matéria de Aço 2016 .Aula08 Ligações com Conectores

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Aula 08:
Ligações com Conectores
Estruturas de Aço – CCE 0182 – 2016.2
UNESA Norte Shopping
Prof. Dilnei Schmidt
1. Dimensionamento e verificação de ligações com conectores;
• Introdução;
• Disposições construtivas;
• Dimensionamento dos conectores e dos elementos da ligação;
• Exemplos de dimensionamento;
Objetivos da Aula
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Conector:
• É um meio de união que trabalha através de furos feitos nas chapas;
• Podem ser encontrados os seguintes tipos de conectores: rebites, parafusos 
comuns e parafusos de alta resistência;
• As ligações rebitadas foram substituídas por ligações parafusadas ou 
soldadas a partir de 1950;
Introdução
Rebites:
• São conectores instalados a quente, o produto final apresentando duas 
cabeças;
• Pelo resfriamento, o rebite aperta as chapas entre si;
• O esforço de aperto é muito variável, não se podendo garantir um valor 
mínimo a considerar nos cálculos;
• Os rebites eram calculados pelos esforços transmitidos por apoio do fuste 
nas chapas e por corte na seção transversal do fuste;
Introdução
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Parafusos Comuns:
• Os parafusos comuns são, comumente, forjados com aços-carbono de baixo 
teor de carbono, em geral segundo a especificação ASTM A307;
• Os parafusos comuns são instalados com aperto, que mobiliza atrito entre 
as chapas;
• Entretanto, o aperto nas chapas é muito variável, não se podendo garantir 
um valor mínimo a considerar nos cálculos;
• Os parafusos comuns são calculados de modo análogo ao dos rebites, 
através das tensões de apoio e de corte;
Introdução
Parafusos Comuns:
• Têm numa extremidade uma 
cabeça quadrada ou sextavada 
e na outra uma rosca com 
porca;
Introdução
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Tipos de ligação:
• Ligações por apoio;
 A transmissão do esforço se dá por apoio das chapas no fuste do parafuso 
e por esforço de corte na seção transversal do parafuso;
 As tensões de apoio entre as chapas e o fuste do conector e as tensões de 
corte no conector são supostas uniformes para efeito de cálculo.
• Ligações por atrito;
 A transmissão do esforço se dá por atrito;
 O parafuso fica sujeito apenas a tração.
Introdução
Ligação por apoio:
• Tensão de corte no parafuso: ߬ = ி
గௗమ/ସ
• Tensão de apoio do conector na chapa: ߪ௔ = ிௗ௧
Introdução
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Ligação por atrito:
• Força de atrito: ܨ௔௧,௠á௫ = ߤܨ௖ = ߤܲ
Introdução
Parafusos de Alta Resistência:
• São feitos com aços tratados termicamente (Ex.: ASTM A325)
• Nos casos em que se deseja impedir qualquer movimento entre as chapas 
de conexão, dimensionam-se os parafusos com um coeficiente de 
segurança contra o deslizamento, obtendo-se uma ligação do tipo atrito;
• Quando pequenos deslizamentos são tolerados, os parafusos de alta 
resistência podem ser usados em uma ligação do tipo apoio;
• O dimensionamento se faz no estado limite último, utilizando tensões 
nominais de corte ou de apoio;
Introdução
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Classificação da ligação com relação ao esforço:
• Ligações por corte (a);
• Ligações por tração (b);
• Ligações por corte e tração (c) e (d);
Introdução
Ligações em corte 
simples:
• Transmissão da carga 
com excentricidade 
produz tração nos 
conectores;
Ligações em corte 
Duplo ou múltiplo:
• Produz apenas corte 
e flexão dos 
conectores;
Disposições Construtivas
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Tipos de furo:
• Furo padrão (a);
• Furo alargado (b);
• Furo pouco alongado (c);
• Furo muito alongado (d);
• Para o cálculo da área líquida deduz-se 
também 2mm correspondentes ao dano por 
puncionamento;
Disposições Construtivas
Espaçamento dos conectores:
Disposições Construtivas
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Resistência dos aços para conectores:
Dimensionamento e Verificação
Tipos de ruptura em ligações com conectores:
• Colapso do conector - corte do fuste (a);
• Colapso por rasgamento da chapa ou ovalização
do furo - plastificação local da chapa (b) ou 
rasgamento da chapa(c);
• Colapso por tração da chapa – ruptura da seção 
líquida (d);
Dimensionamento e Verificação
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Dimensionamento do conector por corte:
• Resistência de projeto:
ோ೙ೡ
ఊೌమ
• Parafusos em geral (condição mais desfavorável):
ܴ௡௩ = 0,7ܣ௚0,6 ௨݂ ≅ 0,4ܣ௚ ௨݂
• Parafusos de alta resistência com rosca fora do plano de corte:
ܴ௡௩ = 0,5ܣ௚ ௨݂
