Baixe o app para aproveitar ainda mais
Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original
1 Engenharia Civil - 4º período UEG 2018 ISOSTÁTICA 2 Apostila –ISOSTÁTICA Universidade Estadual de Goiás – CET Anápolis Rod. BR-153, Km 99, Fazenda Barreiro do Meio Campus Henrique Santillo-Anápolis, CEP 75132-400 (62) 3328-1139/(62)3328-1161 / (62) 3328-1116 Site: http://www.ccet.ueg.br/ Coordenação Prof. Dr. Marcus Vinícius Cavalcanti marvinscav@gmail.com Alunos Ana Raquel Rodrigues Ferreira da Silva Cássio Melo Gurian Barros Isadora Guimarães Batistela Julia Firmina Alves da Silva Laura Junqueira Melo Matheus Zydane de Sousa Carvalho engcivil.ueg@outlook.com © 2018 – UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS ANÁPOLIS, 2018 3 SUMÁRIO Pág. 1. Introdução ................................................................................................................ 4 2. Vigas ......................................................................................................................... 5 2.1. Exercícios .......................................................................................................... 9 3. Pórticos ................................................................................................................... 29 3.1. Exercícios ........................................................................................................ 31 4. Treliças ................................................................................................................... 62 4.1. Exercícios ........................................................................................................ 66 5. Grelhas ................................................................................................................... 87 5.1. Exercícios ........................................................................................................ 89 6. Linha de Influência ............................................................................................. 116 6.1. Exercícios ...................................................................................................... 120 4 1. INTRODUÇÃO Esta apostila foi desenvolvida pelos alunos do 4° Período, do curso de Engenharia Civil do Campus de Ciências Exatas e Tecnológicas – UEG, com orientação do Prof. Dr. Marcus Vinícius Cavalcanti. Aqui serão apresentados modelos de alguns problemas isostáticos que são: vigas, pórticos, treliças, grelhas e linhas de influência. Os problemas isostáticos apresentam a natureza de conter três incógnitas e três equações de equilíbrio. Essas equações são a somatória das forças em x, das forças em y e dos momentos iguais à zero. As estruturas utilizadas são na maioria planas, exceto em grelhas que são estruturas espaciais,(3D). Palavra- chave: Engenharia Civil, Isostática,Estruturas planas e espaciais. 5 2. VIGAS Esta aula foi ministrada no dia 20 de fevereiro de 2018, pelo Prof. Dr. Marcus Vinícius Cavalcanti, que tinha como tema proposto, estruturas chamadas de Vigas. Uma estrutura pode estar sujeita a diversos tipos de cargas, a princípio utilizaremos dois tipos de cargas: Concentrada- são aplicadas a uma reduzida parcela da estrutura, tão que podem ser consideradas pontualmente, pode-se citar como exemplo a carga de uma viga servindo de apoio para outra viga. Distribuída- constantes ao longo da estrutura ou em trechos da estrutura. Para uma estrutura estar em equilíbrio ela deve não estar sujeita à translação e a rotação, obedecendo as seguintes equações: ∑ 𝐹𝑥 = 0 ∑ 𝐹𝑦 = 0 ∑ 𝐹𝑧 = 0 Para evitar o movimento se utiliza apoios (dispositivos mecânicos que por esforços reativos impedem o deslocamento da estrutura). O sistema de equilíbrio é formado por essas reações somados às cargas. No caso de vigas utiliza-se apenas três equações de equilíbrios: ∑ 𝐹𝑥 = 0 ∑ 𝐹𝑦 = 0 ∑ 𝑀 = 0 Existem três tipos de apoio: Apoio de primeiro gênero- impedem deslocamento somente em uma direção, produzindo reações equivalentes a uma força com linha de ação conhecida. Apenas uma reação será a incógnita. ∑ 𝑀𝑥 = 0 ∑ 𝑀𝑦 = 0 ∑ 𝑀𝑧 = 0 6 Apoio de segundo gênero - restringem a translação de um corpo livre em todas as direções, mas não podem restringir a rotação em torno da conexão, a reação produzida equivale a uma força com direção conhecida, envolvendo duas incógnitas. Engaste - impedem qualquer movimento de corpo livre. Os deslocamentos nas direções x, y e a rotação em z são impedidos. Figura 1:Apoio de primeiro gênero Fonte: Instituto Federal do Rio Grande do Norte Figura 2:Apoio de segundo gênero Fonte: Instituto Federal do Rio Grande do Norte 7 Calculo de Vigas Para o cálculo de vigas, inicialmente observa-se os tipos de apoios e as solicitações externas, e a partir das equações de equilíbrio calcula-se as reações de apoios para depois criar os diagramas de momento fletor e de esforço cortante das mesmas. Figura 3:Apoio de terceiro gênero Fonte: Instituto Federal do Rio Grande do Norte Fonte: Instituto Federal do Rio Grande do Norte Figura 4: Viga bi apoiada 8 Existem ainda em vigas esforços internos que são solicitações que a estrutura sofre quando são aplicadas forças na mesma. Esforço Cortante (Q) é a soma das forças de uma porção isolada sobre a outra porção na direção transversal ao eixo da barra na seção transversal de corte, é uma força de cisalhamento e tem a seguinte convenção: Momento Fletor (M.f.) é o somatório do momento de todas as forças e momentos de uma porção isolada sobre a outra porção na direção transversal ao eixo da barra na seção transversal de corte, tendo como convenção para sinal positivo a seguinte figura: Fonte: Instituto Federal do Rio Grande do Norte Figura 5:Reações de apoios Figura 6:Convenção do Esforço Cortante Fonte: PUC Rio de Janeiro 9 2.1. EXERCÍCIOS Exercício 01: Admitindo a=1.00 m e Q=10.00 KN/m calcule o valor da carga concentrada P para que o momento fletor positivo seja alternadamente máximo nas seções B e C indicadas na figura. Em seguida, esboce os diagramas de momento fletor e esforço cortante para os dois casos distintos. Resolução: Figura 7:Convenção do Momento Fletor Fonte: PUC Rio de Janeiro 10 CÁLCULO DAS REAÇÕES DE APOIO: R1 + R2= 10x(4a) +P R1 + R2= 40x(a) +P R1 + R2= 40x(1) +P R1 + R2= 40 +P CÁLCULO DOS MOMENTOS: ∑MA= -10x4ax2a – Px5a + R2x4a -R2x4= -80-5P R2= (80 + 5P)/2 R2= 20 + (5/4)P ∑MD= -R1x4a + 10x4ax2a - Pa 4R1=80 – P R1= (80 – P)/4 R1= 20 –(P/4) CÁLCULO PARA O MOMENTO FLETOR SER MÁXIMO EM B: M(x)= R1(X) – 10(X) (X/2) M(x)= R1(X) – (10/2) X² M(x)= R1(X) – 5X² DERIVANDO E IGUALANDO A ZERO PARA ACHAR O MÁXIMO: M’(X)= R1 – 10X Substituindo R1: R1 – 10X =0 -10X= -R1 10X= R1 10X=(20-P/4) Na seção B, X=1, logo: 10(1) = (20 – P/4) 11 10= 20 – P/4 10 – 20= -P/4 10=P/4 P=40 KN Logo: R1= 10 KN R2=70KN CÁLCULO DO ESFORÇO CORTANTE (a=1m): QAantes=0 QAdepois=0+10 