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Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 1 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 2 Capítulo 3 Método dos Deslocamentos Versão: 15/11/2020 17:44 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 3 3.1 – Introdução 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidades Internas e Externas, Sistema Principal 3.3 – Aspectos Fundamentais 3.4 – Roteiro de Aplicação do Método 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 3.7 – Cedimento de Apoio 3.8 – Deformação por Força Normal 3.9 – Vínculos Elásticos 3.10 – Variação de Temperatura 3.11 – Determinação de Deslocamento Ortogonal Recíproco em Barra Inclinada 3.11.1 – Processo de Williot 3.11.2 – Método Geométrico 3.12 – Exemplos de Estruturas com Barras Inclinadas 3.13 – Barras com Inércia Variável 3.14 – Consideração da Simetria Plano do Capítulo Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 4 • Süssekind, J.C., Curso de Análise Estrutural, v. 3, Ed. Globo. O Método das Deformações, pg. 1-180. • Soriano, H.L., Lima, S. S., Análise de Estruturas – Método das Forças e Método dos Deslocamentos, v. 1, Ed. Ciência Moderna. Cap. 3 - Método dos Deslocamentos, pg. 137-218. • Martha, L. F., Análise de Estruturas – Conceitos e Métodos Básicos, 2ª ed., Ed. Campus. Cap. 10 - Método dos Deslocamentos, pg. 305-334 e Cap. 11 - Método dos Deslocamentos com Redução de Deslocabilidades, pg. 335-397. 3.1 – Introdução Método dos Deslocamentos – Bibliografia Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 5 3.1 – Introdução 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidades Internas e Externas, Sistema Principal 3.3 – Aspectos Fundamentais 3.4 – Roteiro de Aplicação do Método 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 3.7 – Cedimento de Apoio 3.8 – Deformação por Força Normal 3.9 – Vínculos Elásticos 3.10 – Variação de Temperatura 3.11 – Determinação de Deslocamento Ortogonal Recíproco em Barra Inclinada 3.11.1 – Processo de Williot 3.11.2 – Método Geométrico 3.12 – Exemplos de Estruturas com Barras Inclinadas 3.13 – Barras com Inércia Variável 3.14 – Consideração da Simetria Plano da aula 1 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 6 • O método dos deslocamentos é aplicado utilizando-se uma estrutura auxiliar semelhante à original, o Sistema Principal (SP), sendo que no SP são restringidos quase todos os deslocamentos desconhecidos; • Os deslocamentos restringidos para obter o SP são aplicados um a um com valor unitário e os esforços provocados são avaliados; • Os valores dos deslocamentos inicialmente restringidos no SP são calculados para que o nó fique em equilíbrio; • A partir dos deslocamentos nos nós inicial e final das barras agora conhecidos, considerando o carregamento externo atuante na barra, é possível calcular os esforços ao longo das barras. Grau de Indeterminação Cinemática 3.1 – Introdução Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 7 • Considere-se as solicitações em uma barra carregada de uma estrutura genérica cujos nós se deslocam conforme os graus de liberdade admissíveis para o tipo de estrutura em questão... 3.1 – Introdução Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 8 Movimento de corpo rígido Deslocamento ortogonal recíproco Giro do nó A Giro do nó B Efeito do carregamento externo • Considere-se uma barra biengastada sujeita a carregamento transversal, parte de uma estrutura maior... • Quais os esforços que surgem? • Nós inicial e final sofrem translações e rotações... 3.1 – Introdução Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 9 1 deslocabilidade (1 grau de liberdade não restringido) restrição das deslocabilidades: estrutura indeslocável! BARRAS INDEFORMÁVEIS AXIALMENTE • Considere-se o pórtico abaixo... 3.1 – Introdução Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 10 ESFORÇOS NOS NÓS DE EXTREMIDADE DE BARRA BIENGASTADA SUJEITA A GIRO UNITÁRIO EM NÓ DE EXTREMIDADE • Cada barra passa a se comportar como uma barra biengastada, podendo estar sujeita a carregamento externo e giros dos nós extremos! ESFORÇOS NOS NÓS DE EXTREMIDADE DE BARRA BIENGASTADA SUJEITA A CARREGAMENTO TRANSVERSAL 3.1 – Introdução Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 11 3.1 – Introdução EFEITO DA ROTAÇÃO DESCONHECIDA DO NÓ C SOBRE AS BARRAS CONECTADAS AO MESMO 4 . Cz BC EI L 4 . Cz AC EI L EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO NAS BARRAS BIENGASTADAS 8 BCPL 8 BCPL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 12 3.1 – Introdução EFEITO DA ROTAÇÃO DESCONHECIDA DO NÓ C SOBRE AS BARRAS CONECTADAS AO MESMO 4 . Cz BC EI L 4 . Cz AC EI L EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO NA EXTREMIDADE DAS BARRAS BIENGASTADAS 8 ACPL 4 4 . . 0 8 C CAC C z z AC BCAC BC PL EI EI M L L 8 4 4 AC C z AC BC PL EI EI L L . C zPAC AC AC C C C C zM M M EQUILÍBRIO DO NÓ C! 8 ACPL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 13 Plano da aula 1 3.1 – Introdução 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidades Internas e Externas, Sistema Principal 3.3 – Aspectos Fundamentais 3.4 – Roteiro de Aplicação do Método 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 3.7 – Cedimento de Apoio 3.8 – Deformação por Força Normal 3.9 – Vínculos Elásticos 3.10 – Variação de Temperatura 3.11 – Determinação de Deslocamento Ortogonal Recíproco em Barra Inclinada 3.11.1 – Processo de Williot 3.11.2 – Método Geométrico 3.12 – Exemplos de Estruturas com Barras Inclinadas 3.13 – Barras com Inércia Variável 3.14 – Consideração da Simetria Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 14 3.2 – Número de Incógnitas • No método dos deslocamentos o número de incógnitas fica dependente do número de deslocamentos desconhecidos na Estrutura. • Identifica-se dois tipos de deslocabilidade: - interna, associada a rotações de nós; - externa, associada a translações de nós. • O número de deslocamentos desconhecidos depende das deformações consideradas.... (consideração ou não das deformações axiais); Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 15 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidade Interna • Dizemos que o número de deslocabilidades internas de uma estrutura é igual ao número de rotações de nós que precisamos conhecer para poder “resolvê-Ia”, determinando seus esforços; • Para o caso de estruturas pórticos espaciais,o número de deslocabilidades internas é igual ao triplo do número de nós internos rígidos que a estrutura possui, pois que, para cada um deles, precisamos conhecer suas componentes de rotação em torno de cada um dos eixos coordenados. • Para o caso de grelhas, o número de deslocabilidades internas é igual ao dobro do número de nós internos rígidos que ela possui (supondo a grelha situada no plano xz, não haverá componente de rotação em torno do eixo y). • Em outras palavras, o número de deslocabilidades internas, di de uma estrutura plana (pórtico plano ou viga) é igual ao número de nós internos rígidos que ela possui (não incluindo os nós extremos apoiados ou engastados e, evidentemente, nem os nós internos rotulados); Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 16 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidade Interna Em princípio haveriam 4 deslocamentos desconhecidos, caso fossem