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DEFORMAÇÃO EM VIGAS
Nos problemas a seguir, considere que a rigidez à flexão de cada viga é constante.
1. Para o carregamento mostrado nas figuras, determine (a) a equação da linha
elástica para a viga em balanço (Cantilever beam) AB, (b) a flecha da
extremidade livre, (c) a inclinação na extremidade livre. (BEER, 6th. Ed., P9.2)
Solução:
Cálculo do momento fletor:
Diagrama de corpo livre.
∑
( )
( ) ( )
Equação Diferencial da Linha Elástica:
( )
Observando que a rigidez à flexão é constante, integrando-se duas vezes tem-
se:
eq. 01
J
A
V
M
x
y w
L
A B
y
x
w
eq. 02
Determinação das Constantes:
[ ]
[
]
[
]
Logo, tem-se que:
eq. 03
eq. 04
[ ]
Logo, tem-se que: (
)
a. Equação da Linha Elástica: substituindo na eq.04 tem-se que:
( )
b. Flecha da extremidade livre:
|
L
A B
y
x
w
c. Inclinação na extremidade livre:
|
|
2. Para a viga em balanço (Cantilever beam) e o carregamento mostrado na figura,
determine (a) a equação da linha elástica para a parte AB da viga, (b) a flecha
em B, (c) a inclinação em B. (BEER, 6th. Ed., P9.5)
Solução:
Cálculo do momento fletor:
Diagrama de corpo livre.
∑
( )
( )
∑
( )
(
)
( )
A
(wL
2
)/4
J
x
V
M
RA
w
A
L/2
(wL)/2
(wL)/2
B C
MA
RA
w
w
L/2 L/2
A B
C
x
y
∑
( )
( )(
)
Equação Diferencial da Linha Elástica:
Observando que a rigidez à flexão é constante, integrando-se duas vezes tem-
se:
eq. 01
eq. 02
Determinação das Constantes:
[ ]
[
]
[
]
Logo, tem-se que:
[ ]
Logo, tem-se que:
w
w
L/2 L/2
A B
C
x
y
a. Equação da Linha Elástica: substituindo e nas tem-se que:
(
) eq. 03
(
) eq. 04
b. Cálculo da flecha em B:
| ⁄
{
(
)
(
)
}
{
}
Logo, tem-se que:
c. Cálculo da inclinação em B:
| ⁄
{
(
)
(
)
}
{
}
Logo, tem-se que:
3. (a) Determine a localização e o valor da flecha máxima absoluta em AB entre A
e o centro da viga. (b) Considerando que a viga AB seja um perfil ,
e , determine o comprimento máximo
admissível de modo que a flecha máxima não ultrapasse . (BEER, 4th.
Ed., P9.11).
L
y
M0
A
M0
x B
Solução:
Cálculo do momento fletor:
Diagrama de corpo livre
∑ ( )
∑
( )
( )
Equação Diferencial da Linha Elástica:
( )
Observando que a rigidez à flexão é constante, integrando-se duas vezes tem-
se:
( ) eq. 01
(
) eq. 02
L
RA RB
B A
M0 M0
J A
V
M M0
2M0/L
x
Determinação das Constantes:
[ ] [ ]
[ ]
Logo, tem-se que:
[ ]
(
)
Logo, tem-se que:
Equação da Linha Elástica: substituindo e nas e tem-se que:
(
) eq. 03
(
) eq. 04
Para encontrar a flecha máxima faz-se ( ⁄ ) na eq.04
√ ( )(
)
(
√
)
{(
) ( ) (
) ( ) (
) ( )}
L
y
M0
A
M0
x B
Logo, tem-se que módulo:
| |
Resolvendo para ,
{
| |
}
⁄
Dados: , , | |
,
{
( )( )( )
( )
}
⁄
4. Para a viga e o carregamento mostrado abaixo, determine (a) a equação da linha
elástica para a parte BC da viga, (b) a flecha no meio do vão, (c) a inclinação em
B. (BEER, 4th. Ed., P9.8)
Solução:
Cálculo do momento fletor:
Diagrama de corpo livre
A viga a cima pode ser simplificada, retirando o balanço. Mas, ao mesmo tempo
em que retira o balanço, surge uma reação normal igual a ( ) ⁄ que atua
em cima do apoio em B e um momento atuando no sentido anti-horário de
intensidade igual a (
) ⁄ . Observe o desenho.
