SEÇÃO DE ENSINO DE ENGENHARIA DE FORTIFICAÇÃO E CONSTRUÇÃO ESTRUTURAS METÁLICAS Á LIGAÇÕES PARAFUSADAS (NBR 8800/2008) Maj Moniz de Aragão 1. 2 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Resistência dos parafusos Área bruta e área efetiva à tração Resistência de cálculo à tração Resistência de cálculo à força cortante Interação de tração com cisalhamento Resistência à p pressão de contato em furos Espaçamento entre furos e entre furo e borda Resistência de cálculo em ligações por atrito Colapso por rasgamento pág 06 09 09 17 18 19 36 40 43 1 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Permitem montagens mais rápidas e de inspeção fácil; Permitem desmontagens para alteração e reparo; Vantagens Economia de energia; Menor MDO (não qualificada); Boa resposta à fadiga; Áreas líquidas reforço Desvantagens Necessidade de pré-montagem Dificuldade para modificações 2 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Descrição Geral G dos Parafusos: f Parafuso Sextavado rosca parcial Arruela Porca Parafuso Sextavado rosca inteira 3 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Descrição Geral dos Parafusos: R Rosca ~ 0,85 Ø nom pega/conexão Cabeça Fuste (Ø nominal) Fust 4 PARAFUSOS ASTM A-325 5 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Resistência dos Parafusos LIGAÇÕES PARAFUSADAS R i ê i d Resistência dos P Parafusos f 6 7 Cálculo do Parafuso Resistências de cálculo – NBR 8800:2008 Força resistente de cálculo de parafusos Aço estrutural estrutural, pinos e parafusos (a) Combinações Escoamento e Instabilidade (a1) Ruptura (a2) N Normais i 1 10 1,10 1 35 1,35 Especiais ou de construção 1,10 1,35 Excepcionais 1,00 1,15 fk fd m fd fk - resistência de cálculo ou projeto resistência característica m - coeficiente de ponderação Tabela 3 – NBR 8800 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Classificação quanto à solicitação: 8 LIGAÇÕES Ç PARAFUSADAS item 6.3 - NBR 8800:2008 Área bruta e efetiva para tração: Abe = 0,75 0 75 Ab d b2 Ab 4 db – diâmetro nominal (externo) do parafuso Força resistente de cálculo à tração: Ft , Rd Rd Abe fub a2 9 LIGAÇÕES PARAFUSADAS E Exemplo l d de verificações: ifi õ li ligação ã rígida í id pilar-viga il i Ref: “ANÁLISE DO COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE LIGAÇÕES PARAFUSADAS VIGA-PILAR COM CHAPA DE TOPO ESTENDIDA”, YURI IVAN MAGGI, Tese de Doutorado, USP - São Carlos. 10 11 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Colapso por tração: “efeito alavanca”: 12 LIGAÇÕES PARAFUSADAS C l Colapso por ttração ã nos parafusos: f ruptura p do p parafuso x espessura p da mesa “efeito efeito alavanca alavanca” EFEITO ALAVANCA NBR 8800:2008 item 6.3.5 ab LIGAÇÕES PARAFUSADAS Figura 17 – NBR 8800 13 EFEITO ALAVANCA NBR 8800:2008 item 6.3.5 Na determinação das espessuras t1 e t2 das partes ligadas: Na determinação dos parafusos: Ft , Rd 0 ,67 Ft , Rd M Momento t resistente i t t plástico lá ti Z fy ou... Momento resistente elástico W fy Ft , Rd 0 ,75 Ft , Rd 14 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Ligações de cisalhamento Ligações por contato: Ligações por atrito: 15 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Ligações por contato: 16 LIGAÇÕES Ç PARAFUSADAS Resistência de Cálculo devido ao corte do parafuso Item 6.3.3.2 – NBR 8800 0,4 Ab fub 0,5 Ab fub Rd a2 a2 parafusos A307, barras rosqueadas e parafusos A325N (corte na rosca) A325X (corte no fuste) 17 LIGAÇÕES Ç PARAFUSADAS Interação de Tração com Cisalhamento Item 6.3.3.4 – NBR 8800 Tração ç com Cisalhamento: 18 LIGAÇÕES Ç PARAFUSADAS Resistência à pressão de contato em furos (item 6.3.3.3) Pressão de contato na parede de um furo (longitudinal ao carregamento): A resistência de cálculo à pressão de contato parede de um furo,, jjá levando em conta a na p resistência ao rasgamento entre dois furos consecutivos ou entre um furo extremo e a borda é dada por: borda, f esmagamento rasgamento é a distância livre, na direção da força, entre a borda do furo e a borda do furo adjacente ou a borda da parte ligada; db é o diâmetro do parafuso; t é a espessura da parte ligada. 19 Furação para parafusos ABNT NBR R-8800:2007 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Tab. 12 – NBR 8800 20 Limitações relativas ao emprego de furos alargados ou alongados ABNT NBR R-8800:2007 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Tab. 13 – NBR 8800 21 Verificação na chapa devido à presença de furos 22 Verificação na chapa devido à presença de furos Ref: “Análise numérica de ligações parafusadas em chapas finas e em perfis formados a frio”, Rezende, P. G.; Neto, J. M.; Malite M., 23 Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, Londrina, v. 27, n. 1, p. 23-37, jan./jun. 2006 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Ligações por atrito: Ref: Apresentação Comercial do Fabricante “Parafusos Ciser”, Valdecir Furtado, 2007. 