consideradas deformações axiais. Apoio esquerdo: Δx e θz Desconsiderando as deformações axiais: Apoio central: Δx e θz Apoio esquerdo: Δx restringido pelo engaste à direita Apoio central: Δx restringido pelo engaste à direita Número de Deslocabilidades Internas: 1 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 17 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidade Interna Em princípio haveriam 5 deslocamentos desconhecidos, caso fossem consideradas deformações axiais. Nó B: Δx, Δy e θz Desconsiderando as deformações axiais: Nó C: Δx e θz Nó B: Δx restringido pelo engaste D Δy restringido pelo engaste A Nó C: Δx restringido pelo engaste D Número de Deslocabilidades Internas: 2 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 18 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidade Externa • Dizemos que o número de deslocabilidades externas de uma estrutura é igual ao número de translações de nós que precisamos conhecer para determinar os esforços em suas barras; • O número de deslocabilidades externas de de uma estrutura fica dependente da sua geometria, da consideração ou não da possibilidade deformação axial das barras e da vinculação externa. • Como as grelhas não admitem carregamento em seu plano, não há esforço normal nas barras. Não havendo esforço normal, é irrelevante a consideração ou não da deformabilidade axial das barras. • Como o único esforço diferente de zero nas treliças é o esforço normal, não é possível desconsiderar a deformação axial das barras. Caso isso fosse feito, a estrutura se apresentaria como rígida, completamente indeformável. Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 19 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidade Externa Em princípio haveriam 8 deslocamentos translacionais desconhecidos. Nós D,E,F,G: Δx e Δy Desconsiderando as deformações axiais: Nó D: Δy restringido pelo engaste A Nó F: Δx e Δy resultam dependentes dos deslocamentos dos nós E e G Número de Deslocabilidades Externas: 2 Nó E: Δy restringido pelo engaste B Nó G: Δy restringido pelo engaste C Nós D e E: se a barra DE é inextensível, Δx dos nós D e E é idêntico Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 20 Engastes: Δy restringidos pelos engastes 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidade Externa 6 deslocamentos por nó: 3 translações e 3 rotações Desconsiderando as deformações axiais: Barras horizontais: Δx e Δz vínculados 2 a 2 nos nós superiores Número de Deslocabilidades Internas:12 Em princípio haveriam 24 deslocamentos desconhecidos, caso fossem consideradas deformações axiais. Número de Deslocabilidades Externas: 4 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 21 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidade Externa Em princípio haveriam 6 deslocamentos desconhecidos, entre translações e rotações. Nós B e C: x ,z e Δy Considerando apenas as translações... Nós B e C: Δy possível Número de Deslocabilidades Externas: 2 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 22 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidades • Dizemos que o número de deslocabilidades internas de uma estrutura é igual ao número de rotações de nós que precisamos conhecer para poder resolvê-Ia. Em outras palavras, o número de deslocabilidades internas, di de uma estrutura plana (pórtico plano ou viga) é igual ao número de nós internos rígidos que ela possui (não incluindo os nós extremos apoiados ou engastados e, evidentemente, nem os nós internos rotulados); em grelhas o número de deslocabilidades internas será igual ao dobro do número de nós elásticos da mesma. • É usual chamar-se às estruturas que possuem deslocabilidades externas de estruturas deslocáveis, e aquelas que não as possuem (mesmo tendo deslocabilidades internas) de estruturas indeslocáveis. • O número de incógnitas associado ao problema em estudo, também chamado de grau de indeterminação cinemática, é dado pela soma entre as deslocabilidades internas e as deslocabilidades externas. Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 23 3 2 5i ed d d 3 2 5i ed d d 3.2 – Número de Incógnitas Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 24 8 4 12i ed d d 4 3 7i ed d d 3.2 – Número de Incógnitas Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 25 8 4 12i ed d d 8 1 9i ed d d 8 2 10i ed d d 9 3 12i eg g g 18 3 21i eg g g 12 3 15i eg g g Contraventamentos (barras inextensíveis!)... 3.2 – Número de Incógnitas d – grau de indeterminação cinemática g – grau de indeterminação estática Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 26 1 0 1i ed d d 3 0 3i ed d d 4 1 5i ed d d Sem deslocabilidade externa! Sem deslocabilidade externa! 3.2 – Número de Incógnitas Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 27 Eliminação de trechos isostáticos... 1 1 2i ed d d 3.2 – Número de Incógnitas Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 28 3.2 – Número de Incógnitas Em treliças, como o único esforço não-nulo é o esforço normal, não é possível desprezar as deformações axiais. Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 29 3.2 – Número de Incógnitas 2.2 2 6i ed d d 2.6 6 18i ed d d Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 30 3.2 – Número de Incógnitas 4.2 0 8i ed d d 2.2 2 6i ed d d Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 31 Intervalo Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 32 3.1 – Introdução 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidades Internas e Externas, SistemaPrincipal 3.3 – Aspectos Fundamentais 3.4 – Roteiro de Aplicação do Método 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 3.7 – Cedimento de Apoio 3.8 – Deformação por Força Normal 3.9 – Vínculos Elásticos 3.10 – Variação de Temperatura 3.11 – Determinação de Deslocamento Ortogonal Recíproco em Barra Inclinada 3.11.1 – Processo de Williot 3.11.2 – Método Geométrico 3.12 – Exemplos de Estruturas com Barras Inclinadas 3.13 – Barras com Inércia Variável 3.14 – Consideração da Simetria Plano da aula 1 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 33 3.3 – Aspectos Fundamentais: Sistema Principal Sistema Principal: o sistema principal é uma estrutura geometricamente semelhante à estrutura original, na qual são eliminadas todas as deslocabilidades, através do emprego de vínculos hipotéticos. • Eliminar rotações (deslocabilidade interna): chapa rígida • Eliminar translações (deslocabilidade externa): apoio simples Sistema Hipergeométrico (Martha) e Sistema Principal (Sussekind, Soriano) tem o mesmo significado! Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 34 3.3 – Aspectos Fundamentais: Sistema Principal Sistema Principal 1 0 1i ed d d Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 35 3.3 – Aspectos Fundamentais: Sistema Principal Sistema Principal 3 2 5i ed d d Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 36 3.3 – Aspectos Fundamentais: Sistema Principal Sistema Principal 0 2 2i ed d d Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 37 3.3 – Aspectos Fundamentais: Sistema Principal Sistema Principal 4 2 6i ed d d Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 38 3.3 – Aspectos Fundamentais: Sistema Principal Sistema Principal 1 0 1i eg g g TRELIÇAS ! 