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LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS 1- Vigas Simples Isostáticas Determine as reações de apoio e trace os diagramas de esforços solicitantes (N, Q e M). a) Equilíbrio externo: Esforços ativos e reativos ∑FH = 0 → -Ha + 28 = 0 → Ha = 28kN ∑Mb = 0 → 50 x 6 – Va x 5 + 28 x 3 + 20 x 3 x 1,5 = 0 → Va = 94,8kN ∑FV = 0 → -50 + 94,8 – 28 – 60 + Vb = 0 → Vb = 43,2kN Esforços Internos Solicitantes Normal Nc = 0 Na = +28kN Nd = +28kN Nb = 0 Cortante Qc = -50kN Qa = -50 + 94,8 = 44,8kN Qd = +44,8 – 28 = +16,8kN Qb = +16,8 – 20 x 3 = -43,2kN Momento Mc = 0 Ma = -50 x 1 = -50kN.m Md = -50 + 44,8 x 2 = 39,6kN.m Mb = + 39,6 + 16,8 x 3 – 20 x 3²/2 = 0 C A D B Normal:+ (tração) – (compressão) Cortante: + (horário) – (anti-horário) Momento: + (inferior) – (superior) Sinais diferentes, conforme o sentido das forças. 20 x 3= 60kN LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Diagramas Normal Cortante Momento Trecho DB → Mmax → Q = 0 Qdb = +16,8 -20 . x = 0 → x = 0,84m MmaxDB = +39,6 + 16,8 x 0,84 – 20 x 0,84²/2 = 46,7kN.m + + - C A D B LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS b) ∑FH = 0 → Ha = 0 ∑Ma = 0 → 20 x 1,5 -120 x 1,5 + Vb x 5 – 50 = 0 → Vb = 40kN ∑FV = 0 → -20 + Va – 120 + 40 = 0 → Va = 100kN Cortante Qc = -20kN Qa = -20 + 100 = 80kN Qd = 80 – 40 x 3 = -40kN Qb = -40kN Momento Mc = 0 Ma = -20 x 1,5 = -30kN.m Md = -30 + 80 x 3 – 40 x 3²/2 = 30kN.m Mb = 30 - 40 x 2 = -50kN.m Diagramas Normal Cortante + - - Normal:+ (tração) – (compressão) Cortante: + (horário) – (anti-horário) Momento: + (inferior) – (superior) Sinais diferentes, conforme o sentido das forças. LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Momento Trecho AD → Mmax → Q = 0 Qad = 80 - 40 . x = 0 → x = 2m MmaxAD = -30 + 80 x 2 – 40 x 2²/2 = 50kN.m c) ∑FH = 0 → 10 + 20 – Hb = 0 → Hb = 30kN ∑Mb = 0 → – 15 x 5 + 15 x 3 + 5 x 3 x 1,5 - Mb = 0 → Mb = - 7,5kN.m ∑FV = 0 → 15 – 15 – 5 x 3 + Vb = 0 → Vb = 15kN Normal Na = -10kN Nc = -10 -20 = -30kN Nb = -30kN Cortante Qa = +15kN Qc = +15 – 15 = 0 Qb = -5 x 3 = -15kN Momento Ma = 0 Mc = +15 x 2 = 30kN.m Mb = +30 + 0. 3 – 5 x 3²/2 = 7,5kN.m Normal:+ (tração) – (compressão) Cortante: + (horário) – (anti-horário) Momento: + (inferior) – (superior) Sinais diferentes, conforme o sentido das forças. Sentido oposto devido ao sinal negativo na ∑Mb LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Diagramas Normal Cortante Momento + - - - LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS 2- Vigas Gerber Trace os diagramas de esforços solicitantes para as vigas Gerber que seguem: a) Trecho DE ∑Me = 0 → - Vd x 3 + 