L
A
B
L/2
y
x
w
P=(wL)/5
C
Podem-se calcular as reações nos apoios utilizando o principio da superposição
dos efeitos. (setas positivo, setas negativo)
( )
( )
( )
( )
( )
L
B
L/2
y
x
w
C
P=(wL)/5
MB=(wL
2
)/10
L
B
L/2
y
x
w
C
P=(wL)/5
MB=(wL
2
)/10
ou pode ser feito pelo método da estática.
Usando o diagrama de corpo livre, tem-se que:
∑
(
) (
)
Logo, obtém-se que:
Cortando a seção AB uma distância do ponto B tem-se:
L
A
B
L/2
y
x
w
P=(wL)/5
C
RB RC
x
A
B
L/2
y
w
P=(wL)/5
J
RB = (4wL)/5
V
M
Utilizando a parte BC ( )
∑
(
)
(
)
Logo, tem-se que:
Determinação das Constantes:
⁄ [ ] [ ]
Equação Diferencial da Linha Elástica:
Observando que a rigidez à flexão é constante, integrando-se duas vezes tem-
se:
eq.01
eq.02
[ ]
Logo, tem-se que:
L
A
B
L/2
y
x
w
P=(wL)/5
C
[ ] (
)
Logo, tem-se que:
a. Equação da Linha Elástica: substituindo e na tem-se que:
(
) eq.03
(
) eq.04
b. Cálculo da flecha no meio do vão AB:
| ⁄{
(
)
(
)
(
)
(
)}
{
}
c. Inclinação em B:
|
|
(
)
|
5. Sabendo que a viga AB é um perfil de aço laminado e que
⁄ , , e , determine (a) a inclinação em A, (b) a
flecha em C.
Solução:
Cálculo do momento fletor:
Diagrama de corpo livre
Usando a condição de simetria em C, tem-se que:
Para ⁄ tem-se que:
RA
RB
(W0L)/2
RA
x
V
M
A
(2W0x)/L
A
C
B
w0
y
x
L/2 L/2 S
(
)
(
)
Mas para , então se tem que: .
Equação Diferencial da Linha Elástica:
(
)
Observando que a rigidez à flexão é constante, integrando-se duas vezes tem-
se:
(
) eq. 01
(
) eq. 02
Determinação das Constantes:
[ ] [ ⁄
] [ ]
A
C
B
w0
y
x
L/2 L/2
[ ⁄
]
(
)
Logo, tem-se que:
[ ]
Logo, tem-se que:
Equação da Linha Elástica: substituindo e na tem-se que:
(
) eq. 03
(
) eq. 04
Dados:
( )( ) ⁄
a. A inclinação em A:
|
( )( )
[
( ) ]
b. A flecha em C:
|
( )( )
[(
) ( ) ( )
( )
( ) ( )]
6. Sabendo que a viga AE é um perfil de aço laminado e que
, , , e , determine (a) a
equação da linha elástica para a parte BD, (b) a flecha no ponto C.
Solução:
Cálculo do momento fletor:
Diagrama de corpo livre
Usando a continuidade de condição de contorno em B e condição de simetria em
C, tem-se que:
Pela estática tem-se que:
C B D
E
A
a a
L/2 L/2
M0 M0
y
x
C B D
E
A
a
L/2 L/2
M0 M0
y
x
RA RB
a
Para Para ( )
eq. 01
eq. 03
eq. 02
eq. 04
Determinação das Constantes:
[ ]
[ ]
[
] [
⁄
]
Tem-se que:
[ ]
Logo, tem-se que:
[ ⁄
]
Logo, tem-se que:
C B D
E
A
a
L/2 L/2
M0 M0
y
x
RA RB
a
[
] (
)
Logo, tem-se que: (
)
[ ]
(
)
Logo, tem-se que:
a. A equação da linha elástica para ( ( )):
( )
b. A flecha no ponto C:
| ⁄
[(
)
( )(
) ]
( )
Dados:
( )( )
[( ) ( )( ) ]
7. Para a viga e o carregamento mostrado na figura, determine (a) a equação da
linha elástica, (b) a inclinação na extremidade A, (c) a flecha no ponto médio do
vão.
Solução:
Cálculo do momento fletor:
Observe que o carregamento entre os pontos A e B é dado por:
( )
Observe que:
( )
(
) eq. 01
(
) eq. 02
L
A
B
y
x
W=4w0[(x/L)-(x
2
/L
2
)
Determinação das Constantes:
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Determinação das constantes e .
[ ]
Logo, tem-se que:
[ ]
(
)
Logo, tem-se que:
onde,
(
) eq. 03
(
) eq. 04
(
) eq. 05
Determinação das constantes e .