QBantes=+10-10x4a=-30 QBdepois=-30+70=40 QCantes=40 QCdepois=0 CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR (a=1m): MFA=0 MFB=+R1xa -10x1x0,5= 10x1-10x1x0,5 = 5 KN.m MFC=-10x2axa +R1x2a= -2+2x10= -20+20=0 MFD=-40xa= -40 KN.m MFE= 0 Diagrama do Esforço Cortante (D. E.C): 12 Diagrama do Momento Fletor (D.M.F): CÁLCULO PARA O MOMENTO FLETOR SER MÁXIMO EM C: M(x)= R1(X) – 10(X) (X/2) M(x)= R1(X) – (10/2) X² M(x)= R1(X) – 5X² DERIVANDO E IGUALANDO A ZERO PARA ACHAR O MÁXIMO: M’(X)= R1 – 10X 13 Substituindo R1: R1 – 10X =0 -10X= -R1 10X= R1 10X=(20-P/4) Na seção C, X=2, logo: 10(2) = (20 – P/4) 20= 20 – P/4 P/4=0 P=0 Logo: R1= 20 KN R2= 20 KN CÁLCULO DO ESFORÇO CORTANTE (a=1m): QAantes=0 QAdepois=0+20 QAantes=+20-10x4a = -20 QAdepois=-20+20=0 QAantes=0 QAdepois=0 CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR (a=1m): MFA=0 MFB=-10xax(a/2) + R1xa= -10x1x0,5+ 20x1= 15 KN.m MFC=R1x2a – 10x2axa= 20 KN.m MFD=Pxa= 0 MFE= 0 Diagrama do Esforço Cortante (D. E.C): 14 Diagrama do Momento Fletor (D.M.F): Exercício 02: Esboce os diagramas de momento fletor e esforço cortante para a viga abaixo. Adote a=2.0m, b=1.0m, c=2.0m, d=1.0m, e=2.0m, f=1.0 m, P=30.0 KN, R=20.0 KN, S=10.0 KN, Q1=10.0 KN/m, Q2=20.0 KN/m, Q3=30.0 KN/m. 15 Resolução: CÁLCULO DAS REAÇÕES DE APOIO: ∑F=0 R1 + R2= 10*3+30+20*3+20+30*3+10 R1 + R2= 240 KN CÁLCULO DOS MOMENTOS: ∑MR1= 0 10*3*1,5+30*1-60*1,5-20*2+R2*3-90*4,5-10*5=0 45+30-90-40-3R2-405-50=0 3R2=510 R2=170 KN 16 ∑MR2= 0 30*4,5+30*4-3R1+60*1,5+20*1-90*1,5-10*2=0 3R1=210 R1=70KN CÁLCULO DOS ESFORÇOS CORTANTES: QAantes=0 QAdepois=0 QBantes= -10*2*1=-20 KN QBdepois= -20-30=-50 KN QCantes= -10*3-30=-60 KN QCdepois=-60+70=10 KN QDantes=10-20*2*1=-30 KN QDdepois= -30-20=-50 KN QEantes= -50-20=-70 KN QEdepois= -70+170=100 KN QFantes= 100-60=40 KN QFdepois=40-10=30 KN QGantes=30-30=0 QGdepois=0 Diagrama do Esforço Cortante (D. E.C): 17 CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR MF1=0 MF2=-10*1,5*0,75= -11,25 KN.M MF3=-10*2*1=-20 KN.M MF4=-10*3*1,5-30*1=-75 KN.M MF5=-10*3*3-30*2,5+70*1,5-20*1,5*0,75= -82,5KN.M MF6=-10*3*3,5-30*3+70*2-20*2*1=-95 KN.M MF7=-30*3*1,5-10*2=-155 KN.M MF8=-30*1,5*0,75-10*0,5=-38,75 KN.M MF9=-30*1*0,5=-15 KN.M MF10=0 Diagrama do Momento Fletor (D.M.F): 18 Exercício 03: Admitindo que a=b=c=d=e=f, Q1=Q2=Q3 e P=S. Determine o valor de R para que o modulo do momento fletor sobre qualquer um dos apoios seja igual a 0,50 vezes o modulo do momento fletor no meio do vão central? Esboce os diagramas de momento fletor e esforço cortante. ∑F=0 19 R1+R2=6Qa+2P+R ∑MR1=0 2Qa*a+P*a-2Q*a-Ra-2Qa*3a – P*3ª +R2 *2a =0 Pa-Ra -6Qa²-3Pa+2R2a=0 2R2a=-Pa+Ra+6Qa²+3Pa R2=-P+R+6Qa+3P/2 ∑MR2=0 2Qa*3a +P*3ª –R1*2a +2Qa*a +R*a - 2Qa*a –P*a=0 6Qa²+3Pa -2aR1 +2Qa² +Ra -2Qa²- Pa=0 6Qa² +2Pa -2aR1+Ra=0 R1=6Qa +2P+R/2 CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR Mfa=-2 Qa*a –Pa= -2Qa²-Pa Mfb=-2Qa*2a –P*2a +R1*a –Q*a*a Mfb= -4Qa²-2Pa+(6Qa+2P+R/2)²*a*(Qa/2)² Mfb=-4Qa²-2Pa+3Qa²+Pa+Ra/2-(Qa/2)² Mfb=-3Qa²/2-Pa+Ra/2 CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR Mfa=-2Qa*a-Pa=-2Qa²-Pa Mfb=-2Qa*2a-P2a+R1*a-Qa*a Mfb=-4Qa²-2Pa+(6Qa+2P+R/2)²*a-(Qa²/2) Mfb=-4Qa²-2Pa+6Qa²/2+2Pa/2+Ra/2-(Qa²/2) Mfb=-4Qa²-2Pa+3Qa²+Pa+Ra/2-(Qa²/2) Mfb=-3Qa²-2Pa+Ra/2 0,5|Mfb|=|Mfa| 0,5|− 3𝑄𝑎2 2 − 𝑃𝑎 + 𝑅𝑎 2 |=|− 2𝑄𝑎2 2 − 𝑃𝑎| 20 −4𝑄𝑎2 − 2𝑃𝑎 = 0,5 (− 3𝑄𝑎2 2 − 𝑃𝑎 + 𝑅𝑎 2 ) −4𝑄𝑎2 − 2𝑃𝑎 = −3𝑄𝑎2 − 2𝑃𝑎 + 𝑅𝑎 2 −8𝑄𝑎2 − 4𝑃𝑎 = −3𝑄𝑎2 − 2𝑃𝑎 + 𝑅𝑎 −5𝑄𝑎2 − 2𝑃𝑎 = 𝑅𝑎 𝑹 = −5𝑄𝑎 − 2𝑃 Ou 2𝑄𝑎2 + 𝑃𝑎 = 0, 5(−3𝑄𝑎2 − 2𝑃𝑎 + 𝑅𝑎) 2 4𝑄𝑎2 + 2𝑃𝑎 = −3𝑄𝑎2 − 2𝑃𝑎 + 𝑅𝑎 2 8𝑄𝑎2 + 4𝑃𝑎 = −3𝑄𝑎2 − 2𝑃𝑎 + 𝑅𝑎 11𝑄𝑎2 + 6𝑃𝑎 = 𝑅𝑎 𝑅 = 11𝑄𝑎 + 6𝑃 Ou seja, R=-5Qa-2P ou R=11Qa+6P CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR Mf1=0 Mf2=−𝑄 ∗ 𝑎 ∗ 𝑎 2 𝑀𝑓3 = −𝑄 ∗ 2𝑎 ∗ 𝑎 − 𝑃𝑎 𝑀𝑓4 = −𝑃 ∗ 2𝑎 − 𝑄 ∗ 2𝑎 ∗ 2 ∗ 𝑎 + (8,5𝑄𝑎 + 𝑃) ∗ 𝑎 − 𝑄 ∗ 𝑎 ∗ 𝑎 2 = −2𝑃𝑎 − 4𝑄𝑎2 + 8,5𝑄𝑎2 + 4𝑃𝑎 − 𝑄𝑎2 2 = 2𝑃𝑎 + 4𝑄𝑎2 𝑀𝑓5 = −𝑃𝑎 − 𝑄 ∗ 2 ∗ 𝑎 = −𝑃 ∗ 𝑎 − 2𝑄𝑎2 𝑀𝑓6 = −𝑄𝑎 ∗ 𝑎 ∗ 𝑎 2 = − 𝑄𝑎2 2 𝑀𝑓7 = 0 Para o esboço do gráfico considera-se a=1m,Q=3Kn/m e P=2Kn,sendo assim: Mf1=0 Mf2=-1,5Kn.m Mf3=Mf5=-8Kn.m Mf4=16Kn.m Mf6=1,5 Kn., CALCULO DO ESFORÇO CORTANTE Q1antes=0 21 Q1depois=0 Q2antes=-Qa Q2depois=-Qa-P Q3antes=-2Qa-P Q3depois=-2Qa-P+R1 Q4antes=-3Qa-P+8,5Qa+4P=5,5Qa+3P Q4depois=5,5Qa+3P-11Qa-6P=-5,5Qa-3P Q5antes=-6,5Qa-3P Q5depois=-6,5Qa-3P+8,5Qa+4P=2Qa+P Q6antes=Qa+P Q6depois=Qa Q7antes=Qa-Qa=0 Q7depois=0 SUBSTITUINDO: Q1a=0 Q1d=0 Q2a=-3 Q2d=-5 Q3a=-8 Q3d=25,5 Q4a=22,5 Q4d=-22,5 Q5a=-25,5 Q5d=8 Q6a=5 Q6d=3 Q7a=0 Q7d=0 Diagrama do Momento Fletor (D.M.F): 22 Exercício 04: Esboce, indicando a posição e o valor do momento fletor máximo positivo, os diagramas de momento fletor e esforço cortante para a viga a baixo. Adote a=2,0m, c=2,0m, d=3,0m, e=2,0m, f=3,0m, P=60,0KN, R=220,0KN, S=60,0KN, 𝑄1=60,0KN/m,𝑄2=260,0KN/m, 𝑄3=90,0KN/m. ∑𝑭𝒚 = 0 23 𝑅1 + 𝑅2 = 60 + 220 + 60 + 60.5 + 260.5 + 90.5 𝑅1 + 𝑅2 = 2390 ∑𝑴𝟏=0 (60.5)×2,5 + 60×3 – 220×2 – (260.5) ×2,5 + 5×𝑅2 – (90.5) ×7,5 - 60×7=0 𝑅2= 1311 KN ∑𝑴𝟐=0 (60.5)×7,5 + 60×8 – 5×𝑅1 + (260.5)×2,5 + 220×3 – (90.5)×2,5 - 60×2 =0 𝑅1= 1079 KN CÁLCULO DO ESFORÇO CORTANTE Pontos de interesse: 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10. Q1 { Q1 a = 0 Q1 b = 0 Q2 { Q2 a = −60.2 = −120KN Q2 b = −120 − 60 = −180 KN Q4 { Q4 a = −180 − 60.3 = −360KN Q4 b = −360 + 1079 = +719KN Q5 { Q5 a = +719 − 260.2 = +199KN Q5 b = +199 − 220 = −21KN Q7 { Q7 a = −21 − 260.3 = −801KN Q7 b = −801 + 1311 = +510KN Q8 { Q8 a = +510 − 90.2 = +330KN Q8 b = +330 − 60 = +270KN Q10 { Q10 a = +270 − 90.3 = 0 Q10 b = 0 Diagrama do Esforço Cortante (D. E.C): 24 CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR Pontos de interesse: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. MF1= 0 MF2= -(60.2)×1= -120KN.m MF3=-(60.2,5)×1,25 -60×0,5 = -217,5 KN.m MF4= -(60.5)×2,5 -60×3 = -930KN.m MF5= -(60.5)×4,5 –60×5 +1079×2 –(260.2)×1 = -12KN.m MF6= -(90.5)×5 -60×4,5 +1311×2,5 –(260.2,5)×1,25 = -55KN.m MF7= -(90.5)×2,5 -60×2 = -1245KN.m MF8=-(90.3)×1,5 = -405KN.m MF9= -(90.2,5) ×1,25 = -281,25KN.m MF10= 0 KN.m Diagrama do Momento Fletor (D.M.F): 25 Exercício 05: Admitindo a = 3,00 m e P = 10,00 kN calcule o valor da carga distribuída Q para que o momento fletor seja nulo nas seções B e C indicadas na figura. Em seguida, esboce os diagramas de momento fletor e esforço cortante para os dois casos distintos. Resolução: 26 CÁLCULO DAS REAÇÕES DE APOIO: R1 + R2 = 10 + 9 ∗ Q ΣMA = −9 ∗ Q ∗ 4,5 − 10 ∗ 12 + 9 ∗ R2 = 0 9 ∗ R2 = 120 + 40,5 ∗ Q R2 = 4,5 ∗ Q + 120 9 ΣMD = −9 ∗ R1 + 9 ∗ 4,5 ∗ Q − 10 ∗ 3 = 0 9 ∗ R1 = 40,5 ∗ Q − 30 R1 = 4,5 ∗ Q − 30 9 Para x = 3 m: M(x) = R1 ∗ x − x ∗ x 2 = 0 (4,5 ∗ Q − 30 9 ) ∗ x − Q 2 ∗ x² = 0 (4,5 ∗ Q − 30 9 ) ∗ 3 − Q 2 ∗ 3² = 0 13,5 ∗ Q − 4,5 ∗ Q = 10 Q = 1,111 kN ∗ m Para o valor de Q encontrado, tem-se: 27 R1 = 1,667 kN R2 = 18,332 kN DETERMINAÇÃO DO MOMENTO FLETOR MÁXIMO: x = 0 → MfD = −215 kN ∗ m → C = −215 x = 2 → MfF = 327 kN ∗ m x = 2,5 → MfE = 315 kN ∗ m { 22 ∗ A + 2 ∗ B − 215 = 327 2,52 ∗ A + 2,5 ∗ B − 215 = 315 { 4 ∗ A + 2 ∗ B = 542 6,25 ∗ A + 2,5 ∗ B = 530 𝐴 = −118 𝐵 = 507 Substituindo os valores encontrados na equação de 2º grau, tem-se: Mf(x) = −118 ∗ x2 + 507 ∗ x − 215 Mf′(x) = 0 −236 ∗ x + 507 = 0 x = 2,148 m Substituindo o valor de x encontrado (posição do momento fletor máximo positivo) na equação do momento fletor em função de x, tem-se o valor do momento fletor máximo positivo: Mf(2,148) = 329,595 kN ∗ m CÁLCULO DOS ESFORÇOS CORTANTES: { QA A = 0 QA D = +1,667 { QD A = +1,667 − 1,111 ∗ 9 = −8,332 QD D = −8,332 + 18,332 = 10 28 { QE A = 10 QE D = 10 − 10 = 0 Diagrama do Esforço Cortante (D. E.C): CÁLCULO DOS MOMENTOS FLETORES: MfB = +3 ∗ 1,667 − 1,111 ∗ 3 ∗ 1,5 = −0,0015 kN ∗ m MfC = +1,667 ∗ 6 − 1,111 ∗ 6 ∗ 3 = −9,996 kN ∗ m MfD = −10 ∗ 3 = −30 kN ∗ m MfE = 0 MfQ = +1,667 ∗ 4,5 − 1,111 ∗ 4,5 ∗ 2,25 = −3,747 kN ∗ m Diagrama do Momento Fletor (D.M.F): 29 3. PÓRTICOS Esta aula foi ministrada no dia 12 de março de 2018, pelo Prof. Dr. Marcus Vinícius Cavalcanti, que tinha como tema proposto, estruturas chamadas de Pórticos. Pórticos são estruturas lineares que são constituídos por duas ou mais barras que transmitem forças entre si. Os pórticos podem ser planos ou espaciais, nesta apostila conterá somente pórticos planos. Neste tipo de estrutura as barras são ligadas por engaste ou rótula interna. O primeiro, engaste, é um elemento que restringe a estrutura se deslocar no eixo x, y e z. Assim, ele gera três reações, as forças em y e x e o momento. O segundo, rótula interna, é um elemento de ligação que transmite forças horizontais e verticais, mas não transmite momento. Então, devido à rótula não transmitir momento ela gera uma nova equação de equilíbrio no problema. Assim, cada rótula que conter no pórtico plano gera uma nova equação de equilíbrio de momento, ou seja, o somatório dos momentos na rótula é zero. ∑ 𝑀 = 0 Para analise de um pórtico plano é necessário fazer algumas etapas a seguir. Reações de apoio; Equilíbrio das barras; Esforços internos das barras; 30 União dos resultados. Na etapa do equilíbrio das barras deverá analisar cada barra individualmente. Primeiramente é necessário fazer um esbouço das forças que estão atuando na barra, e posteriormente fazer o equilíbrio das forças na barra em sua extremidade que fica conectada com a outra. Depois de ter feito isso, inicia-se o equilíbrio da próxima barra, para fazer essa etapa é igual o processo anterior. Mas deve-se lembrar de que os engastes transmitem forças x e y e momento e as rótulas apenas forças em x e em y. Assim, é necessário transmitir as forças de equilíbrio de uma barra para outra. Exemplo: Observação: no ponto C há uma ligação feita por engaste. 31 EQUILÍBRIO DAS BARRAS ∑ Mc = 120 × 2 + 600 × 2 + Mc = 0 Mc = −1440KN. m Na etapa dos esforços internos é necessário analisar o momento fletor, o esforço cortante e o esforço normal em cada barra. Os esforços normais são esforços em direção paralela a barra, ele pode estar comprimento ou tracionando. Aqui serão adotados os esforços normais comprimindo, no sentido entrando da barra, negativos e tracionando, no sentido saindo da barra, positivo. O modelo de resolver o esforço normal é similar ao do esforço cortante, a única diferença é que no esforço cortante forças estão na direção perpendicular à barra e o esforço normal as forças estão paralelas a barra. Na etapa de união dos resultados juntam-se todos os momentos fletores, os esforços normais, esforços cortantes em seus respectivos diagramas. 3.1. EXERCÍCIOS 32 Exercício 01: Esboce os diagramas de momento fletor, esforço cortante e esforço normal para o pórtico abaixo. Adote a= 4.0 m, b= 1.0 m, c=3.0 m, d=3.0 m, Q1= 30.0 KN/m e Q2= 130.0 KN/m. CÁLCULO DA REAÇÃO DE APOIO: ∑MC cd=0 +R3x1+R4x3 – 130x1x0,5=0 R3 + 3R4= 65 (I) ∑MA =0 +R3x5-R4x3-130x5x2,5-30x3x1,5=0 5R3-3R4=1760 (II) POR SUBSTITUIÇÂO DE I EM II: {5R3-3R4=1760 {R3 + 3R4= 65 6R3= 1825 R3=304,167 KN Logo R4 é: R3 + 3R4= 65 3R4= 65- 304,167 R4= -79,722 KN 33 ∑Fx =0 30x3 + R2 – R4=o R2=-90 +79,722 R2= -10,278 KN ∑Fy =0 -130x5 +R3+R1=0 R1= 650 – 304,167 R1= 345,833 KN EQULIBRIO DAS BARRAS: ∑MB =0 30x3x1,5-10,278x3 +MB=0 MB= -104,166 KN.m ∑MC =0 104,166+79,722x3-385,833x4=0 34 ∑MD =0 DECOMPONDO AS FORÇAS: Barra B-C Cos² ᶿθ =(4/5)²= 16/25 Sen θ= 3/5 Cos θ=4/5 FXr= +271,228 KN FYr=+ 228,833 KN FXr= +40,722 KN FYr=+ 187,167 KN Q1= 130xcos² θ= 83,2 KN/m N1= 130xsen θ= 62,4 KN 35 Barra C-D Cos² ᶿ α = 1/10 Sen α= 3/√10 Cos α =1/√10 FXr= +313,661 KN FYr=- 20,877 KN FXr= -190,332 KN FYr=- 20,233 KN Q2= 130xcos² α = 13 KN/m N2= 130xsen α = 39 KN 36 CÁLCULO DO ESFORÇO CORTANTE QAantes=0 QAdepois=+10,278 QBantes=+10,278-30x3= -79,722 QBdepois= -79,722 +79,722=0 QBantes=0 QBdepois=+228,833 QCantes=+228,833-83,3x5= - 187,167 QCdepois=- 187,167+ 187,167=0 QCantes=0 QCdepois=+20,233 QDantes=+20,233-(13/√10)= -20,877 QDdepois= - 20,877 +20,877=0 CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR: MFA=0 MF1=+10,278x1,5 -30x1,5x0,75= -18,333 KN.m MFBantes =0 MFBdepois=-104,166 KN.m MF3= -104,166 +228,833x2,5 – 83,2x2,5x1,25= 207,910 KN.m MFC= 0 MF4=20,333x(√10/2) – 13x(√10/2)x(√10/4)=+15,741 KN.m MFD=0 Diagrama do Esforço Normal (D. E.N): 37 Diagrama do Esforço Cortante (D. E.C): 38 Diagrama do Momento Fletor (D.M.F): Exercício 02: Esboce os diagramas de momento fletor, esforço cortante e esforço normal para o pórtico abaixo. Adote a= 4.0 m, b= 2.0 m, c=1.0 m,d=3.0 m, Q1= 150.0 KN/m e Q2= 200.0 KN/m. ∑ M3 = 4 ∗ R3 − 2R4 − 200 ∗ 4 ∗ 2 2R4 = 4R3 − 1600 39 R4 = 2R3 − 800 R4 = 2 ∗ 720 − 800 R4 = 640 KN ∑ M2 = −200 ∗ 4 ∗ 8 + R3 ∗ 8 + R4 = 0 −6400 + 8R3 + 640 = 0 R3 = 720 KN ∑ Fy = 0 R1 + R3 = −200 ∗ 8 R1+R3=1600 R1+720=1600 R1=880 KN ∑ Fx = 0 R2+R4+150*5=0 R2+R4=-750 R2=-750-640 ∑ M1 = R3 ∗ 8 − R4 ∗ 4 − 200 ∗ 8 ∗ 4 − 150 ∗ 5 ∗ 2,5 + M = 0 -M=720*8-640*4-200*8*4-150*5*2,5 -M=-5075 M=5075 KN*m EQUILÍBRIO DAS BARRAS M2+5075-1390*5+150*2,5=0 M2=0 880-200*4=80 M3-880*4+4*2+640*3 M3=0 40 +80+720-200*4=0 M4-80*4-640*2+200*4*2=0 M4=0 Sen 𝑎 1= 3 5 Cos 𝑎 1= 4 5 Q3=200 ∗ cos2 𝑎1 200 ∗ ( 4 5 ) 2 200 ∗ 16 25 Q3=128 KN/m N3=200*cos a1*sen a1 N3=200 ∗ 4 5 ∗ 3 5 = 96 𝐾𝑁 𝑚 𝐹𝑥′ 880 = cos 𝑎1 𝐹𝑥1′ = 880 ∗ 4 5 = 704 𝐹𝑦′ 880 = 𝑠𝑒𝑛 𝑎1 𝐹𝑦1 = 880 ∗ 3 5 𝐹𝑦1 = 528 41 𝐹𝑥′ 640 = sen 𝑎1 𝐹𝑥2′ = 640 ∗ 3 5 = 384 𝐹𝑦′ 640 = cos 𝑎1 𝐹𝑦2′ = 640 ∗ 4 5 = 512 Fy’1+Fy’2=1040 Fx’1-Fx’2=320 Q4=200*( 4 √20 ) 2 Q4=200* 16 20 Q4=160 N4=200* 4 √20 ∗ 2 √20 N4=80 𝐹𝑥′1 80 = 𝑠𝑒𝑛 𝑎2 𝐹𝑥′1 = 80 ∗ 2 120 =35,777 𝐹𝑦′1 80 = cos 𝑎2 𝐹𝑦′1 = 80 ∗ 4 √20 = 71,554 𝐹𝑥′2 640 = 𝑐𝑜𝑠 𝑎2 𝐹𝑥′2 = 640 ∗ 4 √20 = 572,433 𝐹𝑦′2 640 = 𝑠𝑒𝑛 𝑎2 𝐹𝑦′2 = 640 ∗ 2 √20 = 286,217 Fx’1-Fx’2=-536,656 Fy’1+Fy’2=357,771 Primeira Barra CALCULO DO ESFORÇO CORTANTE QAAntes=0 QADepois=1390 42 QBA=1390-150*5=640 QBD=640-640=0 CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR MFAntes=0 MFADepois=-5075 MFQ=-150*2,5*1,25+1390*2,5-5075=-2068,75 