A��� � �EB��E�: ���������� ��� � ������ �� �� � �A�AF����: ������ � �� ���� ����������� � ���DA E�����CA
�����D���� ������������� ��� ��������
�������� ���������
�����������
�EB��E�
�EB��E�
Instalação Aquecimento
�EB��E� Empire State Building (1929-1931) - Arquitetos: R.H. Shreve T. Lamb A.L. Harnon - Altura: 381m - 102 andares - Tempo de construção: 1 ano e seis semanas
�EB��E� Empire State Building (1929-1931) Montagem da estrutura de aço
C��������� E� A��
��DE�
�EB��E� Apresenta resistência ao deslizamento, portanto, excelente desempenho nos casos de flutuação da solicitação.
Obs: o atrito entre as partes não é considerado no dimensionamento!
�EB��E� C����� �� �������� ��� �������: - Elevad Elevado o custo custo de instala instalação ção e inspeção (4 operários por equipe) - Redu Redução ção do custo custo dos dos parafuso parafusoss de alta alta resistênc resistência ia (ligações com resistência ao deslizamento)
- Des Desen envol volvim vimen ento to da solda solda elétrica elétrica (menor custo das ligações de fábrica)
�EB��E� LIGAÇÕES DE FÁBRICA: Ligação rebitada versus ligação soldada
Exemplo do perfil I
��������� �����D���� � �������� �����������
�A�AF���� Parafusos comuns: aço de baixo carbono A��� A307 �� ��� C����� 4.6
�A�AF���� ��������� �� ���� ����������� 1934 – primeiros experimentos 1947 – criação do Research Council on Riveted and Bolted Structural Joints
1951 – primeira especificação: admitiu equivalência entre rebite e PAA 1960 – introdução do “método da rotação da porca” para instalação 1962 – eliminada a exigência de duas arruelas, exceto em situações especiais
ASTM A325: aço de médio carbono tratado termicamente ASTM A490: aço de baixa liga tratado termicamente ISO Classe 8.8 e ISO Classe 10.9
ISO 8.8 f ub
=
800 MPa
f yb f ub
=
0,8
�A�AF���� A��� A325 � A��� A490
�A�AF���� A��� A325 � A��� A490
Tipo 3 : aço com elevada resistência à corrosão atmosférica
�A�AF���� A��� A325 � A��� A490
Identificação
�A�AF���� ABNT NBR 8800:2008
�������� �����������
- LIGAÇÕES POR CONTATO:
- LIGAÇÕES POR ATRITO:
�������� ��� ������� (������������ ����������) TRANSMISSÃO DA FORÇA NA CONEXÃO Permitida para parafusos comuns ou de alta resistência
Ligação a corte simples
�������� ��� ������� (������������ ����������) TRANSMISSÃO DA FORÇA NA CONEXÃO Permitida para parafusos comuns ou de alta resistência
Ligação a corte duplo
�������� ��� ������ (������������� ����������) TRANSMISSÃO DA FORÇA NA CONEXÃO Permitida apenas para parafusos de alta resistência
Condição: Alta pressão de contato
F < F at F at
N = µ
�������� ��� ������ PROTENSÃO INICIAL DOS PARAFUSOS DE ALTA RESISTÊNCIA 70% da força de tração resistente nominal (valor mínimo) F Tb
Diâmetro d b Polegada
(kN)
Milímetro
ASTM A325
ASTM A490
1/2
53
66
5/8
85
106
91
114
125
156
20
142
179
22
176
221
173
216
205
257
227
283
267
334
250
357
326
408
317
453
475
595
460
659
16 3/4
7/8 24 1 27 1 1/8 30 1 1/4 36 1 1/2
�������� ��� ������ MÉTODOS DE APERTO: Devem garantir a aplicação da protensão inicial F Tb - Rotação da porca - Chave calibrada - Indicador direto de tração (pouco utilizado)
������ �� ������� �� ����� Rotação da porca a partir da posição de pré-torque
������ �� ������� �� ����� Tração versus alongamento em parafuso ASTM A325
������ �� ����� ��������� (�� ����� ������ ��� �����������) Devem ser calibradas: - para 1,05F Tb (no mínimo) - pelo menos uma vez por dia de trabalho, para cada diâmetro de parafuso a instalar
��������� ������ �� ������
Twist-off bolt
��������� ������ �� ������
������������� �������� Quando especificar parafusos de alta resistência ? Em que situações é exigida a protensão inicial ?