4 x 3 x 1,5 -18 = 0 → Vd = 0 ∑FV = 0 → 0 – 12 + Ve = 0 → Ve = 12kN Trecho BD ∑Mb = 0 → Vc x 3 – 16 - 4 x 2 x 4 + 0 x 5 = 0 → Vc = 16kN ∑FV = 0 → Vb – 20 + 16 – 4 x 2 - 0 = 0 → Vb = 12kN Trecho AB ∑Ma = 0 → -12 x 2 + Ma = 0 → Ma = 24kN.m ∑FV = 0 → = Va – 12 = 0 → Va = 12kN A B C D E 0 0 12 16 12 12 Sinais diferentes, conforme o sentido das forças. LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Cortante Qa = +12kN Qb = +12 – 20 = -8kN Qc = -8 +16 = +8kN Qd = +8 – 4 x 2 = 0 Qe = 0 – 4 x 3 = -12kN Momento Ma = -24kN.m Mb = -24 +12 x 2 = 0 Mc = 0 - 8 x 3 = -24kN.m Mcdepois = 0 – 8 x 3 + 16 = -8kN.m Md = -8 + 8 x 2 – 4 x 2²/2 = 0 Me = 0 + 0 x 3 – 4 x 3²/2 = -18kN.m Diagramas Normal Cortante Momento A B C D E A B C D E Normal:+ (tração) – (compressão) Cortante: + (horário) – (anti-horário) Momento: + (inferior) – (superior) + - - + LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS b) Trecho CF ∑Mc = 0 → - 8 x 1 + Ve x 2 – 8 x 4 → Ve = 20kN ∑FV = 0 → Vc – 8 + 20 – 8 = 0 → Vc = -4kN Trecho AC ∑Ma = 0 →- 4 x 4 x 2 + Vb x 4 + 4 x 6 = 0 → Vb = 2kN ∑FV = 0 → Va – 4 x 4 + 2 + 4 = 0 → Va = 10kN Esforços Internos Solicitantes Cortante Qa = +10kN Qbantes = +10 -4 x 4 = -6kN Qbdepois = -6 + 2 = -4kN Qc = -4 kN Qd = -4 -8 = -12kN Qe = -12 +20 = +8kN Qf = +8kN Momento Ma = 0 Mb = 0 + 10 x 4 – 4 x 4²/2 = +8kN.m Mc = +8 -4 x 2 = 0 Md = 0 -4 x 1 = -4kN.m Me = -4 -12 x 1 = -16kN.m Mf = -16 + 8 x 2 = 0 MmaxAB → Q = 0 QAB = +10 – 4 . x = 2,5m MmaxAB = 0 + 10 x 2,5 – 4 x 2,5²/2 = 12,5kN.m A B C D E Sentido oposto devido ao sinal negativo na ∑FV F F Sinais diferentes, conforme o sentido das forças. E D Normal:+ (tração) – (compressão) Cortante: + (horário) – (anti-horário) Momento: + (inferior) – (superior) LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Diagramas Normal Cortante Momento A B C D E F A B C D E F + + - - - LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS c) Trecho DE ∑Md = 0 → - 30 x 4 x 2 + Ve x 4 = 0 → Ve = 60kN ∑FV = 0 → Vd – 120 + 60 = 0 → Vd = 60kN Trecho BD ∑Mb = 0 → - 20 x 4 x 2 + Vc x 4 – 60 x 6 = 0 → Vc = 130kN ∑FV = 0 → Vb – 20 x 4 + 130 – 60 = 0 → Vb = 10kN Trecho AB ∑Ma = 0 → -10 x 3 + Ma = 0 → Ma = 30kN.m ∑FV = 0 →Va – 10 = 0 → Va = 10kN Cortante Qa = +10kN Qb = +10kN Qcantes = +10 – 20 x 4= -70kN Qcdepois = -70 + 130 = +60kN Qd = +60kN Qe = +60 -30 x 4 = -60kN Momento Ma = -30kN.m Mb = -30 + 10 x 3 = 0 Mc = 0 + 10 x 4 – 20 x 4²/2 = -120kN.m Md = -120 + 60 x 2 = 0 Me = 0 + 60 x 4 – 30 x 4²/2 = 0 MmaxBC → Q = +10 – 20 . x = 0,5 MmaxBC = 0 + 10 x 0,5 – 20 x 0,5²/2 = 2,5kN.m 20 kN/m Sinais diferentes, conforme o sentido das forças. Normal:+ (tração) – (compressão) Cortante: + (horário) – (anti-horário) Momento: + (inferior) – (superior) LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS MmaxDE → Q = + 60 – 30 . x = 0 → x = 2m MmaxDE = 0 + 60 x 2 – 30 x 2²/2 = 60kN.m Diagramas Normal Cortante Momento + + - - - LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS 3- Linhas de Influência e Envoltória de Esforços A viga simplesmente apoiada com balanços indicada na figura abaixo, está solicitada por uma carga permanente uniformemente distribuída - g = 20kN/m - e por um carregamento móvel constituído por uma carga de multidão - q = 10kN/m – e um trem-tipo com duas cargas concentradas de 20kN e 10kN, que pode trafegar nos dois sentidos, as forças concentradas podem inverter de posição. Para esta viga e carregamentos indicados, pede-se: a) Elabore as Linhas de Influência das reações de apoio; bem como da Q e do M, para cada seção; b) Preencha a tabela abaixo com os valores máximos e mínimos de Q e M e trace as envoltórias destes dois esforços. Considere a simetria e utilize as linhas de influência somente onde necessário. ESFORÇO TREM-TIPO MÁX MÍN ST g Max Min Ꜫmax = Ꜫg + Ꜫmaxacid Ꜫmin = Ꜫg + Ꜫminacid A BESQ BDIR C D E FESQ FDIR G Trem-tipo 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN Carga permanente: g = 20kN/m LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS SEÇÃO A LIQA QAMAXq = 0 QAMINq = - 20 x 1 = -20kN QAg = 0 LIMA MAMAXq = 0 MAMINq = 0 MAg = 0 -1 A B F 10 kN/m 20 kN 3 10 kN - (a-c) = - (3-3) = 0 A B F 10 kN/m 20 kN 3 10 kN LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS SEÇÃO Besq LIQBESQ QBESQMAXq = 0 QBESQMINq = - (20 x 1 + 10 x 1 + 10 x 3 x 1) = - 60kN QBESQg = - (20 x 3 x 1) = - 60kN LIMBESQ MBESQMAXq = 0 MBESQMINq = - 20 x 3 + 10 x 0 + 10 x = - 105kN.m MBESQg = - 20 x = - 90kN.m 1A B F - A B F -(3-0) = -3 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN Carga permanente: g = 20kN/m Carga permanente: g = 20kN/m LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS SEÇÃO Bdir LIQBDIR QBDIRMAXq = 20 𝑥 1 + 10 𝑥 0,8 + 10 𝑥 , + = 91,75kN QBDIRMINq = - 20 x 0,25 + 10 x 0 + 10 x , = - 8,75kN QBDIRg = 20 𝑥 + , + − , = 120kN LIMBDIR MBDIRMAXq = 0 MBDIRMINq = - 20 x 3 + 10 x 0 + 10 x = - 105kN.m MBDIRg = - 20 x = - 90kN.m 1 A B F - A B F − 𝑎 𝑙 (𝑙 − 𝑐) = − 3 12 (12 − 0) = −3 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN Carga permanente: g = 20kN/m Carga permanente: g = 20kN/m - 𝑎 𝑙 = 3 12 = 0,25 − 𝑏 𝑙 = − 3 12 = −0,25 10 kN/m 10 kN 3m 20 kN + + - 0,8 LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS SEÇÃO C LIQC QCMAXq = 20 𝑥 0,75 + 10 𝑥 0,5 + 10 𝑥 , + , = 57,5kN QCMINq = - 20 x 0,25 + 10 x 0 + 10 x , + , = - 12,5kN QCg = 20 𝑥 + , − , + , − , = 60kN LIMC MCMAXq = 20 𝑥 2,25 + 10 𝑥 1,5 + 10 𝑥 , = 195kN.m A B F - A B F − 𝑎 𝑙 (𝑙 − 𝑐) = − 3 12 (12 − 3) = −2,25 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN Carga permanente: g = 20kN/m Carga permanente: g = 20kN/m - 𝑎 𝑙 = 3 12 = 0,25 − 𝑏 𝑙 = − 3 12 = −0,25 10 kN/m 10 kN 3m 20 kN + + - 0,5 − 𝑐 𝑙 = − 3 12 = −0,25 1 − 𝑐 𝑙 = 1 − 3 12 = 0,75 - 𝑐 𝑙 (𝑙 − 𝑐) = 3 12 (12 − 3) = 2,25 −𝑐 𝑏 𝑙 = −3 3 12 = 0,75 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN 1,5 LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS MCMINq = - 20 x 2,25 + 10 x 0 + 10 x , + , = - 90kN.m MCg = 20 𝑥 − , + , − , = 180 kN.m SEÇÃO D LIQD QDMAXq = 20 𝑥 0,5 + 10 𝑥 0,25 + 10 𝑥 , + , = 31,25kN QDMINq = - 20 𝑥 0,5 + 10 𝑥 0,25 + 10 𝑥 , + , = - 31,25kN QDg = 20 𝑥 + , − , + , − , = 0kN A B F - 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN Carga permanente: g = 20kN/m 𝑎 𝑙 = 3 12 = 0,25 − 𝑏 𝑙 = − 3 12 = −0,25 10 kN/m 10 kN 3m 20 kN + + - 0,25 − 𝑐 𝑙 = − 6 12 = −0,5 1 − 𝑐 𝑙 = 1 − 6 12 = 0,5 - 0,25 LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS LIMD MDMAXq = 20 𝑥 3 + 10 𝑥 1,5 + 10 𝑥 = 255 kN.m MDMINq = - 20 x 1,5 + 10 x 0 + 10 x , + , = - 75 kN.m MDg = 20 𝑥 − , + − , = 270 kN.m ST Cortante (kN) Momento Fletor (kN.m) Qg Qqmáx Qqmín Qmáx Qmín Mg Mqmáx Mqmín Mmáx Mmín A 0 0 -20 0 -20 0 0 0 0 0 BESQ -60 0 -60 -60 -120 -90 0 -105 -90 -195 BDIR 120 91,75 -8,75 211,75 111,25 -90 0 -105 -90 -195 C 60 57,5 -12,5 117,5 47,5 180 195 -90 375 90 D 0 31,25 -31,25 31,25 -31,25 270 255 -75 525 195 E -60 12,5 -57,5 -47,5 -117,5 180 195 -90 375 90 FESQ -120 8,75 -91,75 111,25 211,75 -90 0 -105 -90 -195 FDIR 60 60 0 120 60 -90 0 -105 -90 -195 G 0 20 0 20 0 0 0 0 0 0 A B F − 𝑎 𝑙 (𝑙 − 𝑐) = − 3 12 (12 − 6) = −1,5 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN Carga permanente: g = 20kN/m 𝑐 𝑙 (𝑙 − 𝑐) = 6 12 (12 − 6) = 3 −𝑐 𝑏 𝑙 = −6 3 12 = −1,5 10 kN/m 20 kN 3m 10 kN 1,5 LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Envoltória Cortante Envoltória Momento 4- Pórticos Planos Isostáticos Determine as reações de apoio e trace os diagramas de esforços solicitantes (N, Q e M). a) ∑FH = 0 → 10 – Hb = 0 → Hb = 10kN ∑Ma = 0 → -10 x 4 + 20 x 2 x 1 – 20 x 6 x 3 + Vb x 9 = 0 → Vb = 40 ∑FV = 0 → Va – 20 x 2 – 20 x 6 + 40 = 0 → Va = 120kN 111,3 211,8 111,3 211,8 31,2 525 Sinais diferentes, conforme o sentido das forças. LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Barra 3 QC3 = +120 – 40 = + 80kN QD3 = + 80 – 20 x 6 = -40 kN MD3 = -40 +80 x 6 – 20 x 6²/2 = -80kN.m Barra 4 ND4 = -40 x 0,8 -10 x 0,6 = -38kN QD4 = - 40 x 0,6 + 10 x 0,8 = -16kN NB4 = -40 x 0,8 -10 x 0,6 = -38kN QB4 = - 40 x 0,6 + 10 x 0,8 = -16kN