Segunda Barra Momento Fletor MFA=0 MFB=320*2,5-128*2,5*1,25=400 MFB=0 Terceira Barra Esforço Cortante 357,721 − 160 ∗ √20 = 0 Momento Fletor 𝑀𝑓𝑄 = −160 ∗ √20 2 ∗ √20 4 + 357,771 ∗ √20 2 = 400 Diagrama do Esforço Normal (D. E.N): Diagrama do Esforço Cortante (D. E.C): 43 Diagrama do Momento Fletor (D.M.F): Exercício 03: Esboce os diagramas de momento fletor, esforço, esforço cortante e esforço normal para o pórtico a baixo. Indique os momentofletor máximos positivos (quando ocorrerem). Atode A = 3,0 m, B = 6,0 m, P = 360,0 KN, 𝑄1 = 480,0 KN/m e 𝑄2 = 360,0 KN/m. 44 Calculando as reações de apoio ∑Mc cd=0 R4×3 + R3×6 – (360.3)×1,5 = 0 R4 + 2.R3 = 540 ∑Mb bd= 0 (360.6)×3 - (360.3)×7,5 +R3×6 + R4×9 = 0 6. R3 + 9. R4 = 14580 Sistema: R4 + 2.R3 = 540 45 6. R3 + 9. R4 = 14580 Resolvendo o sistema: R3= -810 KN R4= 2160 KN ∑Fx = 0 R2 + 360 +480.9 - R3 = 0 R2 = -3870 KN ∑Fy = 0 R1 – 360.12 + R4 = 0 R1 = 2160 KN ∑Mb ba = 0 (360.3)×1,5 + (480.9)×4,5 + 360×6 - 3870×9 - 2160×3 + MA = 0 MA = 18090 KN.m Barra 1 Tamanho da barra L2 = 92 + 32 L = √90 46 Ângulos α = tan−1 9 3 α = 71,565° ɵ = tan−1 3 9 ɵ = 18,435° 360 𝑄𝑏 𝑄𝑁 𝑄𝑏 = 𝑄1. (cos 𝛼) 2 𝑄𝑏= 36 KN/m 𝑄𝑁 = 𝑄1. cos 𝛼 . sin 𝛼 𝑄𝑁= 144 KN/m 2160 𝐹𝑥1 𝐹𝑥1 𝐹𝑥1 = cos 𝛼 . 2160 𝐹𝑥1 = 638,052 KN 𝐹𝑦1 = sin 𝛼 . 2160 𝐹𝑦1 = 2049,156 KN 3870 𝐹𝑥2 𝐹𝑦2 𝐹𝑥2 = sin 𝛼 . 3870 𝐹𝑥2 = 3671,404 KN 𝐹𝑦2 = cos 𝛼 . 3870 𝐹𝑦2 = 1223,081 KN 47 360 𝐹𝑥3 𝐹𝑦3 𝐹𝑥3 = sin 𝛼 . 360 𝐹𝑥3 = 341,526 KN 𝐹𝑦3 = cos 𝛼 . 360 𝐹𝑦3 = 113,842 𝐾𝑁 1080 𝐹𝑥4 𝐹𝑦4 𝐹𝑥4 = cos 𝛼 . 1080 𝐹𝑥4 = 341,526 KN 𝐹𝑦4 = sin 𝛼 . 1080 𝐹𝑦4 = 1024,578 KN 810 𝐹𝑥5 𝐹𝑦5 𝐹𝑥5 = sin 𝛼 . 810 𝐹𝑥5 = 768,433 KN 𝐹𝑦5 = cos 𝛼 . 810 𝐹𝑦5 = 256,144 KN Barra 2 48 Barra 3 Tamanho da barra 𝐿2 = 62 + 32 L = √45 Ângulos 𝛼 = tan−1 6 3 𝛼= 63,435° 49 360 𝑄𝑏 𝑄𝑁 𝑄𝑏 = 𝑄1. (cos 𝛼) 2 𝑄𝑏= 72 KN/m 𝑄𝑁 = 𝑄1. cos 𝛼 . sin 𝛼 𝑄𝑁= 144 KN/m 810 𝐹𝑥1 𝐹𝑥1 𝐹𝑥1 =sin 𝛼 . 𝐹 𝐹𝑥1 = 724,486 KN 𝐹𝑦1 =cos 𝛼 . 𝐹 𝐹𝑦1 = 362,243 KN 1080 𝐹𝑥2 𝐹𝑦2 𝐹𝑥2 =cos 𝛼 . 𝐹 𝐹𝑥2 = 483,991 KN 𝐹𝑦2 = sin 𝛼 . 𝐹 𝐹𝑦2 = 965,981 KN 2160 𝐹𝑥3 𝐹𝑦3 𝐹𝑥3 =cos 𝛼 . 𝐹 𝐹𝑥3 = 965,981 KN 𝐹𝑦3 = sin 𝛼 . 𝐹 𝐹𝑦3 = 1931,963 𝐾𝑁 50 Diagrama do Esforço Normal (D. E.N): 51 Diagrama do Esforço Cortante (D. E.C): Diagrama do Momento Fletor (D. M.F): 52 Exercício 04: Esboce os diagramas de momento fletor, esforço cortante e esforço normal para o pórtico abaixo. Considerando a origem do sistema de eixos no engaste e a barra vertical na direção do eixo Y, determine as coordenadas onde ocorrem os momentos fletores máximos positivos (quando ocorrerem) e os respectivos valores desses momentos máximos em cada barra. Adote A = 7,0 m, B = 5,0 m, P = 480,0 kN, Q1 = 640,0 kN/m e Q2 = 480,0 kN/m. 53 Resolução: Determinação das Reações de Apoio: 54 ΣMC CD = +7 ∗ R3 − 7 ∗ R4 − 640 ∗ 7 ∗ 3,5 = 0 R3 − R4 = 2240 ΣMB BCD = +12 ∗ R3 + 5 ∗ R4 − 640 ∗ 12 ∗ 6 = 0 12 ∗ R3 + 5 ∗ R4 = 46080 { 12 ∗ R3 + 5 ∗ R4 = 46080 R3 − R4 = 2240 R3 = 57280 17 = 3369,412 kN R4 = 19200 17 = 1129,412 kN ΣFx = R2 + R4 + 480 ∗ 17 + 480 = 0 R2 = − 166080 17 = −9769,412 kN ΣFy = R1 + R3 − 640 ∗ 12 = 0 R1 = 73280 17 = 4310,588 kN ΣMA = +12 ∗ R3 − 12 ∗ R4 − 640 ∗ 12 ∗ 6 − 480 ∗ 5 − 480 ∗ 17 ∗ 17 2 + M = 0 M = 90960 kN ∗ m EQUILÍBRIO DAS BARRAS Barra A-B: 55 𝛴𝑀𝐵 = 0 Barra B-C: 56 cos α = 5/13; sen α = 12/13; cos² α = 25/169 𝑄1 = 640 ∗ 25 169 = 94,674 𝑁1 = 640 ∗ 5 13 ∗ 12 13 = 227,219 Fx1 = -3979,004 kN Fy1 = +1657,918 kN Fx2 = -434,389 kN Fy2 = -1042,534 kN 𝐹𝑅𝑥 = 𝐹𝑥1 + 𝐹𝑥2 = −4413,393 𝑘𝑁 𝐹𝑅𝑦 = 𝐹𝑦1 + 𝐹𝑦2 = +615,384 𝑘𝑁 57 Fx1 = +434,389 kN Fy1 = +1042,534 kN Fx2 = +1025,158 kN Fy2 = -427,149 kN 𝐹𝑅𝑥 = 𝐹𝑥1 + 𝐹𝑥2 = +1459,547 𝑘𝑁 𝐹𝑅𝑦 = 𝐹𝑦1 + 𝐹𝑦2 = +615,385 𝑘𝑁 58 Barra C-D: 59 cos β = 7/√98; sen β = 7/√98; cos² β = 49/98 𝑄1 = 640 ∗ 49 98 = 320 𝑁1 = 640 ∗ 7 √98 ∗ 7 √98 = 320 Fx1 = +785,304 kN Fy1 = +785,304 kN Fx2 = -798,149 kN Fy2 = +798,615kN 𝐹𝑅𝑥 = 𝐹𝑥1 + 𝐹𝑥2 = −13,311 𝑘𝑁 𝐹𝑅𝑦 = 𝐹𝑦1 + 𝐹𝑦2 = +1583,919 𝑘𝑁 60 Fx1 = +2382,534 kN Fy1 = +2382,534 kN Fx2 = +798,412 kN Fy2 = -798,619 kN 𝐹𝑅𝑥 = 𝐹𝑥1 + 𝐹𝑥2 = +3181,149 𝑘𝑁 𝐹𝑅𝑦 = 𝐹𝑦1 + 𝐹𝑦2 = +1583,919 𝑘𝑁 61 Diagrama de Momento Fletor( D.M.F) 62 4. TRELIÇAS Esta aula foi ministrada no dia 09 de Abril de 2018, pelo Prof. Dr. Marcus Vinícius Cavalcanti, que tinha como tema proposto, estruturas chamadas de Treliças. Treliças - Estruturas reticuladas, ou seja, formadas por barras (em que uma direção é predominante) de eixo reto, ligadas por rótulas ou articulações (nós). As treliças surgiram como um sistema mais econômico que as vigas para vencerem vãos maiores ou suportar cargas maiores Quando submetidas a cargas aplicadas nos nós apenas, as barras estão submetidas somente a esforços axiais. Para que uma estrutura seja considerada uma treliça isostática é necessário que essa atenda algumas condições. A primeira é que os nós sejam indeslocáveis, outra condição é que o numero de equações de equilíbrio da estática seja igual ao numero de incógnitas. O número de incógnitas é dado pela soma do número de reações com o a quantidade de barras. Já o numero de equações é o resultado da multiplicação do numero de nós por dois, já que existe uma equação no eixo x e outra no y. Exemplo de treliça isostática: 63 Existem três reações externas uma em y e duas em x. Bem com onze barras e 7 nós. Então notasse 3+11=14 assim como 2x7=14. Para que se possa calcular os esforços em cada barra foram desenvolvidos alguns métodos. Um deles é Equilíbrio dos Nós, esse é o método lecionado no curso. Outro método que será abordado é o método de Ritter, que também é conhecido como método das seções. Equilíbrio dos nós Esse método consiste em se estudar o equilíbrio de cada nó isolado. Deve-se iniciar e prosseguir pelos nós que possuam apenas duas incógnitas à determinar(esforço normal de 2 barras).Aplicamos as equações de equilíbrio estático: Σ Fx = 0 Σ Fy = 0 Nota-se que se o nó tiver mais de duas barras à serem determinadas (2 incógnitas) 2 equações não bastam para a solução do sistema. Roteiro 1 - Calculo das reações externas (ou de apoio) 2 - Escolha do 1º nó a ser examinado 3 - Aplicação das equações de equilíbrio no nó escolhido 4 - Resolvido o primeiro nó, passasse ao segundo sempre com o cuidado de verificar se ela tem apenas duas incógnitas (2 barras à serem determinadas). Este método apresenta o problema de acumular os erros de cálculos que por acaso forem cometidos. MÉTODO DE RITTER Com esse método não é mais necessário que se calcule o esforço em todos os nós. Roteiro 64 1 - Calculo das reações externas (ou de apoio) 2 - Cortar a treliça por seções de Ritter que devem: Atravessar toda a treliça dividindo-a em 2 partes. Interceptar no máximo 3 barras que não sejam ao mesmo tempo paralelas ou concorrentes( Os esforços normais destas barras serão os calculados) Cortada a treliça em duas partes, substitui-se a parte retirada pelos esforços normais desenvolvidos pelas barras cortadas, que devem ser calculados, de maneira que as partes ficam em equilíbrio. Os esforços normais serão encontrados pelo