0 5 5i ed d d Sistema Principal 2 0 2i eg g g 0 9 9i ed d d Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 39 3.3 – Aspectos Fundamentais: Rigidez • Denomina-se rigidez de uma barra em um nó ao valor do momento que, aplicado neste nó, suposto livre para girar, provoca uma rotação unitária do mesmo (Sussekind, Curso de Análise Estrutural, v. 3, pg.11). a) Barra biengastada: A rigidez da barra AB no nó é o momento que provocaria um giro unitário no nó A, se este pudesse girar... Seu valor pode ser obtido considerando um recalque de apoio rotacional unitário no nó A... Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 40 3.3 – Aspectos Fundamentais: Rigidez • Considerando uma barra de seção transversal constante com momento de inércia I, material com módulo de elasticidade E, e resolvendo empregando Analogias de Mohr (método da viga conjugada...) 0 2A A BM M M 2 0 1+ 2 2 B B y M l M l F EI EI 4 2 A B EI EI M M l l Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 41 3.3 – Aspectos Fundamentais: Rigidez • Como consequência do giro unitário em A surge um momento em B igual à metade do que surge em A, e de mesmo sentido. Então se diz que o coeficiente de transmissão de A para B é da ordem de ½. Isso vale somente para barras com inércia constante! 1 2 B AB A M t M 4 2 A B EI EI M M l l • Para barras com inércia variável os valores de K e t encontram-se tabelados, como se verá adiante. Rigidez dos nós da barra biengastada com inércia constante 4EI K l Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 42 3.3 – Aspectos Fundamentais: Rigidez • Convenção de Sinais: consideram-se positivos os momentos e rotações com sentido anti-horário. Tal convenção é estabelecida de forma independente da convenção utilizada para representação de esforços internos, onde se chama de positivos os momentos que tracionam as fibras inferiores das barras. Tanto MA quanto MB são positivos! Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 43 3.3 – Aspectos Fundamentais: Rigidez b) Barra engastada-apoiada: A rigidez da barra AB no nó A é o momento que provocaria um giro unitário no nó, se este pudesse girar... Solução apresentada por Sussekind, V. 2, Cap. 1, Aplicação 1-26. ' 3EIK l Rigidez do nó engastado da barra engastada-apoiada com inércia constante Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 44 3.3 – Aspectos Fundamentais: Rigidez • Rigidez relativa k: define-se a rigidez relativa de uma barra em um nó como sendo sua rigidez absoluta K dividida pelo quadruplo do módulo de Elasticidade. 4 K I k E l ' ' 3 . 4 4 K I k E l BARRA BIENGASTADA BARRA ENGASTADA-APOIADA Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 45 3.3 – Aspectos Fundamentais: Deslocamentos Ortogonais Recíprocos a) Barra biengastada: Qual o valor dos momentos que surgem nos nós A e B de uma barra em que um dos nós extremos fica sujeito a um deslocamento ortogonal recíproco positivo*? Solução apresentada por Sussekind, V. 2, Cap. 1, Aplicação 1-27. Possível obter os valores de MA e MB utilizando os conceitos de rigidez K e coeficiente de transmissão t. * Giro horário da corda que une os nós! Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 46 3.3 – Aspectos Fundamentais: Deslocamentos Ortogonais Recíprocos a) Barra biengastada: As expressões anteriores valem para qualquer lei de variação de seção transversal ao longo da barra, não ficando limitadas a inércia constante. O que muda caso haja variação de inércia são as rigidezes K e os coeficientes de transmissão t. Considerando os momentos MA e MB como originados por um par de rotações de valor +φ/l. ( )A A A BA B B A BA BM K t K K t K l ( )B B B AB A A B AB AM K t K K t K l 2 6 A B EI M M l Para barra de inércia constante, introduzindo os valores de rigidez e coeficiente de transmissão já determinados resulta ... Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 47 3.3 – Aspectos Fundamentais: Deslocamentos Ortogonais Recíprocos b) Barra engastada-apoiada: Qual o valor do momento que surge no nó A de uma barra AB onde o nó B fica sujeito a um deslocamento ortogonal recíproco positivo? Possível obter os valores de MA utilizando os conceitos de rigidez K’ e coeficiente de transmissão t. Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 48 3.3 – Aspectos Fundamentais: Deslocamentos Ortogonais Recíprocos b) Barra engastada-apoiada: Considerando o momento MA como originado por uma rotação de valor +φ/l. ' ' A A A AM K K l 2 3 A EI M l Para barra de inércia constante, introduzindo o valor da rigidez já determinado resulta ... Mecânica EstruturalII Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 49 3.3 – Aspectos Fundamentais: Rigidez, Deslocamentos Ortogonais Recíprocos • Barra Biengastada • Barra Engastada-apoiada Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 50 3.3 – Aspectos Fundamentais: Rigidez • Para alongamento unitário devido a esforço normal • Para giro unitário devido a torção 0GJT l EA N l N T Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 51 3.3 – Aspectos Fundamentais: Momentos de Engastamento Perfeito • Representam o efeito do carregamento externo atuante na barra. São as reações correspondentes às cargas que atuam na barra. • Podem ser obtidos por solução do problema hiperestático correspondente à barra biengastada ou engastada-apoiada sujeita ao carregamento. • Normalmente tabelados. Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 52 3.3 – Aspectos Fundamentais: Momentos de Engastamento Perfeito Momentos de Engastamento Perfeito para barras de inércia constante sujeitas a cargas distribuídas e concentradas Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 53 3.3 – Aspectos Fundamentais: Momentos de Engastamento Perfeito Momentos de Engastamento Perfeito para barras de inércia constante sujeitas a cargas concentradas Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 54 3.3 – Aspectos Fundamentais: Rigidez Rigidez para barras de inércia constante biengastadas e engastada-apoiadas Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 55 3.3 – Aspectos Fundamentais: Notação Correspondência: diz-se que um esforço é correspondente a um grau de liberdade ou deslocamento quando ocorre no mesmo local e é de tipo análogo. Força Translação Momento Rotação -ijK esforço correspondente à deslocabilidade i, causado pela imposição da deslocabilidade unitária j • Pode ser rigidez, momento transmitido, reação de apoio... “rigidez”: β (Sussekind), K (Martha), k (Soriano), S (Gere e Weaver) “deslocamentos”: Δ (Sussekind), D (Martha), d (Soriano), u ... “ações corrigidas”: βi0 (Sussekind, Martha), fC (Soriano) , A (Gere), P, F • Será rigidez se i = j... Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 56 3.3 – Aspectos Fundamentais: Funcionamento do Método Movimento de corpo rígido Deslocamento ortogonal recíproco MOMENTOS Giros de nó RIGIDEZ Efeito do carregamento externo MOM. DE ENGASTAMENTO PERFEITO Giros de nó RIGIDEZ • Considerando uma barra biengastada, é possível definir os esforços na mesma em função do carregamento externo, dos giros de seus nós extremos e da translação relativa entre os mesmos. Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 57 3.3 – Aspectos Fundamentais: Funcionamento do Método Funcionamento do método: a ideia básica do Método dos Deslocamentos é reproduzir o comportamento da estrutura original empregando um sistema principal semelhante à estrutura original. Para garantir que ambos se comportem de forma idêntica, é imposta a condição de equilíbrio de esforços correspondentes às deslocabilidades identificadas. ESTRUTURA ORIGINAL SISTEMA HIPERGEOMÉTRICO BARRAS INDEFORMÁVEIS AXIALMENTE Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 58 ESTRUTURA ORIGINAL 3.3 – Aspectos Fundamentais: Funcionamento do Método +D1 +D2 +D3 EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 EFEITO DA DESLOCABILIDADE 3 EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 0 , 31 1 32 2 33 3 30 . . . 0x DF K U K U K U P ,0; 0; 0C D x DM M F SISTEMA PRINCIPAL COM RESTRIÇÕES Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 59 3.3 – Aspectos Fundamentais: Funcionamento do Método 0 -iP Esforço correspondente à deslocabilidade i, causado pelo carregamento externo EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO 0 ,0 ,0 1 1 1 BC ACP p p 0 ,0 2 2 CDP p 0 ,0 3 3 ACP p 0 ...iP TABELADOS OBTENÇÃO DOS COEFICIENTES P Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 60 3.3 – Aspectos Fundamentais: Funcionamento do Método EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 Esforços correspondentes à deslocabilidade i, causados pela aplicação de deslocamento unitário correspondente à deslocabilidade 1 11 11 11 4 4CD AC CD AC EI EI K k k L L 21 21 2CD CD EI K k L 31 2 6 AC EI K L OBTENÇÃO DOS COEFICIENTES Ki1 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 61 3.3 – Aspectos Fundamentais: Funcionamento do Método EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 Esforços correspondentes à deslocabilidade i, causados pela aplicação de deslocamento unitário correspondente à deslocabilidade 2 12 12 2CD CD EI K k L 22 22 22 4 3CD BD CD BD EI EI K k k L L 32 2 3 BD EI K L OBTENÇÃO DOS COEFICIENTES Ki2 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 62 3.3 – Aspectos Fundamentais: Funcionamento do Método EFEITO DA DESLOCABILIDADE 3 Esforços correspondentes à deslocabilidade i, causados pela aplicação de deslocamento unitário correspondente à deslocabilidade 3 13 13 2 6AC AC EI K k L 23 23 2 3BD BD EI K k L 33 33 33 3 3 12 3AC BD AC BD EI EI K k k L L OBTENÇÃO DOS COEFICIENTES Ki3 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 63 3.3 – Aspectos Fundamentais: Funcionamento do Método 0 11 12 13 1 1 0 21 22 23 2 2 0 31 32 33 3 3 0 0 0 K K K U P K K K U P K K K U P Matriz de Rigidez Vetor de Deslocamentos Ações de Engastamento Perfeito Matriz de Rigidez sempre simétrica!!!!! • Sistema de Equações a ser resolvido: Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 64 3.3 – Aspectos Fundamentais: Funcionamento do Método 2 0 1 1 0 2 22 0 3 3 2 2 3 3 4 4 2 6 0 2 3 4 3 0 0 6 3 12 3 CD AC CD AC CD BD CD BD AC BD AC BD EI EI EI EI L L L L U P EI EI EI EI U P L L L L U P EI EI EI EI L L L L Matriz de Rigidez Ações de Engastamento Perfeito Matriz de Rigidez sempre simétrica!!!!! Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 65 3.3 – Aspectos Fundamentais: Funcionamento do Método +U1 +U2 +U3 EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 EFEITO DA DESLOCABILIDADE 3 EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 0 1 1 2 2 3 3. . .E E E U E U E U Cálculo dos Esforços Finais Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 66 3.1 – Introdução 3.2 – Número de Incógnitas: DeslocabilidadesInternas e Externas, Sistema Principal 3.3 – Aspectos Fundamentais 3.4 – Roteiro de Aplicação do Método 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 3.7 – Cedimento de Apoio 3.8 – Deformação por Força Normal 3.9 – Vínculos Elásticos 3.10 – Variação de Temperatura 3.11 – Determinação de Deslocamento Ortogonal Recíproco em Barra Inclinada 3.11.1 – Processo de Williot 3.11.2 – Método Geométrico 3.12 – Exemplos de Estruturas com Barras Inclinadas 3.13 – Barras com Inércia Variável 3.14 – Consideração da Simetria Plano da aula 1 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 67 3.4 – Roteiro de Aplicação do Método • Definição do sistema principal, identificando as deslocabilidades existentes e restringindo-as; • Aplicação de deslocamentos unitários correspondentes às deslocabilidades identificadas, no sistema principal, um a um; • Identificação dos esforços correspondentes às deslocabilidades unitárias; • Montagem das equações de equilíbrio; • Solução do sistema de equações de equilíbrio; • Cálculo dos esforços e reações de apoio finais. • Avaliação do efeito do carregamento externo no sistema principal; Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 68 FINAL DA AULA 1 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 3 3.1 – Introdução 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidades Internas e Externas, Sistema Hipergeométrico 3.3 – Aspectos Fundamentais 3.4 – Roteiro de Aplicação do Método 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 3.7 – Cedimento de Apoio 3.8 – Deformação por Força Normal 3.9 – Vínculos Elásticos 3.10 – Variação de Temperatura 3.11 – Determinação de Deslocamento Ortogonal Recíproco em Barra Inclinada 3.11.1 – Processo de Williot 3.11.2 – Método Geométrico 3.12 – Exemplos de Estruturas com Barras Inclinadas 3.13 – Barras com Inércia Variável 3.14 – Consideração da Simetria Plano da aula 2 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 4 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa KU P Sistema de Equações de Equilíbrio CORRESPONDENTES às Deslocabilidades... • O equilíbrio é imposto considerando as ações SOBRE AS EXTREMIDADES DE BARRAS (Apostila, pg. 56)... Como incluir AÇÕES NODAIS nas Equações de Equilíbrio? • Ações Nodais correspondentes a deslocabilidades... • Ações Nodais que não são correspondentes a deslocabilidades... Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 5 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa KU P SISTEMA DE EQUAÇÕES DE EQUILÍBRIO CORRESPONDENTES ÀS DESLOCABILIDADES... • O equilíbrio é imposto considerando as ações SOBRE AS EXTREMIDADES DE BARRAS (Apostila, pg. 56)... 23 3 0 8 B EI EI qL L L • MOMENTOS SOBRE AS EXTREMIDADES DE BARRA Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 6 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 23 3 0 8 B EI EI qL L L • MOMENTOS SOBRE AS EXTREMIDADES DE BARRA • MOMENTOS SOBRE O NÓ 23 3 0 8 B EI EI qL L L • Como incluir uma AÇÃO NODAL CORRESPONDENTE às deslocabilidades?? KU P nodal epP F F Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 7 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa • Como incluir uma AÇÃO NODAL NÃO CORRESPONDENTE às deslocabilidades?? • Considerando como carga de barra! • Transmitindo a partir do nó, como rigidez proveniente de giro unitário... CB Ct M Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 8 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa ESTRUTURAS INDESLOCÁVEIS • São aquelas em que os nós não apresentam translações; Vigas? Pórticos Planos? Grelhas? • Os esforços nas barras pode-se admitir como oriundos unicamente do carregamento atuante na prórpria barra e dos giros dos nós de extremidade da mesma. Treliças nunca! Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 9 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa Exemplo 1: Obter o diagrama de momentos fletores para a viga de inércia constante da figura a seguir. SISTEMA PRINCIPAL ESTRUTURA SIMPLIFICADA Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 10 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO 2 0 1 2 8 8 2 20 .4 40 .