UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
ANÁLISE DE LIGAÇÕES ENTRE VIGA DE SEÇÃO I E
PILAR TUBULAR DE SEÇÃO CIRCULAR COM
DIAFRAGMA EXTERNO
Felipe Botelho Coutinho
Macksuel Soares Azevedo
Walnório Graça Ferreira
Introdução
Evolução dos
estudos
•1971 – Wakabayashi et al.;
•1991 – Rink et al.;
•1993 – Kamba e Kanatani;
•2004 – Kurobane et al.;
•2005 – Carvalho;
•2007 – Sui e Yamanari;
•2009 – Freitas;
•2011 – Masioli;
•2013 – Sabbagh et al.;
•2013 – Pereira;
•2014 – Dessouki.
Estudo analítco
Norma Japonesa
Norma Japonesa
Os intervalos de validade da equação são:
E o momento resistente da ligação corresponde ao binário exercido
pelas mesas da viga, conforme:
Cidect
Cidect
Os intervalos de validade da equação são:
E o momento resistente da ligação corresponde ao binário exercido
pela mesa da viga:
Comentários
A equação da norma japonesa,
fornece o critério para adoção do valor de B’f para a equação da
resistência. No entanto, se colocarmos hs em função de D, deduzimos
que, a partir de 0,21D o valor para B’f é constante e igual a D,
independente da largura da mesa da viga. Sendo também a sua
resistência constante.
Já Kurobane(2004) não considera a largura da mesa da viga.
Exemplo de cálculo
Modelo de Rink
Diafragma externo com espessura de 30mm;
Pilar com 1000mm de diâmetro e 30mm de espessura de parede
Viga: 1000mm de altura; espessura da alma de 12 mm; espessura da
mesa 30mm.
Exemplo de cálculo
Propriedades geométricas
Viga
Nº
Modelo
Diaf.
Cálculo do momento resistente e comparativos entre os resultados
AIJ
PAIJ
Bf
hs
VA1
B'f Geom
B'f
VA2
VA3
hs/
mm mm (Bf/2)
mm
kNm
1
HB1
300
70 0,47 806,10 NOK
639,00 639,00 10,65 OK 33,33 OK 3.823,83
2
HB2
300
120 0,80 876,81 NOK
764,00 764,00 12,73 NOK 33,33 OK 5.227,78
3
HB3
300
200 1,33 989,95 NOK
980,00 980,00 16,33 NOK 33,33 OK 7.638,70
4
HB4
400
70 0,35 806,10 NOK
645,00 645,00 10,75 OK 33,33 OK 3.845,17
5
HB5
400
120 0,60 876,81 NOK
766,00 766,00 12,77 NOK 33,33 OK 5.236,50
6
HB6
400
200 1,00 989,95 NOK
980,00 980,00 16,33 NOK 33,33 OK 7.638,70
7
HB7
500
70 0,28 806,10 NOK
653,00 653,00 10,88 OK 33,33 OK 3.873,63
8
HB8
500
120 0,48 876,81 NOK
768,00 768,00 12,80 NOK 33,33 OK 5.245,21
9
HB9
500
200 0,80 989,95 NOK
980,00 980,00 16,33 NOK 33,33 OK 7.638,70
VA1: Verificação 1 da norma japonesa
Propriedades dos materiais
fy,1 =
385
Se
raiz(2)*((D/2)+hs)) >= D,
OK; temos que B'f = D
fy,2 =
330
Se
raiz(2)*((D/2)+hs)) < D,
NOK: então B'f deverá ser
calculado geometricamente; B'f
Serão denominados OK e NOK para
= B'f Geom
situações respectivamente de
VA2: Verificação 2 da norma japonesa
conformidade ou não para auxilio nos
Se
B'f/2ts <= 237/raiz(σy1)
OK, senão NOK
cálculos e melhor visualização dos
Sendo 237/(raiz(σy1)) = 12,079
critérios adotados .