equilíbrio das partes, podendo-se dispor além das equações fundamentais de equilíbrio estático, da condição de nó onde a soma dos momentos em qualquer nó da treliça deve ser zero, pois rótulas não absorvem momento. Exemplo de treliça resolvido pelo método das seções Calculo das reações de apoio: ∑Fy=R1+R2-4.5-18-4.5-10.8=0 R1+R2=37.8 ∑MB=18x3,6+4,5x7,2-R2x7,2+10,8x3,6=0 R2=18,9 R1+R2=37.8 65 R1=18.9 ∑Fx=0 Calculo do esforço normal: Seção 1(S1) ∑Fy=NBD x sen (ᵝ)-4.5+R1=0 NBD=30,23 ∑MB=NAC x 1.95=0 NAC=0 ∑Fx= NAC+NBC x cos(ᵝ)+NBD=0 NBD=26.58 Segunda seção (S2) ∑MD=-10.8x3,6+NDCx3,6=0 NDC=10.8 ∑FY=NAB+19.9+NBC x sem(ᵝ)+NDC=0 NAB=-4,5 Diagrama de esforço Normal 66 4.1. EXERCÍCIOS Exercício 01: Calcule os esforços nas barras da treliça, indicando no desenho o valor e natureza da força. Adote a= 2.0 m, b= 1.0 m, h= 4.0 m, P1= 150.0 KN e P2=120.0 KN. CÁLCULO DAS REAÇÕES DE APOIO: 67 ∑Fy =0 R1+R3=30+30+30 R1+R3=90 ∑Fx =0 R2+30-30+30 R2=-30 KN ∑M2=0 -R1x8-30x12+30x18+30x12+30x8-30x12=0 8R1=420 R1=52,5 KN ÂNGULOS CALCULADOS: Senα= 6/√52 Cosα= 4/√52 Senθ= 6/10= 0,6 Cosθ=8/10=0,8 EQUILÍBRIO DOS NÓS ∑Fx =0 F13cos α-30=0 F13= +54,083 (Tração) ∑Fy =0 F14+ 52,5+F13sen α=0 F14= - 97,500 (Compressão) 68 ∑Fx =0 F23cos α=0 F23= 0 ∑Fy =0 F25+37,5+F23sen α=0 F25= -37,5 (Compressão) ∑Fx =0 -F34cos α+ F35cos α -54,083cos α =0 F34cos α+F35cos α=30 ∑Fy =0 F34sen α+ F35 sen α=45 F34=0 F35=+54,083 (Tração) ∑Fx =0 30- F57cosθ-54,083cosα – F54=0 69 F54= -50 (Compressão) ∑Fy =0 37,5+F57senθ -30-54,083senα=0 F57= +62,500 (Tração) ∑Fx =0 -F46cos α+30 -50=0 F46= -36,055 (Compressão) ∑Fy =0 F46 sen α+F47+ 97,500=0 F47= -67,500 (Compressão) ∑Fx =0 -30+ F67 -20=0 F67= + 50 (Tração) ∑Fy =0 -30 +30=0 70 ∑Fx =0 -30+ 62,500cosθ =0 ∑Fy =0 -30 -62,500senθ 67,500 =0 71 Exercício 2: Calcule os esforços nas barras da treliça, indicando no desenho o valor da força axial e o tipo (compressão ou tração). Adote a=2,0m, b=3,0m, F1=30,0 KN e F2=20,0 KN. 72 Nó 1 ∑Fx=0 F12 − F15 √10 = 0 F12 = 20(tração) ∑Fy=0 3 F15 √10 + 60 = 0 F15 = −63,246(compressão) 73 Nó 6 Nó 5 ∑Fx=0 F64 √10 − F65 √10 = −30 F64=- 47,434(tração) ∑Fy=0 −3𝐹64 √10 − 3𝐹65 √10 = 0 𝐹65 = 47,434(𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜) ∑Fx=0 F54 + 63,246 √10 − 47,434 √10 + F52 √10 = 0 F54+F52=-5 F54=10(tração) ∑Fy=0 3F52 √10 + 3 ∗ 63,246 √10 − 3 ∗ 47,434 √10 = 0 F52 = 15,811(tração) 74 Nó 2 Nó 4 ∑Fx=0 10 + 20 − 47,434 √10 + 15,811 √10 + 𝐹43 √10 = 0 30 − 15 + 5 + 𝐹43 √10 = 0 F43=-63,246(tração) ∑Fx=0 F23 − 15,811 √10 − 15,811 √10 − 20 = 0 F23 = 30(tração) ∑Fy=0 −3 ∗ 15,811 √10 + 3 ∗ 𝐹24 √10 = 0 3 ∗ 𝐹24 √10 = 15 F24=-15,811(Compressão) 75 Nó 3 Exercício 03: Calcule os esforços nas barras da treliça, indicando no desenho o valor e a natureza das forças. Adote a = 2,0 m, b = 3,0 m, h = 7,0 m, P1 = 50,0 KN, P2 = 120,0 KN. ∑Fx=0 50 − 30 − 63,246 √10 = 0 0 = 0 ∑Fy=0 −60 + 3 ∗ 63,246 √10 = 0 0 = 0 76 Reação de apoio ∑Fy = 0 R1=120KN ∑Fx=0 50+ R2+ 120+ R3= 0 R2+ R3= -170 ∑M=0 -120×4,2 -120×3 - 7×R3= 0 R3= -123,429KN Retomando a equação R2+ R3= -170 R2+ (-123,429) = -170 R2= -46,571KN Cálculo dos ângulos α = tan−1 ( 2 7 ) = 15,945 β = tan−1 ( 7 5 ) = 54,462 77 CÁLCULO DOS NÓS NÓ 1 F51 = 0 F21= -50 NÓ 3 F43.sin β = 120 F43= 147,468 F43.cos β + F23= 0 F23= -147,468.cos β F23= -85,714 78 NÓ 4 F54.cos β = 120 + 85,714 F54 = 353,924 F54.sin β= F24 + 120 F24 = 168 NÓ 5 F45. cos β+ F25. sin α= 123,429 F45. sin β+ F25.cos α = 0 Resolvendo o sistema F25 = -299,525 F45= 353,925 79 Exercício 04: Calcule os esforços nas barras da treliça, indicando o valor da força axial e o tipo (compressão ou tração). 80 Resolução: α = arctg (0,5/1) = 26,565° Determinação das reações de apoio: ΣFx = −12 − 10 + R1 + R2 = 0 R1 + R2 = 22 kN ΣFy = R3 + 10 = 0 R3 = 10 kN ΣMA = −10 ∗ 1 − 4 ∗ 1 − 5 ∗ 2 − 4 ∗ 3 − 5 ∗ 4 + 4 ∗ R2 = 0 R2 = 14 kN R1 = 8 kN Cálculo dos esforços nas barras: 81 Nó 1: ΣFx = −10 + F1−3 ∗ cos α = 0 F1−3 = 11,180 kN ΣFy = +8 + F1−3 ∗ sen α + F1−2 = 0 F1−2 = −13 kN Nó 12: ΣFx = F12−11 + 10 = 0 F12−11 = −10 kN ΣFy = −F12−2 − 4 = 0 F12−2 = −4 kN Nó 2: 82 𝛴𝐹𝑥 = F2−3 + F2−11 ∗ cos α = 0 F2−3 = 18 kN ΣFy = −4 + 13 + F2−11 ∗ sen α = 0 F2−11 = −20,125 kN Nó 3: ΣFx = F3−4 − 18 − 11,180 ∗ cos α = 0 F3−4 = 28 kN ΣFy = F3−11 − 11,180 ∗ sen α = 0 F3−11 = 5 kN Nó 11: 83 𝛴𝐹𝑥 = +10 + 𝐹11−10 + 𝐹11−4 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼 + 20,125 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼 = 0 𝐹11−10 = −28 𝑘𝑁 𝛴𝐹𝑦 = −4 − 5 + 20,125 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝛼 − 𝐹11−4 ∗ 𝑠𝑒𝑛 𝛼 = 0 𝐹11−4 = 0 𝑘𝑁 Nó 10: ΣFx = −5 + F10−4 = 0 F10−4 = 5 kN ΣFy = 28 − F10−9 = 0 F10−9 = 28 kN 84 Nó 8: ΣFx = −F8−9 = 0 F8−9 = 0 kN ΣFy = −5 + F8−7 = 0 F8−7 = 5 kN Nó 9: ΣFx = 28 − 11,180 ∗ cos α + F9−7 ∗ cos α = 0 F9−7 = −20,125 kN ΣFy = −4 + F9−5 − 11,180 ∗ sen α − (−20,125) ∗ sen α = 0 F9−5 = 0 kN 85 Nó 4: ΣFy = −5 + F4−9 ∗ sen α = 0 F4−9 = 11,180 kN ΣFx = F4−5 + F4−9 ∗ cos α − 28 = 0 F4−5 = 18 kN Nó 5: ΣFy = F5−6 ∗ sen α = 0 F5−6 = 0 kN ΣFx = F5−7 − F5−6 ∗ cos α − 18 = 0 F5−7 = 18 kN 86 Nó 7: ΣFx = F7−6 − 5 − 20,125 ∗ sen α = 0 F7−6 = 14 kN 87 5. GRELHAS Esta aula foi ministrada no dia 23 de Abril de 2018, pelo Prof. Dr. Marcus Vinícius Cavalcanti, que tinha como tema proposto, estruturas chamadas de Grelhas. Definições: São duas ou mais barras reticuladas que recebem carregamentos na direção ortogonal ao plano das barras. Grelha é uma estrutura reticulada plana submetida a carregamentos perpendiculares ao seu plano. Na construção civil, este tipo de sistema estrutural é composto por um sistema de vigas, perpendiculares ou não entre si, que se interceptam, estando interligadas nos pontos de interseção (SET 403, 1998). Figura 8: Grelha com malha quadrada e oblíqua Fonte: (Engel, 1981) A vantagem deste sistema composto por vigas que são interligadas entre si, está no funcionamento conjunto de todos os elementos resistentes para qualquer posição de carregamento. Figura 9: Reações e deslocamentos em grelha retangular Fonte: (SET 403, 1998) Observa-se na figura acima que uma parcela maior da carga concentrada “P” é transmitida dos apoios pela viga de menor vão, em contrapartida uma parcela menor é 88 transmitida na direção do maior vão. A viga mais rígida, (mais curta), será mais solicitada em comparação com a viga mais flexível, (mais longa). A interligação rígida nos pontos de interseção entre as vigas, introduz um giro na seção transversal, conforme pode ser observado na imagem abaixo. Quando uma das vigas sofre flexão, a viga interligada sofre um efeito de torção. Logo, as barras de uma grelha estão submetidas a esforços cortantes (V), momentos fletores (M) e momentos torsores (T). Figura 10: Inversão de curvatura nas barras de uma grelha Fonte: (SET 403, 1998) Se a grelha está situada no plano xz e o carregamento possui a direção y, as equações de equilíbrio da estática são: Σ Fy = 0 , Σ Mx = 