Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Iulianello, Larissa Barbosa Aluno de graduação em Engenharia Civil, matricula 201403198268, Turma 1234 de 2019/1 Universidade Estácio de Sá, Av. Dom Hélder Câmara 5474, Cachambi, 20771-004 Rio de Janeiro, RJ, Brasil, http://www.estacio.br LISTA DE EXERCÍCIOS AV1 Rio de Janeiro, 22 de abril de 2019 Bibliografia Estruturas de Aço – Walter Pfeil / Michèle Pfeil Capitulo 01: 1.12.1 ; 1.12.3 ; 1.12.4 ; 1.12.7 e 1.12.8 Capitulo 02: 2.3.8 ; 2.4.1 ; 2.4.4 ; 2.4.5 e 2.4.6 Capitulo 03: 3.5.8 ; 3.6.3 ; 3.6.5 ; 3.6.6 e 3.6.7 Capitulo 05: 5.9.2 ; 5.9.4 ; 5.9.6 a ; 5.9.9 e 5.8.1 CAPITULO 1 1.12.1- O carbono aumenta a resistência do aço. Por que durante o processo de fabricação do aço remove-se certa quantidade de carbono do ferro fundido? R= O carbono aumenta a resistência do aço, porém o torna mais duro e frágil. O teor de carbono do aço pode variar desde 0% até 1,7% e o ferro fundido contém 1,8% a 45% de carbono, havendo deste modo necessidade de retirar o excesso do mesmo para o aço não se tornar tão frágil. 1.12.3- Explique o que é ductilidade e qual a importância desta característica do aço em sua utilização em estruturas. R= Denomina-se ductilidade a capacidade de o material se deformar sob a ação das cargas e tem importância porque conduz os mecanismos de ruptura acompanhados de grandes deformações que fornecem avisos da atuação de cargas elevadas. 1.12.4- Uma haste de aço sujeita a cargas cíclicas tem sua resistência determinada por fadiga. Comente as providências propostas no sentido de aumentar a resistência da peça: - aumentar as dimensões transversais da haste; - mudar o tipo de aço para outro mais resistente; - mudar o detalhe de solda para atenuar o efeito de concentração de tensões. R= O aumento das dimensões promove um aumento de resistência da peça, assim como um aumento de seu peso próprio. O tipo de aço pode ser escolhido viabilizando um tipo de aço mais resistente. Mas a solução mais eficiente é o detalhe da solda, que pode promover um aumento de resistência sem alterar nenhuma dimensão ou tipo de aço da estrutura. 1.12.7- Qual a origem das tensões residuais em perfis laminados e em perfis soldados? R= Os perfis laminados simples, compostos por solda, apresentam tensões residuais internas decorrentes de resfriamentos desiguais em suas diversas partes. Nos perfis laminados após a laminação as partes mais expostas dos perfis (bordas dos flanges e região central da alma) se resfriam mais rápido que as áreas menos expostas (juntas alma-flange), sendo por elas impedidas de se contrair. Na fase final do resfriamento as áreas mais expostas já resfriadas