VA3: Verificação 3 da norma japonesa
Se
15 <= D/t <= 55
OK, senão NOK
CIDECT
VC1
VC2
Valores Obtidos
VC3
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
OK
PCID
kN
5.032,58
5.427,03
5.829,36
5.032,58
5.427,03
5.829,36
5.032,58
5.427,03
5.829,36
33,33 OK 0,07 OK 1,00
33,33 OK 0,12 OK 1,00
33,33 OK 0,20 NOK 1,00
33,33 OK 0,07 OK 1,00
33,33 OK 0,12 OK 1,00
33,33 OK 0,20 NOK 1,00
33,33 OK 0,07 OK 1,00
33,33 OK 0,12 OK 1,00
33,33 OK 0,20 NOK 1,00
VC1: Verificação 1 do CIDECT
Se
14 <= D/t <= 36
OK, senão NOK
VC2: Verificação 2 do CIDECT
Se 0,05 <= hs/D <= 0,14
OK, senão NOK
VC3: Verificação 3 de CIDECT
Se 0,75 <= ts/t <= 2,0
OK, senão NOK
MAIJ
kNm
3.709,11
5.070,95
7.409,54
3.729,81
5.079,40
7.409,54
3.757,42
5.087,85
7.409,54
MCID
kNm
4.881,60
5.264,22
5.654,48
4.881,60
5.264,22
5.654,48
4.881,60
5.264,22
5.654,48
Mu
kNm
4.589,00
5.348,00
6.363,00
4.741,00
5.504,00
6.466,00
4.940,00
5.668,00
6.697,00
Relações Adotadas
Mpv
kNm
Mu/Mpv Mu/MAIJ Mu/MCID
4.040,00
1,14
1,24
0,94
4.040,00
1,32
1,05
1,02
4.040,00
1,58
0,86
1,13
5.073,00
0,93
1,27
0,97
5.073,00
1,08
1,08
1,05
5.073,00
1,27
0,87
1,14
6.106,00
0,81
1,31
1,01
6.106,00
0,93
1,11
1,08
6.106,00
1,10
0,90
1,18
Exemplo de cálculo
Exemplo de cálculo
Exemplo de cálculo
Referências
Bibliográficas
ABOLHASSAN, A., STEVEN, M. C. E KURT, M. M. Behavior And Design Of Steel Single Plate Shear
Connections, ASCE, Journal Of Structural Engineering, VOL. 119, Nº. 8, P. 2421-2440, 1993.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 8800:2008 Projeto de estrutura de aço e
de estrutura mista de aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro, 2008.
AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE - AMERICAN INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION ANSI/AISC 360-10. Specification for structural steel buildings. Chicago, 2010.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 16239:2013. Projeto de estruturas de aço e
de estruturas mistas de aço e concreto de edificações com perfis tubulares. Rio de Janeiro, 2013
CARVALHO, P.H. Avaliação numérica do comportamento estrutural de ligação entre pilar de seção tubular
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Preto, Ouro Preto, 2005.
CHEN, W. F.; LUI, L. M. Handbook of structural engineering. 2. ed. Boca Raton: CRC Press. 1741 p.,2005
DESSOUKI A. K.; YOUSEF A. H.; FAWZY M. M. Stiffener Configurations in Moment Connections Between Steel
I-Beams and Concrete-Filled Steel Tube Columns. World Applied Sciences Journal, 30 (2),p. 120-132., 2014.
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Referências
Bibliográficas
FREITAS, A. M. S. Ligações metálicas com perfis tubulares – comportamento e prescrições de projeto.
CONSTRUMETAL 2010, São Paulo, 2010
FREITAS, P. C. B. Análise numérica de ligações metálicas viga-coluna com coluna tubular circular.
Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2009.
KAMBA, T.; KANATANI, H. Design formulae for CHS column-to-beam connections with exterior
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1993.
KUROBANE, Y. ET Al. CIDECT Design Guide 9: Design guide for structural hollow section column
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MASIOLI, C. Z.. Análise teórica e experimental de ligações em aço entre pilar tubular de seção circular e
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PACKER, J. A.; HENDERSON, J. E. Hollow structural section connections and trusses. Alliston: Canadian
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PEREIRA, D. H. F. Análise do comportamento estrutural de ligações em aço entre viga de seção I e pilar
de seção tubular circular. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São
Paulo, São Carlos, 2013.
Referências
Bibliográficas
RINK H.D.; WINKEL G.D.; WARDENIER J.; Puthli R.S. Numerical Investigation Into The Static of Stiffened I-beam
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SABBAGH, A.B.; CHAN, T.M.; MOTTRAM J.T. Detailing of I-beam-to-CHS column joints with external diaphragm
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SUI W., E YAMANARI M. Evaluation of the characteristics of external diaphragm connections with steel CHS
columns and wide-flange steel beams, Pacific Structural Stell Conference, Wairakei (2007).
WAKABAYASHI M., SASAKI R., KISHIMA Y. An Experimental Study on Centrifugally-Cast Steel Pipe to H-Beam
Connections Annuals, Disaster Prevention Research Institute. Kyoto University, No. 14, April, 1971, pp. 343-369
(abstract)
WINKEL, G. D. The static strength of I-beam to circular hollow section column connections. Tese (PhD) Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Delft University of Technology, Delft, 1998