0 , Σ Mz = 0. Figura 11 : Notação para as equações de Equilíbrio. Fonte: Autores,2018 Uma grelha só será isostática quando estiver restringida e houver apenas 3 incógnitas a determinar. Caso a grelha seja tri apoiada, os três apoios não devem estar situados sobre uma mesma reta. Se isso ocorrer, a grelha não está restringida e é hipostática. No caso geral de uma estrutura submetida a um carregamento com componentes perpendiculares e paralelos ao seu plano (carga oblíqua), a análise será feita em 89 separado para a decomposição do carregamento segundo o plano e perpendicular ao plano da estrutura (decomposição das forças). Esse tipo de estrutura tem que ser projetada para resistir a todas as solicitações atuantes, os chamados esforços internos. Estes esforços já são conhecidos, como o momento fletor, esforço cortante e agora um novo esforço chamado torsor. O Momento Torsor representa a soma algébrica dos momentos gerados por cargas contidas ou que possuam componentes no plano YZ, perpendicular ao eixo X. Produzindo esforço que tende a fazer girar a seção em torno do eixo longitudinal, provocando tensões de cisalhamento. Figura 12: Representação do momento Torsor em torno da barra no eixo X. Fonte: Fec.unicamp. APLICAÇÕES Para se obter os diagramas solicitantes para a grelha, cujas barras formam em todos os nós ângulos retos, devemos analisar, por exemplo, pelo método direto, cada barra, levando-se em consideração os seus pontos de transição e em cada nó fazermos a conversão das solicitações devido a mudança de direção. O momento fletor que atua em uma determinada barra, fará o efeito de torsor em uma barra perpendicular a citada e vice-versa. 5.1. EXERCÍCIOS Exercício 01: 90 Obtenha os diagramas de momento fletor, momento torsor e esforço cortante para a grelha apresentada na abaixo. Admita, Q1= 20.0, Q2= 140.0 , Q3= 10.0, F1= 30.0 e F2=120.0. CÁLCULO DAS REAÇÕES DE APOIO ∑Fy =0 R1+R2+R3=20x2+10x1+10x1+140x2+140x2+30+120 R1+R2+R3=770 ∑Mz =0 91 +10x1x0,5+140x4x1+20x2x2+10x1x0,5 –R1x3=0 3R1=650 R1=216,667 KN ∑Mx =0 -10x1x4 -140x4x2+4R2 -20x2x2+R1x2- 30x4=0 -4R2= -926,666 R2= 231,667 KN Logo: R3= 321,666 KN EQUILÍBRIO DAS BARRAS: ∑Fy =0 321,666-120-10x1 = 191,666 - 191,666=0 ∑Mz =0 M2+201,666x1-10x1x0,5=0 M2= -196,666 KN.m 92 ∑Fy =0 191,666-140x2= -88,334 +88,334=0 ∑Mz =0 M2+191,666x2-140x2x1=0 M2= -103,332 KN.m ∑Fy =0 201,667-30-10x1=191,667 -191,667 =0 ∑Mz =0 M5+201,667x1 -10x1x0,5=0 M2= -196,667 KN.m 93 ∑Fy =0 191,667 -140x2x1= -88,333 +88,333 =0 ∑Mz =0 M5 -191,667x2 +140x2x1=0 M2= 103,334 KN.m ∑Fy =0 -176,668 - 20x2+216,667=0 ∑Mx =0 ∑Mz =0 -176,668x2-20x2x1- 393,332 =0 94 CÁLCULO DO ESFORÇO CORTANTE Barra 1-2 QAantes=0 QAdepois= - 191,666 QBantes=- 196,666 -10 = -201,666 QBdepois= -201,666 + 201,666=0 Barra 2-3 QAantes=0 QAdepois=+88,334 QBantes=+88,334 – 140x2= -191,666 QBdepois= -191,666 +191,666=0 Barra 6-5 QAantes=0 QAdepois=-191,666 QBantes=-191,666 -10= -201,666 QBdepois= -201,666 +201,666=0 Barra 5-3 QAantes=0 QAdepois= +191,666 QBantes=+191,666 -140x2= -88,333 QBdepois= -88,333 +88,333=0 Barra 4-3 QAantes=0 QAdepois= +216,667 QBantes=+216,667 – 20x2= 176,667 QBdepois= 176,667 – 176,667=0 CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR: Barra 1-2 MFA=+ 196,666 KN.m MFB= +196,666 -191,666x0,5 -10x0,5x0,25 = 99,583 KN.m MFC= 0 Barra 2-3 MFA=+ 103,332 KN.m MFB= +103,332 +88,334x1- 140x1x0,5= 121,666 KN.m MFC= 0 Barra 6-5 MFA=+ 196,667 KN.m MFB= +196,667-191,667x0,5-10x0,5x0,25= 99,583 KN.m MFC= 0 95 Barra 5-3 MFA=0 MFB= 191,667x1 - 140x1x0,5= 121,667 KN.m MFC= +103,334 KN.m Barra 4-3 MFA=0 MFB= 216,667x1-20x1x0,5= 206,667 KN.m MFC= +393,332 KN 32 94 Diagrama do Momento Torsor (D.M.T) Diagrama do Esforço Cortante (D.E.C) 34 95 Diagrama do Momento Fletor (D.M.F) Exercício 02: Obtenha os diagramas de momento fletor, momento torsor e esforço cortante para a grelha apresentada na abaixo. Admita, a= 3.0 m,Q= 40.0 e F=120.0. 32 96 ∑ Fy = 0 R1 + R2 + R3 = 120 + 120 + 120 + 40 ∗ 3 ∗ 5 R1 + R2 + R3 = 960 R1 + R3 = 960 − 60 R1 + R3 = 900 R1 = 900 − 90 R1 = 810 KN ∑ Mz = 0 40 ∗ 3 ∗ 1,5 + 40 ∗ 3 ∗ 1,5 + 120 ∗ 3 − 120 ∗ 3 − 120 ∗ 3 − 40 ∗ 3 ∗ 1,5 + 3R2 = 0 −3R2 = −180 R2 = 60KN ∑ Mx = 0 −40 ∗ 3 ∗ 3 − 120 ∗ 6 − 120 ∗ 3 − 40 ∗ 3 ∗ 6 − 40 ∗ 3 ∗ (1,5 + 3) − 40 ∗ 3 ∗ (1,5 + 6) 3R1 + 6R2 + 9R3 = 0 −3R1 − 9R3 = 3240 R3 = 90KN Barra 1-2 M2 + 40 ∗ 3 ∗ 1,5 = 0 M2 = −180 34 97 Barra 2-3 M2 − 120 ∗ 3 = 0 M2 = 360 Barra 2-4 M4 + 240 ∗ 3 = 0 M2 = −720 Barra 6-4 M4 + 40 ∗ 3 ∗ 1,5 = 0 M2 = −180 34 98 Barra 4-5 M4 − 120 ∗ 3 = 0 M2 = 360 Barra 7-10 M7 − 40 ∗ 3 ∗ 1,5 + 90 ∗ 3 = 0 M7 = −90 Barra 9-7 M7 + 120 ∗ 3 = 0 M7 = −360 34 99 Diagrama de Esforço Torsor (D.E.T) Barra 4-7 MZ = 360 − 360 = 0 Fy = 0 ∑ Mx = 0 720 − 330 ∗ 3 + 40 ∗ 3 ∗ 1,5 + 90 = 0 Barra 7-8 M7 + 60 ∗ 3 − 40 ∗ 3 ∗ 1,5 = 0 M7 = 0 34 100 CÁLCULO DO ESFORÇO CORTANTE: Barra 1-2 Antes=0 Depois=0 Antes=-40*3=-120 Depois=-120+120=0 Barra 2-3 Antes=-40*3=-120 Depois=-120+120=0 Antes=120 Depois=+120-120=0 Barra 2-4 Antes=0 Depois=-240 Antes=-240 Depois=-240+240=0 Barra 6-4 Antes=0 Depois=0 Antes=-40*3=-120 Depois=-120+120=0 Barra 4-5 Antes=0 Depois=+120 Antes=120 Depois=+120-120=0 Barra 4-7 Antes=0 Depois=330 Antes=330-40*3=210 Depois=210-210=0 Barra 7-10 Antes=0 Depois=30 Antes=30-40*3=-90 Depois=-90+90=0 Barra 9-7 Antes=0 Depois=-120 Antes=-120 Depois=-120+120=0 Barra 7-8 Antes=0 A B A B A B A B A B A B A B A B A 34 101 Depois=60 Antes=60-40*3=-60 Depois=-60+60=0 Diagrama do Esforço Cortante (D.E.C) CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR Barra 1-2 A=0 B=-40*1,5*0,75=-45 C=-180 Barra 2-3 A=-360 B=-360+120*1,5=-180 C=0 Barra 2-4 A=0 B=-240*1,5=-360 C=-720 Barra 6-4 A=0 B 34 102 B=-40*1,5*0,75=-45 C=-180 Barra 4-5 A=-360 B=-360+120*1,5=-180 C=0 Barra 7-10 A=90 B=90+30*1,5-40*1,5*0,75=90 C=0 Barra 9-7 A=0 B=-120*1,5*=-180 C=-360 Barra 7-8 A=0 B=60*1,5-40*1,5*0,75=45 C=0 Barra 4-7 A=-720 B=-720+330*1,5-40*1,5*0,75=-270 C=+90 Diagrama do Momento Fletor (D.M.F) 34 103 Exercício 03: Obtenha os diagramas de momento fletor, momento torsor e esforço cortante para a grelha apresentada na figura abaixo. Admita, Q = 20,0 KN/m e A = 2,0 m. Reação de apoio ∑𝐹𝑦 = 0 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 = 20.2.5 = 200 ∑𝑀𝑥 = 0 -(20.2)×1 - (20.2)×1 + (20.2)×1 - 𝑅2×2 = 0 𝑅2 = -20 ∑𝑀𝑧 = 0 +(20.2)×1 + (20.2)×3 + (20.2)×2 + (20.2)×4 + (20.2)×6 -𝑅2×2 - 𝑅1×4 = 0 Sendo 𝑅2 = -20 𝑅1 = 170 Resolvendo a equação: 𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 = 200 𝑅3 = 50 EQUILÍBRIO DAS BARRAS De acordo com as equações ∑𝐹𝑦 = 0 ∑𝑀𝑥 = 0 ∑𝑀𝑧 = 0 34 104 Barra 5,1 Fy = -40 Mx = +(20.2)×1 = 40 Mz = 0 Barra 6,2 Fy = -40 Mx = +(20.2)×1 = 40 Mz = 0 34 105 Barra 7,3 Fy = -60 Mx = +(20.2)×1 -20×2 = -80 Mz = 0 Barra 4,3 Fy = 10 Mz = = -(20.2)×1 + 50×2 = 60 Mx = 0 34 106 Barra 1,2 Fy = -40 Mz = +40 Mx = +40×2 = +80 Barra 2,3 Verificando o momento em z ∑𝑀𝑥 = 0 𝑀𝑧 = +80 -90×2 +20× = -60 32 107 Diagrama do Momento Torsor(D.M.T) Diagrama do Esforço Cortante (D.E.C) Diagrama do Momento Fletor (D.M.F). 