Diagramas Normal 120kN A C 120kN 1 C D 120 kN 40 kN.m 20 kN/m 80 kN.m 40kN 38kN 16kN 80kN.m 40kN 40kN 38kN 16kN D B 10 kN 10 kN 10kN 10kN cos α = = 0,8 sen α = = 0,6 20 kN/m 10 kN 40 kN 40 kN.m 2 3 4 Normal:+ (tração) – (compressão) Cortante: + (horário) – (anti-horário) Momento: + (inferior) – (superior) LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Cortante Momento LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS b) ∑FH = 0 → Ha = 0 ∑Ma = 0 → 20 x 1 x 0,5 - 20 x 4 x 2 – 20 x 4 x 6 + Vb x 8 = 0 → Vb = 78,75kN ∑FV = 0 → Va – 20 x 1 – 20 x 4 – 20 x 4 + 78,75 = 0 → Va = 101,25kN Barra 3 QC3 = +101,25 – 20= +81,25kN QD3 = +81,25 – 20 x 4 = +1,25kN MD3 = -10 + 81,25 x 4 – 20 x 4²/2 = 155kN.m 101,25kN A C 101,25kN 1 C D 101,25 kN 10 kN.m 20 kN/m 155 kN.m 1,25kN 0,75kN 1kN 155kN.m 1,25kN 78,75kN 47,25kN 63kN D B sen α = = 0,8 cos α = = 0,6 20 kN/m 20 kN 10 kN.m 2 3 4 20 X 4 = 80kN Sinais diferentes, conforme o sentido das forças. LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Barra 4 ND4 = 1,25 x 0,6 = 0,75kN QD4 = 1,25 x 0,8 = 1kN NB4 = +0,75 – 80 x 0,6 = 47,25kN QB4 = +1 – 80 x 0,8 = 63kN MB4 = +155 + 1,25 x 4 – 80 x 2 = 0 ou NB4 = 78,75 x 0,6 = 47,25kN QB4 = 78,75 x 0,8 = 63kN MmaxDB→ Q = 0 QmaxDB = +1 – 20 . x . 0,8 = 0 → x = 0,06m MmaxDB = 155 + 1 x 0,06 – 20 x 0,06²/2 = 155,04kN.m Diagramas Normal Cortante Normal:+ (tração) – (compressão) Cortante: + (horário) – (anti-horário) Momento: + (inferior) – (superior) LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Momento c) Ve 20 x 4 = 80kN E B Vb 40 E 20 kN/m Va 20 kN 80 kN 30 kN C D LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Trecho EB ∑Me = 0 → - 20 x 4 x 2 + Vb x 4 = 0 → Vb = 40kN ∑FV = 0 → Ve – 20 x 4 + 40 = 0 → Ve = 40kN Trecho ACDE ∑FV = 0 → Va – 30 – 20 - 80 - Ve = 0 → Va – 30 – 20 - 80 - 40 = 0 → Va = 170kN Ma = 30 x 1 + 20 x 1 x 0,5 – 20 x 4 x 2 – 40 x 4 = 280kN.m Barra 3 QC3 = +170 - 50 = 120kN MC3 = -280 – 40 = -320kN.m QD3 = +120 - 20 x 4 = +40kN MC3 = -320 + 120 x 4 – 20 x 4²/2 = 0 Barra 4 ND4 = +40 x 0,6 = +24kN QD4 = +40 x 0,8 = +32kN NB4 = +24 – 80 x 0,6 = -24kN QB4 = +32 – 80 x 0,8 = -32kN ou NB4 = -40 x 0,6 = -24kN QB4 = -40 x 0,8 = -32kN MmaxDB = 20 x 4²/8= 40kN.m 170kN A C 170kN 1 280kN 280kN C D 170 kN 40 kN.m 20 kN/m 40kN 24kN 32kN 40kN 40kN 24kN 32kN D B sen α = = 0,8 cos α = = 0,6 20 kN/m 50 kN 30 kN 320 kN.m 20 x 4 = 80kN 2 3 4 Sinais diferentes, conforme o sentido das forças. Normal:+ (tração) – (compressão) Cortante: + (horário) – (anti-horário) Momento: + (inferior) – (superior) LISTA DE EXERCÍCIOS 1 TEORIA DAS ESTRUTURAS Normal Cortante Momento
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