impedem a contração das juntas alma-flange. Tensões residuais longitudinais se instalam em decorrência do impedimento a deformação de origem térmica. Nos perfis soldados, as regiões de alta temperatura se desenvolvem localmente junto aos cordões de solda. As tensões residuais conduzem a um diagrama tensão deformação do aço em perfil, no qual a transição do regime elástico para o patamar de escoamento é mais gradual. Esse diagrama é obtido por ensaio do perfil de uma pequena amostra sem tensão residual. 1.12.8- Em que se baseia o Método das Tensões Admissíveis e quais são as suas limitações? R= Utiliza-se de um único coeficiente de segurança para expressar todas as incertezas independentemente de sua origem. Por exemplo, em geral a incerteza quanto a um valor especificado de carga de peso próprio é menor do que a incerteza associada a uma carga proveniente do uso da estrutura. Em sua origem o método previa a análise estrutural em regime elástico com o limite de resistência associado ao início de plastificação da seção mais solicitada. Não se consideravam reservas de resistência existentes após o inicio da plastificação, nem a redistribuição de momentos fletores causada pela plastificação de uma ou mais seções de estrutura hiperestática. CAPITULO 2 2.3.8- Calcular o esforço resistente de tração do perfil do Probl. 2.3.7, agora com ligação soldada. R= O esforço resistente ao escoamento da seção bruta foi obtido no problema 2.3.7 e é igual a 1444 KN. Com o fator de redução do Item 2.2.6 obtém-se o esforço resistente para ruptura da seção efetiva na ligação: 𝐶𝑙 = 1−20 100 = 0,80 𝑁𝑑𝑟𝑒𝑠𝑠 = 0,80×64,2×40 1,35 = 1522 KN 2.4.1- Que estados limites podem ser atingidos por uma peça tracionada? R= Ruptura, escoamento, índice de esbeltez, cisalhamento de bloco. 2.4.4- Calcule o esforço resistente à tração da chapa de 20 mm de espessura ligada a outras duas chapas por parafusos de 19 mm de diâmetro. Aço MR250. Ag 28×2 = 56 cm² NtRd = Ag×𝑓𝑦 1,10 => 56 𝑐𝑚²× 25 𝐾𝑛/𝑐𝑚² 1,10 = 1272,73 KN d’ = 1,9 + 0,35 = 2,25 cm Lcrit 1 = 28+0(2,25×3)= 21,25cm Lcrit2 = 28+(7,5×2)2 4×(5×2) - (2,25×4) = 24,63 cm NtRd= Ae × fu 1,35 => 42,5 𝑐𝑚² × 40𝐾𝑛/𝑐𝑚² 1,35 = 1259,26 KN O esforço resistente é 1259,26 KN. 2.4.5- Calcule o esforço resistente da cantoneira tracionada de contraventamento L 50X50X6 ligada à chapa de nó por parafusos. 