(5 ) 10 25 8 8 80,00 BCAB B kN m qLPL M P M kN m m kNm kNm kNm SISTEMA PRINCIPAL nodal epP F F Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 11 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO ,0 10 2 y P A kN SISTEMA PRINCIPAL ,0 5 3 10 125 6 129 2 8 2 BC C y BC qL MP B kN kN kN kN L ,0 3 3 10 75 6 10 91 8 2 BC C y BC qL M C kN kN kN kN kN L ,0 10 8 AB A PL M kNm Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 12 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 UNITÁRIA 11 11 11 4 3 1,6AB BC AB BC EI EI EI K k k L L m SISTEMA PRINCIPAL ,1 2 2 2 6 3 51 200 y AB BC EI EI EI B L L m ,1 2 2 A AB EI EI M L m ,1 2 2 6 3 8 y AB EI EI A L m ,1 2 3 y BC EI C L Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 13 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 11,6 . 80,00 EI U kNm m 2 2 1 80,00 50,000 1,6 kNm U kNm EI EI Sistema de Equações Cálculo dos Esforços Finais 1 1 0.E E U E 2 0 1 50,000 .E E kNm E EI 0 11 1 1K U P Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 14 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 22 50,000 15,00 8 AB AB AB PL EI M kNm kNm L EI 2 0 1 50,000 .E E kNm E EI 24 50,000 60,00 8 AB BA AB PL EI M kNm kNm L EI • Cálculo de Ações de Extremidade de Barra 2 2 6 50,000 8,75 2 AB AB P EI V kNm kN L EI 2 2 6 50,000 28,75 2 BA AB P EI V kNm kN L EI Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 15 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 2 0 1 50,000 .E E kNm E EI 2 23 50,000 85,00 8 2 BC C BC BC qL M EI M kNm kNm L EI 250,0000. 20,00CB CM M kNm kNm EI • Cálculo de Ações de Extremidade de Barra 2 2 5 3 3 50,000 113 8 2 BC C BC BC BC qL M EI V kNm kN L L EI 2 2 3 3 3 50,000 87 8 2 BC C CB BC BC qLM EI V kNm kN L L EI Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 16 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 2 2 6 50,000 8,75 2 y AB P EI A kNm kN L EI 2 0 1 50,000 .E E kNm E EI 2 2 2 5 3 2 8 2 6 3 50,000 + 141,75 BC C y BC AB BC qL MP B L EI EI kNm kN L L EI 2 2 3 3 3 50,000 10 97,00 8 2 BC C y BC BC qL M EI C kN kNm kN L L EI • Cálculo de Reações de Apoio (1ª maneira) Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 17 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 8,75 yA kN 141,75 yB kN 97,00 yC kN 85,00 BCM kNm 20,00 CBM kNm 113 BCV kN 87 CBV kN 15,00 ABM kNm 60,00 BAM kNm 8,75 ABV kN 28,75 BAV kN Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 18 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa DMF Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 19 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa Exercício 1 (Soriano, Exemplo 3.1, pg. 144): Determine os diagramas de solicitação da viga a seguir, considerando E = 2,1.107 kN/m2. I = 0,01 m4 I = 0,006 m4 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 20 Intervalo Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 21 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa Exemplo 2: (Curso de Análise Estrutural, Sussekind, v. 3, p. 27) Obter o diagrama de momentos fletores e as reações de apoio para o quadro a seguir, cujo material tem E = 20 GPa e cujas barras possuem inércia constante e igual a 0,024 m4. SISTEMA PRINCIPAL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 22 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO 0 1 1 60 .8 60 8 8 ep CDPL kN mP F kNm 2 2 0 2 2 40 .(6 ) 60 .8 120 8 8 8 8 kN ep mCDDE PLqL m kN m P F kNm Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 23 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 11 4 4 4 4 7 6 8 6AC CD EI EI EI EI EI K L L m m m 21 2 2 8 4CD EI EI EI K L m m EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 COM VALOR UNITÁRIO Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 24 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 12 2 2 8 4CD EI EI EI K L m m 22 4 4 3 4 4 3 5 8 6 6 3CD BD DE EI EI EI EI EI EI EI K L L L m m m m EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 COM VALOR UNITÁRIO Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 25 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 1 2 7 606 4 5 120 4 3 EI EI U kNmm m UEI EI kNm m m 2 5 1 42 2 10080 7,74907 10271 1,38376 1018000 271 kNm U x radEI U x radkNm EI Sistema de Equações Cálculo dos Esforços Finais 0 1 1 2 2. .E E E U E U 2 2 0 1 2 10800 18000 . . 271 271 kNm kNm E E E E EI EI 0 11 12 1 1 0 21 22 2 2 K K U P K K U P Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 26 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 2 10080 18000 0 . 0. 12,40 271 271 AC AC EI M kNm L EI EI 2 2 0 1 2 10800 18000 . . 271 271 kNm kNm E E E E EI EI • Cálculo de Momentos 4 10080 18000 0 . 0. 24,80 271 271 CA AC EI M kNm L EI EI 4 10080 2 18000 . . 24,80 8 271 271 CD CD CD CD PL EI EI M kNm L EI L EI 2 10080 4 18000 . . 102,51 8 271 271 CD DC CD CD PL EI EI M kNm L EI L EI Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 27 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 10080 4 18000 0 0. . 44,28 271 271 DB BD EI M kNm EI L EI 2 10080 3 18000 0. . 146,79 8 271 271 DE DE DE qL EI M kNm EI L EI 10080 2 18000 0 0. . 22,14 271 271 BD BD EI M kNm EI L EI 2 2 0 1 2 10800 18000 . . 271 271 kNm kNm E E E E EI EI • Cálculo de Momentos Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 28 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 12,40 ACM kNm 24,80 CAM kNm 24,80 CDM kNm 102,51 DCM kNm 44,28 DBM kNm 146,79 DEM kNm 22,14 BDM kNm Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 29 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa DMF Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 30 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa , 0 12,40 24,80 .6 0 6,20 C baixoz x xM A m A kN , 0 22,14 44,28 .6 0 11,07 D baixoz x xM B m B kN 0 0 17,27 x x x x xF A B E E kN 0 60 40.6 0 184,17 y y y y yF A B E m B kN , 0 .8 24,80 102,51 60.4 0 20,29 D esqz y yM A m m A kN , 0 .6 146,79 40.6 .3 0 95,54 D dirz y yM E m m m E kN Erro Sussekind, v. 3, fl. 30, Fig. I-38 Erro Sussekind, v. 3, fl. 30, Fig. I-38 • CÁLCULO DE REAÇÕES DE APOIO Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 31 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa • CÁLCULO DE REAÇÕES DE APOIO - Considerando a solução final para os momentos fletores, tomar cada barra como biapoiada, sujeita a carregamento externo e momentos fletores nas extremidades. Calcular as reações de apoio que surgem, e ver como se transmitem aos vínculos; - Considerando o sistema principal, utilizar as reações advindas do efeito do carregamento externo e os coeficientes que vão surgindo quando da imposição das deslocabilidades com valor unitário. Aplicar a equação de superposição de efeitos. Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 32 Intervalo Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 33 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa Exemplo 3: Obter os diagramas de momentos fletores e momentos de torção para a grelha a seguir, cujas barras têm, todas, GJ = 0,8 EI. SISTEMA PRINCIPAL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 34 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 0 1 1 20 .4 10 8 8 ep BCPL kN mP F kNm 2 2 0 2 2 10 .