34 108 Exercício 04: Obtenha os diagramas de momento fletor, momento torsor e esforço cortante para a grelha apresentada na figura a seguir. Resolução: 34 109 Reações de Apoio: ΣFy = 0 R1 = (10 ∗ 3) ∗ 2 + 30 ∗ 3 + (10 ∗ 2) ∗ 2 + 20 ∗ 2 + 20 R1 = 250 kN ΣMz = 0 Mz − 20 ∗ 2 ∗ 1 + 10 ∗ 2 ∗ 1 − 10 ∗ 2 ∗ 1 − 20 ∗ 2 = 0 Mz = 80 kN ∗ m ΣMx = 0 Mx − 10 ∗ 3 ∗ 1,5 − 10 ∗ 3 ∗ (1,5 + 3) − 30 ∗ 3 ∗ (1,5 + 6) − 10 ∗ 2 ∗ 6 − 20 ∗ 2 ∗ 3 − 10 ∗ 2 ∗ 9 − 20 ∗ 6 = 0 Mx = 1395 kN ∗ m Equilíbrio das Barras: Barra 1-2: Mx + 1395 − 250 ∗ 3 + 10 ∗ 3 ∗ 1,5 = 0 34 110 Mx = −690 kN ∗ m Barra 2-3: Mz − 20 ∗ 2 ∗ 1 = 0 Mz = +40 kN ∗ m Barra 8-7: Mx + 20 ∗ 3 = 0 Mz = −60 kN ∗ m 34 111 Barra 6-7: Mz − 20 ∗ 2 − 10 ∗ 2 ∗ 1 = 0 Mz = +60 kN ∗ m Barra 5-6: Mx + 60 − 40 ∗ 3 − 30 ∗ 3 ∗ 1,5 = 0 Mx = +195 kN ∗ m 34 112 Barra 4-5: Mz + 10 ∗ 2 ∗ 1 = 0 Mx = −20 kN ∗ m Barra 2-5: 𝛴𝑀𝑧 = 40 − 40 = 0 𝛴𝐹𝑦 = 180 − 10 ∗ 3 − 150 = 0 𝛴𝑀𝑥 = 690 − 180 ∗ 3 + 10 ∗ 3 ∗ 1,5 = 0 Diagrama de Momento Torsor (D.M.T) 34 113 CÁLCULO DO ESFORÇO CORTANTE: Barra 1-2: QA Antes = 0 QA Depois = +250 QB Antes = 220 QB Depois = 0 Barra 2-3: QA Antes = 0 QA Depois = +40 QB Antes = 0 QB Depois = 0 Barra 8-7: QA Antes = 0 QA Depois = -20 QB Antes = -20 QB Depois = 0 Barra 6-7: QA Antes = 0 QA Depois = +40 QB Antes = +20 QB Depois = 0 Barra 5-6: QA Antes = 0 QA Depois = +130 QB Antes = +40 QB Depois = 0 Barra 4-5: 34 114 QA Antes = 0 QA Depois = 0 QB Antes = -20 QB Depois = 0 Barra 2-5: QA Antes = 0 QA Depois = +180 QB Antes = +150 QB Depois = 0 Diagrama de Esforço Cortante (D.E.C) CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR: Barra 1-2: A = -1395 kN*M B = -1395 + 250*1,5 – 10*1,5*0,75 = -1031,250 kN*M C = - 690 kN*M Barra 2-3: A = -40 kN*M B = -40 + 40*1 – 20*1*0,5 = -10 kN*M C = 0 34 115 Barra 8-7: A = 0 C = - 60 kN*M Barra 6-7: A = -60 kN*M B = -60 + 40*1 – 10*1*0,5 = -25 kN*M C = 0 Barra 5-6: A = -195 kN*M B = -195 + 130*1,5 – 30*1,5*0,75 = -33,75 kN*M C = +60 kN*M Barra 4-5: A = 0 B = -10*1*0,5 = -5 kN*M C = - 20 kN*M Barra 2-5: A = -690 kN*M B = -690 + 180*1,5 – 10*1,5*0,75= -431,250 kN*M C = -195 kN*M Diagrama de Momento Fletor (D.M.F) 34 116 6. LINHA DE INFLUÊNCIA Esta aula foi ministrada no dia 07 de maio de 2018, pelo Prof. Dr. Marcus Vinícius Cavalcanti, que tinha como tema proposto as Linhas de Influência. Estruturas de pontes rodoviárias, ferroviárias ou pórticos industriais tem suas estruturas solicitadas por cargas móveis. Nessas estruturas, os esforços internos variam com a magnitude das cargas aplicadas e com a posição de atuação dessas cargas. Por tanto, projetos de vigas estruturais de vigas de pontes, por exemplo, envolve a determinação das posições das cargas móveis que produzem valores extremos dos esforços nas seções ao longo da viga. O procedimento utilizado para determinar as posições de cargas móveis que provocam valores extremos de um determinado esforço em uma seção de uma estrutura é denominado Linhas de Influência. Linhas de Influência caracterizam a variação das reações de apoio, esforço cortante e momento fletor em uma determinada seção do elemento estrutural em função da posição da carga que percorre a estrutura. Em outras palavras, “é o lugar geométrico dos pontos que representam um efeito estrutural em uma seção fixa em função de uma solicitação móvel” (CAVALCANTTI, 2018) Exemplo: A carga P percorre a viga, movendo-se sobre cada uma das seções espaçadas entre si 1,0 m, como mostra a figura a seguir. FIGURA 13: EXEMPLO DE CARGA PONTUAL SOBRE VIGA 34 117 Considerando o P = 10kN, podemos obter os valores das reações de apoio, dos momentos fletores e os esforços cortantes sobre ponto A localizado no centro da viga. Tabela 01: Tabela de resoluções do exemplo. Seção posição (m) R1 (kn) R2 (kN) MA (kn) QA (kn) 34 118 1 0 15,0 -5,0 -10,0 5,0 2 1 12,5 -2,5 -5,0 2,5 3 2 10,0 0,0 0,0 0 4 3 7,5 2,5 5,0 -2,5 5 4 5,0 5,0 10,0 +5 / -5 6 5 2,5 7,5 5,0 +2,5 7 6 0,0 10,0 0,0 0,0 8 7 -2,5 12,5 -5,0 -2,5 9 8 -5,0 15,0 -10,0 -5,0 Fonte: Autores, 2018. Os diagramas dos Limites de Influencia são apresentados a seguir. Linha de Influência da Reação de Apoio R1 (LIR1) Figura 14: Diagrama de Linha de Influência da Reação de Apoio R1 A amplitude do valor da reação de apoio é de 20 kN (Amplitude = +15 – (-5) = +20 kN). 34 119 Linha de Influência do Momento Fletor em A (LIMFA) Figura 15: Diagrama de Linha de Influência do Momento Fletor no Ponto A A amplitude do valor do momento fletor em A é de 20 kN*m (Amplitude = +10 – (- 10) = + 20 kN*m). Linha de Influência do Esforço Cortante em A (LIQA) Figura 16: Diagrama de Linha de Influência do Esforço Cortante em A A amplitude do valor do esforço cortante em A é de 10 kN (Amplitude = +5 – (-5) = + 10 kN*m). 34 120 Trem-Tipo: Suponhamos uma estrutura de um viaduto onde transitam veículos de diferentes portes e diferentes cargas. Por estarem em movimento, estas cargas também se movimentam pela estrutura. Desses veículos, o peso e a distância entre os eixos são conhecidas. Baseados nesses valores conhecidos, existem normas técnicas que estabelecem os parâmetros e especificações de cálculo. Para essa situação, tem-se aplicado os princípios do “Trem-Tipo”, que segue os mesmos passos de cálculo para cargas pontuais, mas agora analisa-se a carga do veículo em transição pela estrutura. Figura 17: Exemplo Modelo de Trem-Tipo Nessa unidade serão apresentados exercícios resolvidos de Trem-tipo. 6.1. EXERCÍCIOS Exercício 01: Esboce a Linha de Influência da reação de apoio R1, da reação R2 e do momento fletor na seção S, indicados na figura. Adote a= 3.0 m, P= 2 .0 m, Q= 6.0 KN/m. 34 121 Resolução: CÁLCULO DAS REAÇÕES DE APOIO SEÇÃO 1 R1 + R2= 20 -R1x6 – 6x3x1,5 +2x6=0 6R1= -15 R1= -2,5 KN ; logo R2= 22,5KN SEÇÃO 2 R1 + R2= 20 -R1x6 +2x4,5-6x3x1,5=0 6R1= -18 R1= -3 KN ; logo R2= 23 KN SEÇÃO 3 R1 + R2= 20 -R1x6 +2x3-6x3x1,5=0 6R1= -21 R1= -3,5 KN ; logo R2= 23,5KN SEÇÃO 4 R1 + R2= 20 -R1x6 +2x1,5 - 6x3x1,5=0 6R1= -24 R1= -4 KN ; logo R2= 24 KN SEÇÃO 5 R1 + R2= 20 -R1x6 - 6x3x1,5=0 6R1= -27 R1= -4,5 KN ; logo R2= 15,5 KN SEÇÃO 6 R1 + R2= 20 -R1x6 -2x1,5 - 6x3x1,5=0 6R1= -30 R1= -5 KN ; logo R2= 25 KN SEÇÃO 7 34 122 R1 + R2= 20 -R1x6 - 2x3-6x3x1,5=0 6R1= -33 R1= -5,5 KN ; logo R2= 25,5KN CÁLCULO DO MOMENTO FLETOR: Mf(1)= -2,5x3 -2x3= -13,5 KN.m Mf(2)= -3x3 -2x1,5= -12 KN.m Mf(3)= -3,5x3 = -10,5 KN.m Mf(4)= -4x3= -12 KN.m Mf(5)= -4,5x3= -13,5 KN.m Mf(6)= -5x3= -15 KN.m Mf(7)= -5,5x3= -16,5 KN.m Tabela 02: Tabela de resoluções. Seção R1 (KN) R2 (KN) Mf S (KN.m) 1 -2,5 22,5 -13,5 2 -3 23 -12 3 -3,5 23,5 -10,5 4 -4 24 -12 5 -4,5 24,5 -13,5 6 -5 25 -15 7 -5,5 25,5 -16,5 Fonte: Autores, 2018. 