Dimensionamento e Verificação
Dimensionamento a rasgamento e pressão de apoio na chapa:
• Pressão de apoio (estado-limite de ovalização do furo) :
ܴ௡ = 2,4݀ݐ ௨
• Rasgamento (ruptura por cisalhamento ao longo de 2 planos 
de comprimento a) :
ܴ௡ = 2 · ܽݐ · 0,6 ௨݂= 1,2ܽݐ ௨
• Parafusos de alta resistência com rosca fora do plano de 
corte:
ܴ௡௩ = 0,5ܣ௚ ௨݂
• Quando ܽ < 2݀ o rasgamento controla o dimensionamento 
e, em caso contrário, o estado-limite de ovalização do furo 
fornece a menor resistência;
Dimensionamento e Verificação
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Dimensionamento do conector por tração:
• Resistência de projeto: ோ೙೟
ఊೌమ
• Parafusos: ܴ௡௧ = 0,75ܣ௚ ௨݂
Dimensionamento do conector por corte e tração (fórmulas de interação):
ௗܸ
ܴ௡௩ ߛ௔ଶൗ
ଶ
+ ௗܴܶ௡௧ ߛ௔ଶൗ
ଶ
≤ 1,0
• ௗܸ e ௗܶ são os esforços de corte e tração de projeto nos parafusos;
Dimensionamento e Verificação
Dimensionamento das chapas e elementos de ligação:
• Para elementos sujeitos a tração (resistência associada ao estado limite de 
escoamento da seção bruta ou ruptura da seção com furos):
ܴௗ =
஺೒௙೤
ఊೌభ
ou ܴௗ =
஺೙௙ೠ
ఊೌమ
• As chapas de ligação e peças na região de ligação, sujeitas a cisalhamento, são 
dimensionadas com base nas resistências:
 ao escoamento da seção bruta:
ܴௗ <
ܣ௚0,6 ௬݂
ߛ௔ଵ
 e ruptura da seção líquida:
ܴௗ <
ܣ௡0,6 ௨݂
ߛ௔ଶ
Dimensionamento e Verificação
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Cisalhamento de bloco:
• A ruptura da área tracionada pode estar acompanhada da 
ruptura ou do escoamento das áreas cisalhadas, o que 
fornece a menor resistência:
ܴௗ =
1
ߛ௔ଶ
(0,60 ௨݂ܣ௡௩ + ܥ௧௦ ௨݂ܣ௡௧)
≤
1
ߛ௔ଶ
(0,60 ௬݂ܣ௚௩ + ܥ௧௦ ௨݂ܣ௡௧)
• ܣ௡௩ e ܣ௚௩ são respectivamente as áreas líquida e bruta 
cisalhadas;
• ܣ௡௧ é a área líquida tracionada;
• ܥ௧௦ = 1,0 quando a tensão de tração na área ܣ௡௧ é uniforme;
• Cts = 0,5 para tensão não uniforme.
Dimensionamento e Verificação
Ligação Axial por corte:
• Admite-se que o esforço transmitido se distribua igualmente entre os 
conectores;
• Em regime elástico:
• Em regime plástico:
Dimensionamento e Verificação
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Ligação excêntrica por corte:
• Admite-se que o esforço cortante se distribua igualmente entre os 
conectores;
• O esforço no conector devido ao momento fletor é dado por:
ܴ௫ =
ெ
∑ ௥మ
ݕ e ܴ௬ =
ெ
∑ ௥మ
ݔ
• ݎ = centro de rotação da placa = CG dos conectores;
Dimensionamento e Verificação
Ligação a tração:
• A distribuição de forças nos parafusos depende da rigidez à flexão do 
flange;
• Se o flange for suficientemente rígido os parafusos ficam sujeitos a tração 
pura;
• Caso contrário, ficam submetidos a tração e flexão devido ao efeito de 
alavanca provocado pela carga Q;
Dimensionamento e Verificação
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Ligação com corte e tração nos conectores:
• A tensão de tração no topo da chapa devida ao momento ௧݂ = ଺ெ௕௛మ não 
deve ultrapassar a tensão de pré-compressão ௖݂௢;
Dimensionamento e Verificação
Exemplo:
• Duas chapas de 204 mm × 12,7 mm (1/2″) em aço ASTM A36 aço
ASTM A36 são emendadas com chapas laterais de 9,5 mm (3×8″) e 
parafusos comuns (A307)ϕ22 mm;
Dimensionamento e Verificação
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Dimensionamento e Verificação
Duas chapas de 204 mm × 12,7 mm (1/2″) em aço ASTM A36 aço ASTM A36 
são emendadas com chapas laterais de 9,5 mm (3×8″) e parafusos comuns
(A307)ϕ22 mm. As chapas estão sujeitas às forças Ng = 200 kN, oriunda de 
carga permanente, e Nq = 100 kN, oriunda de carga variável decorrente do 
uso da estrutura. Verificar a segurança da emenda no estado limite último 
em combinação normal de ações.
Dimensionamento e Verificação
Parafusos comun (A307)ϕ22 mm:
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Dimensionamento e Verificação
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Calcular a carga de projeto na ligação da figura, sendo os conectores 
parafusos ASTM A307, de diâmetro igual a 19 mm (3/4″).
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Dimensionamento e Verificação
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Dimensionamento e Verificação
Deseja-se projetar a ligação de um consolo metálico com uma coluna, utilizando 
parafusos de alta resistência ASTM A325. Determinar o diâmetro necessário dos 
parafusos para absorverem uma carga de 30 kN em serviço (oriunda de 
carregamento permanente), com uma excentricidade de 200 mm, relativa ao 
eixo da coluna.
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Dimensionamento e Verificação
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Obrigado!