𝐍𝐭𝐑𝐝= = Ag×𝑓𝑦 1,10 => 5,64𝑐𝑚²×25𝐾𝑛/𝑐𝑚² 1,10 = 128,18 KN Aliq = Ag – Ad’ Ad’= (0,95+0,35)× 0,6= 0,78 cm² Aliq= 5,64 – 0,78 = 4,86 cm² ELEMENTOS ÁREA X XA Y YA 1 3 0,3 0,9 2,5 7,5 2 2,64 2,8 7,39 0,3 0,79 TOTAL 5,64 8,2 8,29 Área 1= (0,6 x 5)= 3 cm Área 2= (4,4 x 0,6)= 2,64 cm X= 8,29 1,47 = 1,47 cm 𝑒𝑐= 1,47 cm Ct= 1- ec Lc => 1- 1,47 10 = 0,85 Ae= ALiq × Ct Ae= 4,86 x 0,85 => Ae=4,13cm³ NtRd Ae × fu 1,35 => 4,13 𝑐𝑚² ×40 𝐾𝑛/𝑐𝑚² 1,35 = 1267,11 KN 2.4.6- Calcule os comprimentos máximos dos seguintes elementos trabalhando como tirantes: a) barra chata 19 mm X 75 mrn; b) cantoneira L 50 X 50 X 6. a) ix = √ 1× 12 75× 75 19³ 19 = 5,48 mm iy = √ 1× 12 19× 19 75³ 75 = 21,65 mm Usa-se o menor. L r ≤ 300 L ≤ 300 × 5,48 L ≤ 1644 mm b) x = 300×25+264×3 564 = 14,7 mm y = 300 ×3+264 ×28 564 = 14,7 mm Ix= 50×6³ 12 + 300 (11,7)² + 6×44³ 12 + 264(13,3)² Ix = 131257,96 mm 4 Iy = 6×50³ 12 + 300(10,3)² + 44×6³ 12 + 264 (11,7)² Iy= 131257,36 mm 4 Área = 50 x 6 + 44 x 6 Área = 564 mm² √𝐱 = √y = √ 𝟏𝟑𝟏𝟐𝟓𝟕,𝟑𝟔 𝟓𝟔𝟒 = 15,26 mm L ≤ 15,26 x 300 L ≤ 4576,6 mm = 4,58 m CAPITULO 3 3.5.8- Na ligação do problema anterior, substituem-se os parafusos comuns por parafusos de alta resistência A325, em ligação tipo atrito. As verificações em estado limite último devem ser efetuadas como no Problema 3.5.7. Verificar a resistência ao deslizamento em estado limite de utilização. R= Admitindo-se que não há deslocamento entre as peças ligadas, o cálculo pode ser feito com seção homogênea igual a área de apoio das cantoneiras, 200x300 mm². Tensão de tração no topo da chapa. ft = 6×1500 20×30² = 0,50 KN/cm² < fco = 12×85 20×30 =1,7 KN cm² Força solicitante à tração devida ao momento na região do parafuso superior T≅ (10x5) x ),5 = 25 KN A força T atua no sentido de descomprimiras peças ligadas. Como não há separação entre as peças (ft< fco), o acréscimo de força de tração no parafuso em relação à protensão inicial é pequeno. Por outro lado, a resistência ao deslizamento é reduzida com a descompressão. Esforço resistente ao deslizamento do parafuso superior d=16 mm no estado limite de utilização. RV = 0,80 x 0,35 x 85 (1 − 25 68 ) = 15,0 KN Força solicitante de corte V= 100 12 = 8,3 KN Comparação de resultado 8,3 < 15,0 KN 3.6.3- Quais os modos de colapso que devem ser verificados em uma ligação a corte com conectares? R= Deve ser verificado: ∘ Cisalhamento ou tração no parafuso, solda ou os dois dependendo da ligação; ∘ Rasgamento e esmagamento furo do perfil; ∘ Rasgamento e esmagamento do furo do perfil; ∘ Colapso por rasgamento do perfil e da chapa. Depende da ligação. 3.6.5- Uma barra atirantada de uma treliça, sujeita a uma carga de 720 kN em serviço, é constituída por dois perfis U 250 (IO") X 29,8 kg/m, prendendo-se uma chapa gusset de 12,7 mm (1/2") por meio de parafusos A307 d = 3/4". Verificar a segurança da ligação no estado limite de projeto, com o coeficiente y = 1,30 (carga permanente de pequena variabilidade). Aço ASTM A36. Parafuso A307 db= 19,05 mm = 3" 