(5 ) 20,83 12 12 kN ep mABqL mP F kNm CARGA EM BC CARGA EM AB EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 35 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 11 4 0,8 4 1,16 5 4AB BC GJ EI EI EI EI K L L m m m 21 0K TORÇÃO EM AB, FLEXÃO EM BC Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 36 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 22 4 4 0,8 5 4AC BC EI GJ EI EI EI K L L m m m 12 0K TORÇÃO EM BC, FLEXÃO EM AB Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 37 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 1 2 1,16 0 10 20,83 0 EI U kNmm UEI kNm m 2 1 22 8,621 20,833 kNm U EI U kNm EI Sistema de Equações Cálculo dos Esforços Finais 0 1 1 2 2. .E E E U E U 2 2 0 1 2 8,621 20,833 . .E E E kNm E kNm EI EI 0 11 12 1 1 0 21 22 2 2 K K U P K K U P Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 38 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 2 1 2 10 .(5 ) 2 0. . 29,17 12 5 kN m AB m EI M U U kNm m CARGA EXTERNA DESLOCABILIDADE 1 DESLOCABILIDADE 2 BARRA AB 2 2 0 1 2 8,621 20,833 . .E E E kNm E kNm EI EI 1 2 0,8 0 . 0. 1,38 5 AB EI T U U kNm m 2 1 2 10 .(5 ) 4 0. . 4,17 12 5 kN m BA m EI M U U kNm m 1 2 0,8 0 . 0. 1,38 5 BA EI T U U kNm m Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 39 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 1 2 20 .4 4 . 0. 1,38 8 4 BC kN m EI M U U kNm m CARGA EXTERNA DESLOCABILIDADE 1 DESLOCABILIDADE 2 BARRA BC 2 2 0 1 2 8,621 20,833 . .E E E kNm E kNm EI EI 1 2 0,8 0 0. . 4,17 4 BC EI T U U kNm m 1 2 20 .4 2 . 0. 14,31 8 4 CB kN m EI M U U kNm m 1 2 0,8 0 0. . 4,17 4 CB EI T U U kNm m Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 40 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 1,38 BCM kNm 4,17 BCT kNm 14,31 CBM kNm 4,17 CBT kNm 29,17 ABM kNm 1,38 ABT kNm 4,17 BAM kNm 1,38 BAT kNm DMF DMT Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 41 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa Exercício 2 (Hibbeler, exemplo 11.6, pg. 348): Determine os momentos internos em cada nó do pórtico da figura. Os momentos de inércia são dados ao lado das barras. Considere E = 200 GPa. Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 42 FINAL DA AULA 2 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 3 3.1 – Introdução 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidades Internas e Externas, Sistema Hipergeométrico 3.3 – Aspectos Fundamentais 3.4 – Roteiro de Aplicação do Método 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 3.7 – Cedimento de Apoio 3.8 – Deformação por Força Normal 3.9 – Vínculos Elásticos 3.10 – Variação de Temperatura 3.11 – Determinação de Deslocamento Ortogonal Recíproco em Barra Inclinada 3.11.1 – Processo de Williot 3.11.2 – Método Geométrico 3.12 – Exemplos de Estruturas com Barras Inclinadas 3.13 – Barras com Inércia Variável 3.14 – Consideração da Simetria Plano da aula 3 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 4 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa • Estruturas com deslocabilidade externa... • Cedimento de Apoio (Translação) • Cedimento de Apoio (Translação) • Variação de Temperatura Aquelas que possuem um deslocamento de translação desconhecido, que afeta os esforços! • Estruturas indeslocáveis ao considerar somente carga mecânica atuando, entretanto... SP SP SP Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 5 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa • Barra Biengastada • Barra Engastada-apoiada Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 6 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa Exemplo 4: Traçar o diagrama de momento fletor para o pórtico da figura abaixo, cujas barras tem rigidez EI. SISTEMA PRINCIPAL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 7 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO 2 0 1 2 8 8 10 (3 ) 40 .3 3,75 8 8 BC AB kN m qL PL P m kN m kNm 0 2 20 2 P P kN Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 8 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 UNITÁRIA 11 4 3 7 3AB BC EI EI EI K L L m 21 2 2 2 6 6 2 9 3AB EI EI EI K L m m Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 9 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 UNITÁRIA 12 2 2 2 6 6 2 9 3AB EI EI EI K L m m 22 3 3 3 12 12 4 27 9AB EI EI EI K L m m Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 10 1 2 7 2 3,75 3 3 2 4 20 3 9 EI EI U kNmm m UEI EI kN m m 2 1 3 2 315 16 2385 32 kNm U EI U kNm EI Sistema de Equações Cálculo dos Esforços Finais 0 1 1 2 2. .E E E U E U 2 2 0 1 2 315 2385 . . 16 16 kNm kNm E E E E EI EI 0 11 12 1 1 0 21 22 2 2 K K U P K K U P 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 11 2 2 315 6 2385 15 . . 51,56 16 16 AB AB AB EI EI M kNm L EI L EI • Cálculo de Momentos e Reações de Apoio 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 2 2 0 1 2 315 2385 . . 16 16 kNm kNm E E E E EI EI 2 4 315 6 2385 15 . . 8,44 16 16 BA AB AB EI EI M kNm L EI L EI 3 315 2385 11,25 . 0. 8,44 16 16 BC BC EI M kNm L EI EI 2 3 6 315 12 2385 20 . . 40,00 16 16 x AB AB EI EI A kN L EI L EI 2 3 315 2385 18,75 . 0. 12,19 16 16 y BC EI A kN L EI EI 2 3 315 2385 11,25 . 0. 17,81 16 16 y BC EI C kN L EI EI Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 12 51,56 ABM kNm • Confecção do DMF 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 8,44 BAM kNm 8,44 BCM kNm 40,00 xA kN 12,19 yA kN 17,81 yC kN DMF Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 13 Intervalo Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 14 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa Exemplo 5: Obter os diagramas de momentos fletores e momentos de torção para a grelha a seguir, cujas barras têm, todas, GJ = 0,8 EI. SISTEMA PRINCIPAL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 15 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO 0 1 1 20 .4 10 8 8 ep BCPL kN mP F kNm 2 2 0 2 2 10 .(5 ) 20,83 12 12 kN ep mABqL mP F kNm CARGA EM BC CARGA EM AB 0 3 3 10 .5 20 35,00 2 2 2 2 kN ep mABqL P m kNP F kN CARGAS EM AB e BC Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 16 3.5 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 11 4 0,8 4 1,16 5 4AB BC GJ EI EI EI EI K L L m m m 21 0K TORÇÃO EM AB, FLEXÃO EM BC FLEXÃO EM BC 31 2 2 2 6 6 3 16 8BC EI EI EI K L m m Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 17 3.5 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 22 4 4 0,8 5 4AC BC EI GJ EI EI EI K L L m m m 12 0K TORÇÃO EM BC, FLEXÃO EM AB 32 2 2 6 6 25AB EI EI K L m FLEXÃO EM AB Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 18 3.5 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa EFEITO DA DESLOCABILIDADE 3 33 3 3 3 3 12 12 12 12 125 64AB BC EI EI EI EI K L L m m 13 2 2 2 6 6 3 16 8BC EI EI EI K L m m FLEXÃO EM AB e FLEXÃO EM BC FLEXÃO EM BC 23 2 2 6 6 25AB EI EI K L m FLEXÃO EM AB Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 19 2 1 22 3 2 2 3 3 1,16 3 0 8 10,00 6 0 20,83 25 35,00 3 6 12 12 8 25 125 64 EI EI m m U kNm EI EI U kNm m m U kN EI EI EI EI m m m m 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 2 1 2 2 33 74,0494 40,5409 255,726 kNm rad EI U kNm U rad EI U kNm EI Sistema de Equações Cálculo dos Esforços Finais 1 1 2 2 3 3 0. . .E E U E U E U E 2 2 3 0 1 2 3 74,0494 40,5409 255,726 . . . kNm kNm kNm E E E E E EI EI EI 0 11 12 13 1 1 0 21 22 23 2 2 0 31 32 33 3 3 K K K U P K K K U P K K K U P Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 20 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 2 2 3 0 1 2 3 74,0494 40,5409 255,726 . . . kNm kNm kNm E E E E E EI EI EI 2 1 2 32 10 .