������������� ��������
Quando especificar ligação por atrito ? - Ligações em que o deslizamento seja altamente prejudicial - Ligações que estiverem sujeitas a forças repetitivas, com reversão de sinal
����������� ������������ ESPAÇAMENTO MÍNIMO ENTRE FUROS E ENTRE FURO E BORDA
smin = 2,7db (de preferência 3db) emin = 1,5db (de preferência 2db)
����������� ������������ ESPAÇAMENTO MÁXIMO ENTRE PARAFUSOS a) elementos pintados ou não sujeitos à corrosão
s máx
=
24 t ≤ 300 mm
b) elementos sujeitos à corrosão atmosférica, em aços resistentes à corrosão, não pintados
s máx
= 14 t ≤ 180 mm
Onde t é espessura da parte ligada menos espessa
�������� ��� ������� ������������ ��� ��������� ��������:
tração
cisalhamento
tração e cisalhamento
�������� ��� ������� ������������ ��� ��������� ��������:
tração
����� �� �����
Cisalhamento do parafuso
Tração do parafuso
����� �� ����� Colapso por rasgamento (block shear )
����� �� ����� Colapso por rasgamento (block shear )
��������������� CONDIÇÕES GERAIS PARA DIMENSIONAMENTO O esforço resistente de cálculo deve ser MAIOR ou IGUAL a:
- Esforço solicitante de cálculo (condição de resistência) - No mínimo 45kN (exceto travejamentos, tirantes de barras redondas) - Porcentagem do esforço resistente da barra (condição de coerência): 50% p/ esforços axiais conforme ABNT NBR 8800:2008
���������������: ���������
Verificação ao esforço de tração : ÁREA EFETIVA DO PARAFUSO
p Abe = Ab 1 − K d b
2
≅
0,75 Ab
p é o passo da rosca K = 0,9743 para rosca UNC – parafusos ASTM K = 0,9382 para rosca métrica – parafusos ISO
���������������: ���������
Verificação ao esforço de tração : Força resistente de cálculo
F t, Rd
=
Abe f ub γ a2
Resistência à ruptura do parafuso 1,35 (combinações normais)
Área efetiva do parafuso
Abe Ab
=
=
0,75 Ab
0,25 π d b2
���������������: ���������
Força resistente de cálculo – Cisalhamento a) parafusos de alta resistência, se plano de corte passa pela rosca, e parafusos comuns em qualquer situação:
F v,Rd
=
0,4 Ab f ub
(por plano de corte)
γ a2
b) parafusos de alta resistência, se plano de corte não passa pela rosca:
F v,Rd
=
0,5 Ab f ub γ a2
(por plano de corte)
���������������: ������ Pressão de contato em furos Esmagamento
Rasgamento entre furo e borda (ou rasgamento entre furos)
Ruptura da seção líquida (previsto na seção 5.2 – tração)
���������������: ������ Força resistente de cálculo – Pressão de contato em furos 2.5 2,4
esmagamento
2.0
F d b tf u
1.5
ℓf1
t o n e m a g s r a
1.0
F
ℓf2
0.5 0.0 0
1
2
3
ℓ f
d b
4
���������������: ������ Força resistente de cálculo – Pressão de contato em furos Quando a deformação no furo para forças de serviço não for uma limitação de projeto
1,5
F c , Rd
=
1,2ℓ f tf u γ a 2
3,0
≤
2,4d btf u γ a 2
���������������: ������� ���������� Força resistente de cálculo Tração e cisalhamento combinados F t , Sd
F t , Sd F t , Rd
F t , Rd
2
F v, Sd + F v, Rd
Curva circular alternativa
2 ≤ 1,0
no plano de corte analisado
F v, Sd F t , Sd F t , Rd
+
F v, Sd F v, Rd
≤ 1,33
F v, Rd
���������������: ������� ����������
�������� ��� ������ Permitida apenas para parafusos de alta resistência
Condição: Alta pressão de contato
F < F at F at = µ N
�������� ��� ������ Força resistente de parafusos de alta resistência em ligações por atrito Deslizamento deve ser considerado como ELU: Nas ligações com furos alargados e furos pouco alongados ou muito alongados com alongamentos paralelos à direção da força.
Deslizamento deve ser considerado como ELS: Nas ligações com furos-padrão e furos pouco alongados ou muito alongados com alongamentos transversais à direção da força.
�������� ��� ������ Força resistente de parafusos de alta resistência em ligações por atrito - Deslizamento como ELU fator de furo coef. atrito
número de planos de deslizamento
F t , Sd 1,13 µ C h F Tb ns 1 − F f , Rd = γ e 1,13F Tb 1,20 para comb. normais
protensão força de tração que reduz o contato entre as partes
�������� ��� ������ Força resistente de parafusos de alta resistência em ligações por atrito - Deslizamento como ELS fator de furo coef. atrito
número de planos de deslizamento
F t , Sk F f , Rk = 0,80 µ C h F Tb ns 1 − 0,80 F Tb protensão
força de tração que reduz o contato entre as partes
�������� ��� ������ Força resistente de parafusos de alta resistência em ligações por atrito μ
é o coeficiente de atrito médio
0,35 para superfícies classe A (laminadas, limpas, sem pintura) e classe C (galvanizadas a quente com rugosidade aumentada)
0,50 para superfícies classe B (jateadas sem pintura)
0,20 para superfícies galvanizadas a quente
Outros valores podem ser estabelecidos com base em ensaios!
�������� ��� ������ Força resistente de parafusos de alta resistência em ligações por atrito C h é um fator de furo 1,00 para furos padrão 0,85 para furos alongados ou pouco alongados 0,70 para furos muito alongados
Considera a interferência do furo na área efetiva de contato entre as partes
������ �� �������� (������ ������)
Fa F t , Sd
=
N Sd
2
+
F a
Pode-se dispensar uma análise mais rigorosa, reduzindo F t,Rd em: 33% se espessuras calculadas com base no momento resist. plástico (Zf y ) 25% se espessuras calculadas com base no momento resist. elástico (Wf y )
������ �� �������� (������ ������)
������ �� �������� (������ ������)
filme
������� ��� ���������� (����� �����)
������� ��� ���������� (����� �����) Av
A t
Av
At At
Av
At
Av
(a) Situações típicas nas quais deve ser verificado o estado limite
(b) Situações típicas nas quais C ts = 1,0
(c) Situação típica na qual C ts = 0,5
������� ��� ���������� (����� �����) F r, Rd
=
1 γ a2
(0,60 f u Anv + C ts f u Ant )
≤
1 γ a2
(0,60 f y Agv + C ts f u Ant )
escoamento por cisalhamento
ruptura por cisalhamento ruptura por tração
�
ruptura por tração