4 Comum 𝑓u= 415 MPa Chapa Ab= 𝜋db 2 4 t= 12,7 mm ( 1 2 ) " Ab= 2,85 cm² Adotado inicialmente chapa ASTM A36 𝑓u= 400 MPa 𝑓y= 250 MPa Corte duplo Cálculo do Fv,Rd Fv,Rd = ∝b ×Ab ×𝑓ub ɤa2 Fv,rd= 0,4×285,02×415×2×10 1,35 = 700,93 KN Pressão de apoio e rasgamento { 𝑒𝑓𝑓−𝑑ℎ = 57−22,55=34,45 𝑚𝑚 <2𝑑 𝑒𝑓𝑏− 𝑑ℎ 2 = 38 − 22,55 2 = 26,72 𝑚𝑚 < 2𝑑 Rd≤ { 1,2 l𝑓 t𝑜 𝑓𝑢 ɤ𝑎2 = 94 𝐾𝑁 2,4 dbto𝑓𝑢 ɤ𝑎2 = 130 𝐾𝑁 Rd = 2𝑥94 + 8𝑥130 = 1228 𝐾𝑁 Tração nos perfis Bruta NtRd = Ag×𝑓𝑦 1,10 = 3790× 250 1,10 x2 = 1722,73 KN Liquida NtRd = An×𝑓𝑢 1,35 = 3477,45× 400 1,35 x2= 2060,73 x Cte = 1921,52 KN An = 3790 – 2x(19,05+3,5)x9,63 = 3477,45 mm² Ct= 1 - 15,4 (4𝑥57) = 0,93 Ruptura por cisalhamento Agv= (4x57+38)x2x9,63x2 =10246,32 mm² Anv=6346,17mm² Ant=1992,44mm² Ft,Rd ≤ { 0,6 Anv 𝑓u+Cts Ant 𝑓u ɤ𝑎2 = 1718,56 𝐾𝑁 0,6 Agv 𝑓y+Cts Ant fu ɤ𝑎2 = 1728,83 𝐾𝑁 Ft,Sd=720 x 1,3 => Fv,Rd=700 kn NÃO ESTA OK! 3.6.6- Determinar o número mínimo de parafusos A325, de diâmetro igual a 22 mm (7/8"), necessários para a ligação a tração da figura. Admitir que as chapas dos flanges são bastante rígidas. Parafusos A325 (Alta resistência) Ft,Rd= 174,2 KN ∝b= 0,5 ϕa= 0,67 Fs,d= 500 KN (adotado) Por parafuso 500 n = ϕa Abe 𝑓ub ɤ𝑎𝑧 Ab= 3,80 m² Ab = 0,75 x Ab= 0,75 x 3,8= 2,85m² 𝑓u= 72,5 KN/m² adotado! 500 n = 0,67×2,85×72,5 1,35 n= 4,87 parafusos n=5 parafusos Para ajudar a simetria, adotamos 6. 3.6.7- Uma chapa de ligação recebe uma carga inclinada de 120 kN. Os conectares são parafusos A325 em ligação por atrito, diâmetro d = 12,7 mm (W'), com espaçamentos padronizados, mo trados na figura. Calcular o número de parafusos necessários por fila ver1ical. Determinar a espessura mínima de chapa para que a pressão de apoio não seja determinante. a) Materiais: Parafuso => A 325 : 𝑓yb= 635 MPa = 63,5 KN/cm² 𝑓ub= 825 MPa = 82,5 KN/cm² Chapa => considerando ASTM A 36: 𝑓y = 250 MPa = 25 KN/cm² 𝑓u = 400 MPa = 40 KN/cm² b) Disposições construtivas: 3× d = 3× 12,7 mm = 38,1 mm 5× 5d = 69,85 mm c) Cisalhamento nos parafusos (contato e atrito): Fv= 120 KN × 4 5 = 96 KN FH = 120 × 3 5 = 72 KN M= 96×20cm + 72 KN × [ 3d 2 (n − 1)] = 1920 +137,16 (n-1) [Kn.cm] Supondo n=2 Ab= π×d b2 4 = 𝜋×1,27² 4 = 1,27 cm² ᶽsd= √ᶽ𝑥², 𝑠𝑑 + ᶽ𝑦², 𝑠𝑑 ᶽx,sd = Fx,sd A + Mz,sd y Iz => Iz= Ix+Iy Ix= 4x1,27x1,905²= 18,44cm4 Iz = 80,40cm4 Iy= 4x1,27 x 3,493²= 61,96cm4 ᶽx,sd = 72 4×1,27 + 2057,16 80,40 × 1,905 = 62,92 KN/ cm² ᶽy,sd = 96 4×1,27 + 2057,16 80,40 × 3,493 = 108,26 KN/cm² ᶽsd = 125,22 KN/cm² 𝐅𝐯,𝐬𝐝= 1,27 cm² × 125,22 KN/cm² = 159,02 KN 𝐅𝐯,𝐬𝐝 = 0,4 × 1,27 × 82,5 1,35 = 31,04 KN < 𝐅𝐯,𝐬𝐝 e 𝐅𝐯,𝐬𝐝 ≤ 1,14 × 0,35 × 53 = 21,15 KN Logo, 𝐅𝐯,𝐑𝐝 = 21,15 KN ᶽRd = 16,65 KN/cm² Supondo n= 3 Ix = 4× 1,27 × 3,81² = 73,74cm4 