32 123 Linha de Influência da Reação R1 (LIR1) Linha de Influência da Reação R2 (LIR2) 34 124 Linha de Influência da Seção S (LIMF(S)) Exercício 02: Esboce a Linha de Influência da reação de apoio R1, do momento fletor na seção A, e do esforço cortante na seção A, indicados na figura. Adote a= 2.0 m, P= 160.0 m, Q= 60.0 KN/m. Tabela 03: Tabela de resoluções 34 125 Seção R1 R2 MFA QA 1 -10R1+160*16=0 10R1=2560 R1=256 96 -96*10=-960 96 2 -10R1+160*14+160*16+60*2*(1+14) =0 10R1=6600 R1=660 - 220 -220*10=-2200 220 3 -10R1+160*12+60*2*(1+2) +160*14=0 10R1=5720 R1=572 - 132 -132*10=-1320 132 4 -10*R1+160*12+60*2*(1+10) +160*10=0 10R1=4840 R1=484 -44 -44*10=-440 Antes=-280 Depois=44 5 -10R1+160*8+160*10+60*2*(1+8) =0 10 R1=3960 R1=396 44 -160*2- 60*2*1+44*10=0 Antes=0 Depois=-324 6 -10R1+160*6+160*8+60*2*(1+6) =0 10R1=3080 R1=308 132 0 308 7 -10R1+160*6+160*4+60*2(1+4) =0 10R1=2200 R1=220 220 0 220 8 -10R1+160*2+160*4+60*2(1+2)=0 10R1=1320 R1=132 308 0 132 9 -10R1+160*2+60*2*1=0 10R1=440 R1=44 396 0 44 Fonte: Autores,2018. Linha de Influência da Reação R1 (LIR1) 34 126 Linha de Influência do Momento Fletor em A (LIMFA) Linha de Influência do Esforço Cortante em A (LIQA) 34 127 Exercício 03: Desenhe as linhas de influência do momento fletor e esforço cortante no ponto A. Adote a = 1.0m, Q = 241.0KN/m e P = 120.0KN use como intervalo de análise 1.0m e obtenha os valores das linhas de influência até o carregamento sair totalmente da viga. 32 128 SEÇÃO 1 R1+ R2 = 120 ∑M4 = 0 M4 = 120×3 + 6. R2 = 0 R2= -60KN R1 = 180KN QA = +60KN MFA= -60×3 = -180KN.M SEÇÃO 2 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 M4 = 120×3 + (240.1)×2,5 +120×2 + 6. R2 = 0 R2= -200KN R1 = 680KN QA = +200KN MFA= -200×3 = -600KN.M SEÇÃO 3 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 M4 = 120×2 + (240.1)×1,5 +120×1 + 6. R2 = 0 R2= -120KN R1 = 600KN QA = +120KN MFA= -120×3 = -360KN.M SEÇÃO 4 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 M4 = 120×1 + (240.1)×0,5 + 6. R2 = 0 R2= -40KN R1 = 520K QA = +40KN MFA= -40×3 = -120KN.M SEÇÃO 5 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 M4 = -(240.1)×0,5 -120×1 + 6. R2 = 0 R2= 40KN R1 = 440KN QA = -40KN MFA = 40×3 = 120KN.M 32 129 SEÇÃO 6 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 M4 = -120×1 -(240.1)×1,5 -120×2 + 6. R2 = 0 R2= 120KN R1 = 360KN QA = -120KN MFA= 120×3 = 360KN.M SEÇÃO 7 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 M4 = -120×2 -(240.1)×2,5 -120×3 + 6. R2 = 0 R2= 200KN R1 = 280KN QA1 = -80KN QA2 = -200KN MFA= 200×3 = 600KN.M SEÇÃO 8 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 M4 = -120×3 -(240.1)×3,5 -120×4 + 6. R2 = 0 R2= 280KN R1 = 200KNQA1 = 200KN QA2 = 80KN MFA= 200×3 = 600KN.M SEÇÃO 9 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 M4 = -120×4 -(240.1)×4,5 -120×5 + 6. R2 = 0 R2= 360KN R1 = 120KN QA = 120KN MFA= 120×3 = 360KN.M SEÇÃO 10 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 34 130 M4 = -120×5 -(240.1)×5,5 -120×6 + 6. R2 = 0 R2= 440KN R1 = 40KN QA = 40KN MFA= 40×3 = 120KN.M SEÇÃO 11 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 M4 = -120×6 -(240.1)×6,5 -120×7 + 6. R2 = 0 R2= 520KN R1 = -40KN QA = -40KN MFA= -40×3 = -120KN.M SEÇÃO 12 R1+ R2 = 2.120 + 240.1= 480 ∑M4 = 0 M4 = -120×7 -(240.1)×7,5 -120×8 + 6. R2 = 0 R2= 600KN R1 = -120KN QA = -120KN MFA= -120×3 = -360KN.M SEÇÃO 13 R1+ R2 = 120 ∑M4 = 0 M4 = -120×8 + 6. R2 = 0 R2= 160KN R1 = -40KN 32 131 QA = -40KN MFA= -40×3 = -120KN.M Linha de Influência do Momento Fletor em A (LIMFA) Linha de Influência do Esforço Cortante em A (LIQA) Exercício 04: 34 132 Desenhe as linhas de influência do momento fletor e esforço cortante no ponto A. use como intervalo de análise 1,0 m e obtenha os valores das linhas de influência até o carregamento sair totalmente da viga. Resposta: SEÇÃO 1: R1 + R2 = 100 -6*R1+100*8 = 0 6*R1 = 800 R1 = 133,333 kN; R2 = -33,333 kN MFA = -99,999 kN*m QA = +33,333 Kn SEÇÃO 2: R1 + R2 = 240 -6*R1 + 100*7 + 120*8 + 20*1*(0,5+7)= 0 6*R1 = 1810 R1 = 301,667 kN; R2 = -61,667 kN 34 133 MFA = -185 kN*m QA = +61,667 KN SEÇÃO 3: R1 + R2 = 290 -6*R1 + 100*6 + 120*7 + 50*1*7,5 + 20*1*6,5 = 0 6*R1 = 1945 R1 = 324,167 kN; R2 = -34,167 kN MFA = -102,501 kN*m QA = +34,167 kN SEÇÃO 4: R1 + R2 = 490 -6*R1 + 100*5 + 120*6 + 150*8 + 50*2*(1+6) + 20*1*(0,5+5)= 0 6*R1 = 3230 R1 = 538,333 kN; R2 = -48,333 kN MFA = -145 kN*m QA = +48,333 kN SEÇÃO 5: R1 + R2 = 490 -6*R1 + 100*4 + 120*5 + 150*7 + 50*2*(1+5) + 20*1*(0,5+4) = 0 6*R1 = 2740 R1 = 456,667 kN; R2 = +33,333 kN MFA = +100 kN*m QA = -33,333 kN SEÇÃO 6: R1 + R2 = 490 -6*R1 + 100*3 + 120*4 + 150*6 + 50*2*(1+4) + 20*1*(0,5+3) = 0 6*R1 = 2250 R1 = 375 kN; R2 = 115 kN 34 134 MFA = +345 kN*m QA Antes = -15 kN QA Depois = -115 kN SEÇÃO 7: R1 + R2 = 490 -6*R1 + 100*2 + 120*3 + 150*5 + 50*2*(1 + 3) + 20*1*(0,5 + 2) = 0 6*R1 = 1760 R1 = 293,333 kN; R2 = 196,667 kN MFA = +480,001 kN*m QA Antes = +43,333 kN QA Depois = -76,667 kN SEÇÃO 8: R1 + R2 = 490 -6*R1 + 100*1 + 120*2 + 150*4 + 50*2*(1 + 2) + 20*1*(0,5 + 1) = 0 6*R1 = 1270 R1 = 211,667 kN; R2 = 278,333 kN MFA = +460,001 kN*m QA Antes = +11,667 kN QA Depois = +11,667 kN SEÇÃO 9: R1 + R2 = 490 -6*R1 + 120*1+ 150*3 + 50*2*(1+1) + 20*1*0,5 = 0 6*R1 = 780 R1 = 130 kN; R2 = 360 kN MFA = +390 kN*m QA Antes = +130 kN QA Depois = -20 kN 34 135 SEÇÃO 10: R1 + R2 = 490 -6*R1 + 150*2 + 50*2*1 + 20*1*0,5 – 100*1 = 0 6*R1 = 290 R1 = 48,333 kN; R2 = 441,667 kN MFA = +144,999 kN*m QA Antes = +48,333 kN QA Depois = +48,333 kN SEÇÃO 11: R1 + R2 = 490 -6*R1 + 150*1 + 50*2*0,5 – 50*1*0,5 – 120*1 – 100*2 – 20*1*1,5 = 0 6*R1 = -200 R1 = -33,333 kN; R2 = 523,333 kN MFA = -99,999 kN*m QA Antes = -33,333 kN QA Depois = -33,333 kN SEÇÃO 12: R1 + R2 = 370 -6*R1 – 50*2*1 – 120*2= 0 6*R1 = -340 R1 = -56,667 kN; R2 = 426,667 kN MFA = -170,001 kN*m QA Antes = -56,667 kN QA Depois = -56,667 kN SEÇÃO 13: R1 + R2 = 200 -6*R1 - 150*1 -50*1*1,5 = 0 6*R1 = -225 R1 = -37,500 kN; R2 = 237,500 kN MFA = -112,5 kN*m 34 136 QA Antes = -37,5 kN QA Depois = -37,5 kN SEÇÃO 14: R1 + R2 = 150 -6*R1 + 150*2 = 0 6*R1 = -300 R1 = -50,000 kN; R2 = 200,000 kN MFA = -150 kN*m QA Antes = -50 kN QA Depois = -50 kN Tabela 04: Tabela de resoluções Seção R1 (kN) R2 (kn) MF (kn*m) QA Antes (kn) QA Antes (kn) 1 133,333 -33,333 -99,999 +33,333 +33,333 2 301,667 -61,667 -185,000 +61,667 +61,667 3 324,167 -34,167 -102,501 +34,167 +34,167 4 538,333 -48,333 -145,000 +48,333 +48,333 5 456,667 33,333 +100,000 -33,333 -33,333 6 375,000 115,000 +345,000 -15,000 -115,000 7 293,333 196,667 +480,001 +43,333 -76,667 8 211,667 278,333 +460,001 +11,667 +11,667 9 130,000 360,000 +390,000 +130,000 -20,000 10 48,333 441,667 +144,999 +48,333 +48,333 11 -33,333 523,333 -99,999 -33,333 -33,333 12 -56,667 426,667 -170,001 -56,667 -56,667 13 -37,5000 237,500 -112,500 -37,500 -37,500 14 -50,000 200,000 -150,000 -50,000 -50,000 Fonte: Autores,2018. Linha de Influência do Momento Fletor em A (LIMFA) 34 137 Linha de Influência do Esforço Cortante em A (LIQA)
Compartilhar