(5 ) 2 6 0. . . 65,99 12 5 25 kN m AB m EI EI M U U U kNm m m CARGA EXTERNA DESLOCABILIDADE 1 BARRA AB 1 2 3 0,8 0 . 0. 0. 11,85 5 AB EI T U U U kNm m 2 1 2 32 10 .(5 ) 4 6 0. . . 8,11 12 5 25 kN m BA m EI EI M U U U kNm m m 1 2 3 0,8 0 . 0. 0. 11,85 5 BA EI T U U U kNm m DESLOCABILIDADE 3 DESLOCABILIDADE 2 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 21 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 2 2 3 0 1 2 3 74,0494 40,5409 255,726 . . . kNm kNm kNm E E E E E EI EI EI 1 2 32 20 .4 4 6 . 0. . 11,85 8 4 16 BC kN m EI EI M U U U kNm m m CARGA EXTERNA DESLOCABILIDADE 1 BARRA BC 1 2 3 0,8 0 0. . 0. 8,11 4 BC EI T U U U kNm m 1 2 32 20 .4 2 6 . 0. . 68,87 8 4 16 CB kN m EI EI M U U U kNm m m 1 2 3 0,8 0 0. . 0. 8,11 4 CB EI T U U U kNm m DESLOCABILIDADE 3 DESLOCABILIDADE 2 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 22 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 11,85 BCM kNm 8,11 BCT kNm 68,87 CBM kNm 8,11 CBT kNm 65,99 ABM kNm 11,85 ABT kNm 8,11 BAM kNm 11,85 BAT kNm DMF DMT Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 23 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa Exercício 3: (Curso de Análise Estrutural, Sussekind, v. 3, p. 69) Obter os diagramas de momentos fletores e momentos de torção para a grelha a seguir, considerando que todas as barras têm, EI = 1,0.105 kNm2 e GJ = 1,5.105 kNm2. (erro Livro...) Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 24 FINAL DA AULA 3 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 3 3.1 – Introdução 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidades Internas e Externas, Sistema Hipergeométrico 3.3 – Aspectos Fundamentais 3.4 – Roteiro de Aplicação do Método 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 3.7 – Cedimento de Apoio 3.8 – Deformação por Força Normal 3.9 – Vínculos Elásticos 3.10 – Variação de Temperatura 3.11 – Determinação de Deslocamento Ortogonal Recíproco em Barra Inclinada 3.11.1 – Processo de Williot 3.11.2 – Método Geométrico 3.12 – Exemplos de Estruturas com Barras Inclinadas 3.13 – Barras com Inércia Variável 3.14 – Consideração da Simetria Plano da aula 4 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 4 • A consideração de cedimento de apoio entra como um deslocamento conhecido, que normalmente gera deslocamentos ortogonais recíprocos entre as extremidades das barras, ocasionando momentos de engastamento perfeito. As ações de extremidade de barra podem ser somadas às originadas pelas demais ações da estrutura, conduzindo a uma reposta única. 3.7 – Cedimento de Apoio 0 Rij j i iK U P P • A solução pode ser obtida de forma independente para o efeito de cedimento de apoio, e os esforços obtidos somados aos originados por outras causas. Nesse caso, a solução para o cedimento de apoio pode ser feita toda em função de EI. • Caso vão ser consideradas conjuntamente ações devido a cargas mecânicas e cedimento de apoio, é necessário substituir o valor do EI nas ações de extremidade de barra devido ao recalque de apoio, para poder somar com os termos devido às forças externas. Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 5 3.7 – Cedimento de Apoio Exemplo 6: (Curso de Análise Estrutural, Sussekind, v. 3, p. 57) Obter o diagrama de momentos fletores para o quadro aseguir, cujas barras tem EI = 2.105 kNm2. Avalie em separado o efeito de um recalque vertical de 1 cm para baixo no apoio D associado a um recalque horizontal no mesmo apoio da ordem de 1 cm para a direita. SISTEMA PRINCIPAL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 6 3.7 – Cedimento de Apoio EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 5 2 5 2 4 11 1 2 4 3 4.2.10 3.2.10 23,333.10 6 6 EI EI kNm kNm K kNm L L m m 2 2 0 ,0 2 1 1 1 20 .(6 ) 0 90 8 8 kN nodal ep mqL mP F F kNm 0 ,0 2 2 2 0 nodal epP F F 5 2 4 21 2 2 1 6 6.2.10 3,333.10 (6 ) EI kNm K kN L m 5 2 4 12 2 2 1 6 6.2.10 3,333.10 (6 ) EI kNm K kN L m 5 2 4 22 3 3 1 12 12.20.10 1,111.10 (6 ) EI kNm kN K L m m Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 7 3.7 – Cedimento de Apoio 4 4 1 4 4 2 9023,333.10 3,333.10 03,333.10 1,111.10 / U kNmkNm kN UkN kN m 4 1 3 2 6,74966.10 2,02495.10 U rad U m Sistema de Equações Cálculo dos Esforços Finais 0 1 1 2 2. .E E E U E U 4 3 0 1 26,74966.10 . 2,0249.10 .E E E E Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 8 3.7 – Cedimento de Apoio 4 3 2 2 6 0 6,74966.10 . 2,0249.10 . 22,489 6 (6 ) A EI EI M kNm m m 4 3 2 4 6 0 6,74966.10 . 2,0249.10 . 22,498 6 (6 ) BA EI EI M kNm m m 4 3390 6,74966.10 . 2,0249.10 .0 22,503 6 BC EI M kNm m Cálculo dos Esforços Finais 4 3 0 1 26,74966.10 . 2,0249.10 .E E E E Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 9 3.7 – Cedimento de Apoio Efeito do Recalque de Apoio 5 2 , 1 1 1 2 2 3 3.2.10 0 .0,01 166,667 (6 ) R nodal ep R CB CB EI kNm P F F m kNm L m 4 4 1 4 4 2 166,6723,333.10 3,333.10 03,333.10 1,111.10 / U kNmkNm kN UkN kN m 1 2 0,00125 0,00375 R R radU mU Sistema de Equações Cálculo dos Esforços Finais 1 20,00125. 0,00375.RE E E E , 2 2 2 0,0 R nodal ep RP F F kN Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 10 3.7 – Cedimento de Apoio 2 2 6 0 0,00125. 0,00375 . 41,667 6 (6 ) A EI EI M m kNm m m 2 4 6 0 0,00125. 0,00375 . 41,667 6 (6 ) BA EI EI M m kNm m m 3 166,67 0,00125. 0,00375 .0 41,667 6 BC EI M kNm m kNm m Cálculo dos Esforços Finais 1 20,00125. 0,00375.RE E E E Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 11 3.7 – Cedimento de Apoio EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 11 1 2 4 3 4 3 7 6 6 6 EI EI EI EI EI K L L , 2 2 2 0 R nodal ep RP F F 21 2 2 1 6 6. 6 6 EI EI EI K L 12 2 2 1 6 6 6 6 EI EI EI K L 22 3 3 1 12 12 6 18 EI EI EI K L , 1 1 1 2 2 3 3 0 .0,01 (6 ) 1200 R nodal ep R BC BC EI EI EI P F F m L m EFEITO DO RECALQUE DE APOIO 1 2 7 1 1 6 6 1200 1 1 0 6 18 U EI EI U 1 2 0,00125 0,00375 R R radU mU SISTEMA DE EQUAÇÕES Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 12 3.1 – Introdução 3.2 – Número de Incógnitas: Deslocabilidades Internas e Externas, Sistema Hipergeométrico 3.3 – Aspectos Fundamentais 3.4 – Roteiro de Aplicação do Método 3.5 – Aplicação a Estruturas sem Deslocabilidade Externa 3.6 – Aplicação a Estruturas com Deslocabilidade Externa 3.7 – Cedimento de Apoio 3.8 – Deformação por Força Normal 3.9 – Vínculos Elásticos 3.10 – Variação de Temperatura 3.11 – Determinação de Deslocamento Ortogonal Recíproco em Barra Inclinada 3.11.1 – Processo de Williot 3.11.2 – Método Geométrico 3.12 – Exemplos de Estruturas com Barras Inclinadas 3.13 – Barras com Inércia Variável 3.14 – Consideração da Simetria Plano da aula 4 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 13 3.8 – Deformação por Força Normal • A consideração da deformação por esforço normal é importante nas treliças, uma vez que este é o único esforço presente nas mesmas. Por outro lado, não faz sentido considerá-la em vigas ou grelhas. • O esforço normal também pode ser significativo em pórticos com grande rigidez à flexão, nos quais as deformações por força normal podem ser comparáveis às deformações por flexão. E ainda nos pórticos com tirantes... • A consideração da deformação por esforço normal implica no aumento do número de deslocabilidades a considerar. Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 14 3.8 – Deformação por Força Normal Exemplo 7: Seja determinar os esforços normais nas barras da treliça a seguir. A treliça é feita toda do mesmo material, sendo que as barras diagonais tem o dobro da área de seção transversal das demais barras. SISTEMA PRINCIPAL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 15 3.8 – Deformação por Força Normal EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO 1 0P 2 2 2 150 nodal epP F F kN SISTEMA PRINCIPAL Barra N0 AB 0,0 BC 0,0 AD 0,0 BD 0,0 CD 0,0 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 16 3.8 – Deformação por Força Normal EFEITO DE D1 = 1.0 2 11 .cos45º .cos45º 2 sin45º.cos 45ºAD CDK N N EA SISTEMA PRINCIPAL 1,0.sin 45ºADL ( ) 2 .1,0.sin 45º .sin 45º.cos45º (2 / cos45º ) AD AD AD AD EA L EA N EA L m 21 .sin 45º .sin 45º 0AD CDK N N Barra N1 AB 0,0 BC 0,0 AD 0,5.EA BD 0,0 CD -0,5.EA Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 17 3.8 – Deformação por Força Normal EFEITO DE D2 = 1.0 12 .cos 45º .cos 45º 0AD CDK N N SISTEMA PRINCIPAL 1,0.cos 45ºADL 2( ) 2 .1,0.cos45º .cos 45º (2 / cos45º ) AD AD AD AD EA L EA N EA L m 2 22 .sin 45º .sin 45º 2 .cos 45º.sin 45º 2 AD BD CD EA K N N N EA Barra N2 AB 0,0 BC 0,0 AD 0,5.EA BD 0,5.EA CD 0,5.EA Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 18 2 1 2 2 02sin 45º cos 45º 0 . . 0 1500 2cos 45º.sin 45º 1/ 2 U EA U 1 2 0 124,264 U U EA Sistema de Equações Cálculo dos Esforços Finais 0 1 1 2 2. .E E E E 0 1 2 124,264 0. .E E E E EA 3.8 – Deformação por Força Normal Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 19 Cálculo dos Esforços Finais 0 1 1 2 2. .E E E E 1 2 124,264 0. .N N N EA 3.8 – Deformação por Força Normal Barra N1 N2 Nfinal AB 0,0 0,0 0,0 BC 0,0 0,0 0,0 AD 0,5.EA 0,5.EA -62,13 BD 0,0 0,5.EA -62,13 CD -0,5.EA 0,5.EA -62,13 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 20 Intervalo Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil EmpresarialUniversidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 21 3.8 – Deformação por Força Normal Exemplo 8: (Curso de Análise Estrutural, Sussekind, v. 3, p. 167) Obter o diagrama de momentos fletores e as reações de apoio para o quadro da figura a seguir, cujas barras tem I/A=0,5 m2. Considere a deformação por esforço normal. X SISTEMA PRINCIPAL 3 21 . 12 12 I bh h A bh 2( ) ( ) 0,01 0,35 0,05 0,77 0,2 1,55 0,5 2,45 I m h m A 2I A Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 22 3.8 – Deformação por Força Normal EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO 1 1 1 0 nodal epP F F 2 2 2 60 nodal epP F F kN SISTEMA PRINCIPAL 3 3 3 100 nodal epP F F kN Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 23 3.8 – Deformação por Força Normal 11 4 4 4 4 5 4 6 3AB BC EI EI EI EI EI K L L m m m 21 2 2 2 6 6 (6 ) 6BC EI EI EI K L m m SISTEMA PRINCIPAL 31 2 2 2 6 6 3 (4 ) 8AB EI EI EI K L m m EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 24 3.8 – Deformação por Força Normal 12 2 2 2 6 6 (6 ) 6BC EI EI EI K L m m 22 3 2 3 3 12 .2 12 10 .4 (6 ) 18AB BC EA EI E I EI EI K L L m m m m SISTEMA PRINCIPAL 32 0K EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 25 3.8 – Deformação por Força Normal 13 2 2 2 6 6 3 (4 ) 8AB EI EI EI K L m m 23 0K SISTEMA PRINCIPAL 33 3 2 3 3 12 .2 12 25 .6 (4 ) 48BC AB EA EI E I EI EI K L L m m m m EFEITO DA DESLOCABILIDADE 3 Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 26 1 22 3 5 31 3 6 8 0 101 0 . . 60 6 18 1003 250 8 48 m U EI U kN m m U kN m 1 2 3 4050 101 9693 101 22308 101 EIU U EI U EI Sistema de Equações Cálculo dos Esforços Finais 1 1 2 2 3 3 0. . .E E E E E 0 1 2 3 4050 9693 22308 . . . 101 101 101 E E E E E EI EI EI 3.8 – Deformação por Força Normal Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 27 3.8 – Deformação por Força Normal 2 2 4050 9693 6 22308 0 0 62,77 101 101 101 AB AB AB EI EI M kNm L EI EI L EI 2 3 6 4050 9693 12 22308 0 0 26,38 101 101 101 x AB AB EI EI A kN L EI EI L EI 60yA 2 6 BC EI L 3 4050 12 101 BC EI EI L 9693 22308 0 47,98 101 101AB EA kN L EI EI * Os termos marcados com X não acarretam reação em A, e sim no apoio que bloqueia a deslocabilidade 2! 4050 9693 22308 0 0 0 47,98 101 101 101 y AB EA A kN EI L EI EI Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 28 3.8 – Deformação por Força Normal 2 4 4050 9693 6 22308 0 0 42,73 101 101 101 BA AB AB EI EI M kNm L EI EI L EI 2 4 4050 6 9693 22308 0 0 42,73 101 101 101 BC BC BC EI EI M kNm L EI L EI EI Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 29 3.8 – Deformação por Força Normal 2 2 4050 6 9693 22308 0 0 29,36 101 101 101 CB BC BC EI EI M kNm L EI l EI EI 100xC 2 6 AB EI l 3 4050 9693 12 0 101 101 AB EI EI EI l 22308 73,62 101BC EA kN l EI 2 3 6 4050 12 9693 22308 0 0 12,01 101 101 101 y BC BC EI EI C kN L EI L EI EI * Os termos marcados com X não acarretam reação em C, e sim no apoio que bloqueia a deslocabilidade 3! 4050 9693 22308 0 0 0 73,62 101 101 101 x BC EA C kN EI EI L EI Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 30 3.8 – Deformação por Força Normal AÇÕES DE EXTREMIDADE DE BARRA MOMENTOS FLETORES FINAIS Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 31 3.8 – Deformação por Força Normal Neste problema, tanto a hipótese de Barras Inextensíveis quanto o emprego de nós rótulados nas extremidades de barras, faz com que só haja esforço normal nas barras. X Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 32 2 2 1 22 3 3 2 3 4 4 6 6 0 6 12 0 . 60 100 6 12 0 AB BC BC AB BC BC AB AB AB BC EI EI EI EI L L L L U EI EI EA U kN L L L U kN EI EI EA L L L Sistema de Equações 3.8 – Deformação por Força Normal Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 33 Intervalo Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 34 3.8 – Deformação por Força Normal Exemplo 9: (Quadro) Obter o diagrama de momentos fletores e as reações de apoio para o pórtico atirantado da figura a seguir, cujo tirante tem relação I/A=2 m2. Considere a deformação por esforço normal unicamente no tirante. SISTEMA PRINCIPAL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 35 3.8 – Deformação por Força Normal SISTEMA PRINCIPAL EFEITO DO CARREGAMENTO EXTERNO 2 2 1 1 1 5 .(4 ) 0 10 8 8 kN nodal ep mql mP F F kNm 2 0P 3 0P 4 0P 5 0P 6 6 6 10 nodal epP F F kN Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 36 3.8 – Deformação por Força Normal 11 34 11 2 4 4 EIEI EIK 21 2 2 EIK 31 0K 41 6 4 EIK 51 0K 61 6 4 EIK EFEITO DA DESLOCABILIDADE 1 12 2 2 EIK 22 3 74 2 2 2 EI EIEIK 32 0K 42 3 6 3 4 4 4 EI EI EIK 52 0K 62 6 4 EIK EFEITO DA DESLOCABILIDADE 2 SISTEMA PRINCIPAL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 37 3.8 – Deformação por Força Normal 13 0K 23 0K 33 3 3 3 2 2 EI EIK EI 43 0K 53 3 3 0 4 4 EI EIK 63 3 4 EIK EFEITO DA DESLOCABILIDADE 3 14 6 4 EIK 24 6 3 3 4 4 4 EI EI EIK 34 0K 44 312 2 8 8 4 EIEI EAK EI 54 4 8 EA EIK 64 12 8 EIK EFEITO DA DESLOCABILIDADE 4 SISTEMA PRINCIPAL Mecânica Estrutural II Curso de Engenharia Civil Empresarial Universidade Federal do Rio Grande Escola de Engenharia 38 3.8 – Deformação por Força Normal 15 0K 25 0K 35 0K 45 4 8 EA EIK 55 3 3 7 8 8 4 8 EI EI EIEAK 65 3 8 EIK EFEITO DA DESLOCABILIDADE 5 16 6 4 EIK 26 6 4 EIK 36 3 4 EIK 46 12 8 EIK 56 3 8 EIK 66 3 1512 8 8 8 EI EIEIK
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