Iy= 6× 1,27× 3,493² = 92,97 cm4 Iz= 73,74 + 92,97 = 166,71 cm4 ᶽx,sd = 72 6×1,27 + 2194,32 166,71 × 3,81 = 59,60 KN/cm² ᶽy,sd= 96 6×1,27 + 2194,32 166,71 × 3,493 = 58,58 KN/cm² ᶽ sd = √59,60² + 58,58² = 83,57 KN/cm² 𝐅𝐯,𝐬𝐝 = 1,27 × 83,57 = 106,13 KN Supondo n= 4 Ix= 4× 1,27 × 1,905² + 4 × 5,715² × 1,27 = 184,35 cm² Iy= 8× 1,27 × 3,493² = 123,29 cm4 Iz= 308,31 cm4 ᶽx,sd = 72 8×1,27 + 2331,48 308,31 × 5,715= 50,30 KN/cm² ᶽ sd = 61,77 𝐅𝐯,𝐬𝐝= 78,45 KN ᶽy,sd = 96 8×1,27 + 2331,48 308,31 × 3,493 = 35,86 KN/cm² Supondo n= 5 Ix= 4× 1,27 × 3,81²+ 4× 1,27 × 7,62² = 368,71cm4 Iy= 10× 1,27 × 3,493² = 154,95cm4 Iz= 523,66 cm4 ᶽx,sd = 72 10×1,27 + 2468,64 523,66 × 7,62 = 41,59 KN/cm² ᶽ sd= 48,03 KN/cm² ᶽy,sd= 96 12,7 + 2468,64 523,66 × 3,493 = 24,03 KN/cm² Supondo n= 6 Ix= 4× 1,27 × 1,905² + 4× 1,27 × 5,715² + 4× 1,27 × 9,525² = 645,24 cm4 Iy= 12× 1,27 × 3,493² = 185,94 cm4 Iz= 831,18 cm4 ᶽx,sd = 72 12×1,27 + 2605,8 831,18 × 9,525 = 34,59 KN/cm² Supondo n= 7 Ix = 4× 1,27 × 3,81² + 4× 1,27 × 7,62² + 4× 1,27 × 11,43² = 1032,39 cm4 Iy = 14 × 1,27 × 3,493² = 216,93 cm4 Iz= 1249,32 cm4 ᶽx,sd = 72 14×1,27 + 2742,96 1249,32 × 11,43 = 29,14 KN/cm² Supondo n= 8 Ix = 4 × 1,27 × 1,905² + 4 × 1,27 × 5,715² +4 × 1,27 × 9,525² + 4 × 1,27 × 13,335² = 1548,58cm4 Iz=1796,51 cm4 Iy= 16× 1,27 × 3,493² = 247,93 cm4 ᶽx,sd = 72 16×1,27 + 2880,12 1796,51 × 13,335 = 24,92 KN/cm² Supondo n= 9 Ix= 2212,25 cm4 Iy = 278,92 cm4 Iz= 2491,17 cm4 ᶽx,sd = 72 18×1,27 + 3017,28 2491,17 × 15,24 = 21,61 KN/cm4ᶽ sd = 23,20 KN/cm² > 16,65 KN/cm² ᶽy,sd = = 96 18×1,27 + 3017,28 2491,17 × 3,493 = 8,43 KN/cm4 Supondo n= 11 Ix= 4055,80 cm4 Iz= 4396,70 Iy= 340,90 cm4 ᶽx,sd = 72 22×1,27 + 3291,6 4396,70 × 19,05 = 16,83 KN/cm² > 16,65 Supondo n= 12 Ix = 4× 1,27(1,905²+5,715²+ 9,525² + 13,335²+ 17,145+ 20,955²) = 5272,54 cm4 Iz= 5644,43 cm4 Iy= 24× 1,27 + 3,493² = 371,89 cm4 ᶽx,sd = 72 24×1,27 + 3428,76 5644,43 × 20,955 = 15,09 KN/cm² ᶽ sd = 15,98 KN/ cm² ᶽy,sd = 96 24×1,27 + 3428,76 5644,43 × 3,493 = 5,27 KN/cm² 𝐅𝐯,𝐬𝐝 = 20,30 KN Logo, n = 12 Verificação da pressão de apoio 𝐅𝐜,𝐬𝐝 = 20,30 KN ≤ 2,4 × 1,27 × t × 40 1,35 => t ≥ 0,22 cm CAPITULO 5 5.8.1- Determinar a resistência de cálculo à compressão do perfil W l SQ X 37,1 kg/m de aço ASTM A36 com comprimento de 3 m, sabendo-se que suas extremidades são rotuladas e que há contenção lateral impedindo a flambagem em torno do eixo y. Comparar com o resultado obtido para uma peça sem contenção lateral, podendo flambar em torno do eixo y-y. a) Peça com contenção lateral. A flambagem só poderá ocorrer em torno do eixo x. Como o perfil é rotulado nas extremidades, o comprimento de flambagem é o próprio comprimento do perfil. ℓ𝑓ℓ = 300 cm Na tabela A6.9, anexo A, obtemos 𝑖𝑥 = 6,85 cm. ℓ𝑓ℓ 𝑖 = 300 6,85 = 43,80 ⅄0= 0,0113 x 43,80 = 0,49 Na tabela A2, anexo A, obtemos: 𝑓𝑐= 0,904 x 250 = 226,0 MPa 𝑁𝑑 𝑟𝑒𝑠= Ag𝑓c 𝛶𝑎𝑙 = 47,8 x 22,6/ 1,10 = 982,1 KN Os valores de esbeltez das chapas mesa 154 2×11,6 = 6,6 < 15,8 alma 139 8,1 = 17,2 < 42,1 Indicam que não há flambagem local. b) Peça sem contenção lateral Flambagem em torno do eixo y ( ℓ𝑓ℓ 𝑖 ) = 300 3,84 = 78,1 Comparando-se a esbeltez em torno dos dois eixos, conclui-se que a flambagem se dará em torno do eixo y. ⅄0= 0,88 𝑓𝑐 = 0,723x250= 181 MPa 𝑁𝑑 𝑟𝑒𝑠= Ag𝑓c 𝛶𝑎𝑙 = 47,8 x 18,1/ 1,10 = 786 KN Este resultado é aproximadamente 20% menor que o obtido para a peça com contenção lateral. 5.9.2- Qual a diferença entre a carga crítica (𝐍𝐜𝐫) e a carga última ou resistente (𝐍𝐜 da Fig. 5.2d)? A determinação da carga (𝐍𝐜𝐫) leva em consideração as condições: - Coluna isenta de imperfeições geométricas e tensões residuais; - Material de comportamento elástico linear; - Carga perfeitamente concentrada; Com isso, a coluna inicialmente reta mantém-se como deslocamentos de laterais nulos, até a carga atingir 𝐍𝐜𝐫. Enquanto que as colunas reais possuem imperfeições geométricas, desvios de retilinearidade, excentricidade da carga e tensões oriundas dos processos de fabricação (tensões residuais). Portanto, a carga 𝐍𝐜 pode ser tem menor do que 𝐍𝐜𝐫. 5.9.4- Qual o comprimento de flambagem dos pilares dos pórticos ilustrados na figura? y K= 0,5 𝐊𝐑𝐞𝐜= 0,65 então 𝐋𝐞𝒇 = 0,65 K= 1,0 𝐊𝐑𝐞𝐜= 1,0 então 𝐋𝐞𝒇= L 5.9.6- Uma escora de comprimento de flambagem 10 m deve suportar uma carga de 300KN do tipo permanente. Dimensionar a escora utilizando aço MR250 e os seguintes perfis: a) Perfil soldado VS (Fig. 6.2g); Adotando (400x49) A=62,0cm² 1000 4,52 = 221,24 Imin= 4,52cm fc=0,140*250=35Mpa 𝑁𝑑 𝑟𝑒𝑠 = 98,8 ∗ 4,4 1,10 = 395,5𝑘𝑁 < 420𝑘𝑁 ∴ 𝑛ã𝑜 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑒 Λ0= 0,0113*221,24=2,50 Adotando (500x73) A= 92,4cm² 1000 5,94 = 168,35 Imin=5,94cm Λ0=0,0113*168,35=1,90 fc=0,243*250=60,8Mpa 𝑁𝑑 𝑟𝑒𝑠 = 92,4 ∗ 6,08 1,1 = 510,7𝑘𝑁 > 420𝑘𝑁 ∴ 𝑂𝑘 5.9.9- Como é considerado o efeito de flambagem local no cálculo do esforço resistente à compressão de uma coluna? R= O valor limite da esbeltez da placa para impedir que a flambagem local ocorra antes da plastificação da seção, é obtido igualando-se a tensão critica elástica σ𝐂𝐫 a tensão 𝒇𝐲 . Para considerar os efeitos de imperfeições e de tensões residuais, as normas apresentam valores de b c superiores ao limite, deve-se levar em conta a redução ao esforço resistente da coluna. Caso contrário, não haverá flambagem local. Rio de Janeiro, 22 de abril de 2019
Compartilhar