[ ]
Logo, tem-se que:
L
A
B
y
x
W=4w0[(x/L)-(x
2
/L
2
)
[ ]
(
)
Logo, tem-se que:
a. A equação da linha elástica:
( )
( )
b. A inclinação na extremidade A:
|
|
( )
c. A flecha no ponto médio do vão:
| ⁄ |
{(
)
(
)
(
)
(
)}
| ⁄ |
{
}
| ⁄ |
8. Para a viga e o carregamento mostrado, determine a reação no apoio móvel.
Solução:
Observe que está viga engastada e apoiada é hiperestática (pois, o número de
reações é superior que as reações da estática).
Onde:
: reação vertical produzida pela carga no apoio B.
: reação vertical produzida pela carga no engastamento em A.
: reação horizontal produzida pela carga no engastamento em A.
: momento produzido no engastamento devido a carga.
Seccionando uma parte da viga a partir do ponto A e adotando uma distância a
partir do ponto mencionado podemos calcular o momento provocado por certa
porção da carga.
L
B
A
W0
W0
L
B
A
RB
RA
HA
MA
OBS: usando a relação de semelhança de triângulos consegue-se obter a porção
da carga ( ) ⁄ .
Usando o diagrama de corpo livre JB, tem-se:
∑
( )
( )
( )
( )
( )
( )
[ ( ) ( ) ]
( )
[ ]
( )
( )
A equação da linha elástica:
( )
( )
Integrando a equação acima duas vezes tem-se que:
(
)
(
) eq. 01
(
)
(
) eq. 02
J
(W0x)/L
L - x
B
V
RB
M
W0
Determinação das Constantes:
[ ]
[
]
[ ]
[ ]
[
]
[ ]
(
)
(
)
() (
)
9. Para a viga mostrada, determine a reação no apoio móvel quando
⁄ .
L
B
A
W0
L = 4 m
A
B
W = W0(x/L)
2
Solução:
Observe que está viga engastada e apoiada é hiperestática (pois, o número de
reações é superior que as reações da estática).
As condições de contorno são mostradas abaixo:
Onde se tem que:
A equação da linha elástica:
Integrando a equação acima duas vezes tem-se que:
eq. 01
eq. 02
x
A
J
W = W0(x
2
/L
2
)
V
M
RA
Determinação das Constantes:
[ ]
[ ]
[
]
[ ]
Logo, tem-se que:
[
]
Logo, tem-se que:
[ ]
(
)
(
) (
)
Logo, tem-se que:
L = 4 m
A
B
W = W0(x/L)
2
10. Determine a reação no apoio móvel e desenhe o diagrama do momento fletor
para a viga e o carregamento mostrado na figura a seguir.
Solução:
Observe que está viga engastada e apoiada é hiperestática (pois, o número de
reações é superior que as reações da estática).
Usando o diagrama de corpo livre.
As reações são estaticamente indeterminadas.
∑
∑
(
)
L
L/2
A
C B
w
L/4
wL/2
RA
A
B
C
RB
MB
Cálculo do momento a esquerda do ponto ( ⁄ ). (Diagrama de
corpo livre). Corta-se uma seção a esquerda do ponto C, a certa distância x do
ponto A.
Diagrama de corpo livre:
∑ (
)
A equação da linha elástica:
L
L/2
A
C B
w
x
A
J
w
x
V
M
RA
Integrando a equação acima duas vezes tem-se:
eq. 01
eq. 02
Cálculo do momento a direita do ponto ( ⁄ ). (Diagrama de corpo
livre). Corta-se uma seção a direita do ponto C, a certa distância x do ponto A.
Diagrama de corpo livre:
L
L/2
A
C B
w
x
L/2
A
J
w
x
RA
V
M
∑
(
)
A equação da linha elástica:
(
)
Integrando a equação acima duas vezes tem-se:
(
) eq. 03
(
) eq. 04
Determinação das Constantes:
[ ]
Logo, tem-se que:
[ ⁄
]
(
)
[ ⁄ ]
(
)
(
)
(
)
{
(
)
(
)
} (
) (
)
{
}
[
]
(
)
[ ]
(
) (
)
Logo, tem-se que:
Usando as equações da estática tem-se:
Cálculo do cortante na seção ⁄
Cálculo da posição onde o momento fletor é máximo. Observa-se que o
momento fletor é máximo onde o cortante é nulo. Logo, tem-se que .
Lembrando-se da estática que:
Integrando a equação acima tem-se:
Substituindo o valor de na equação de momento tem-se:
(
)
(
)
Cálculo do momento fletor no ponto C.
| ⁄
(
)
(
)
Diagrama do momento fletor:
C
y
B
x
- 0,05469wL
2
0,0352wL
2
0,0513wL
2
A