24 LIGAÇÕES PARAFUSADAS POR ATRITO Aperto do parafuso (item 6.7.4) - método da rotação da porca; - chave calibrada - indicador direto de tração - parafusos com controle de tração 25 LIGAÇÕES PARAFUSADAS POR ATRITO Aperto do parafuso (item 6.7.4) 26 LIGAÇÕES PARAFUSADAS POR ATRITO Técnicas de aparafusamento Chave de torque calibradora (T (Torquímetro í t – estalo/sinal/relógio) t l / i l/ ló i ) - As chaves devem ser calibradas pelo menos uma vez por dia de trabalho para cada diâmetro de parafuso a instalar; 27 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Arruela com indicador de carga (DTI) 28 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Ref: htttp://www w.applie edbolting g.com/ Arruela com indicador de carga 29 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Arruela com indicador de carga Para parafusos não revestidos e quando o DTI está instalado sob a cabeça do parafuso pa a uso e a po porca ca é g girada ada para apertar, certifique-se que o gabarito de 0 0,015 015” não vai entrar pelo menos em metade d lacunas das l d arruela. da l Isso significa que a diferença DTI residual é menor que uma folga de 0,015”. Ref: http://www.appliedbolting.com/pdf/chin_instruction.pdf 30 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Ref: htttp://www w.applie edbolting g.com/ Arruela com indicador de carga 31 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Arruela com indicador de carga Ref: http://www.appliedbolting.com/pdf/chin_instruction.pdf 32 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Arruela com indicador de carga http://www.turnasure.com/3d-demo.html 33 LIGAÇÕES PARAFUSADAS P f Parafuso com controle t l de d tensão t ã Conjunto ASTM A 325 TC com Controlador de Tensão Estágios do aperto Ref: Apresentação Comercial do Fabricante “Parafusos Ciser”, Valdecir Furtado, 2007. 34 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Ligações por atrito: Parafusos de alta resistência Coeficiente de atrito em função da superfície de contato As exigências de ligação por contato tem que satisfeitas Verificação da “Resistência Resistência ao Deslizamento” Deslizamento 35 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Resistência ao Deslizamento - item 6.3.4 Nas ligações com furos padrão e furos com alongamentos transversais à direção da força aplicada: F O deslizamento constitui Estado Limite de Serviço (E.L.S.) Coef. de atrito fator de furo Força ç de protensão p mínima do p parafuso Redução da força de protensão pela força de tração solicitante característica no parafuso número de planos de deslizamento 36 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Resistência ao Deslizamento - item 6.3.4 37 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Resistência ao Deslizamento - item 6.3.4 Nas ligações com furos com alongamentos paralelos à direção da força aplicada: F o deslizamento constitui Estado Limite Último (E.L.U.) Coeficiente de ponderação da resistência: = 1,2 (comb. normais, especiais ou de construção) =1,0 (comb. excepcionais) Redução edução da força o ça de p protensão ote são pela força de tração solicitante de cálculo no parafuso 38 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Força de Protenção Mínima em parafusos f ASTM S Tabela 15 – NBR 8800 - FTb 0,70 Abe f u 39 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Espaçamento entre furos (itens 6.3.9 e 6.3.10) 3d Espaçamento mínimo entre furos: E Espaçamento t máximo á i entre t parafusos: f 3d d a) em elementos pintados ou não sujeitos à corrosão, o espaçamento não pode exceder 24 vezes a espessura da parte ligada menos espessa, nem 300 mm; b) para elementos sujeitos à corrosão atmosférica, executados com aços resistentes à corrosão, não pintados, o espaçamento não pode exceder 14 vezes a espessura da parte ligada menos espessa, nem 180 mm. 40 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Espaçamento mínimo furo-borda (item 6.3.11) 41 LIGAÇÕES PARAFUSADAS Espaçamento máximo furo-borda (item 6.3.12) 6.3.12 Distância máxima de um parafuso ou barra rosqueada às bordas A distância do centro do parafuso mais próximo até essa borda não pode exceder 12 vezes a espessura da parte ligada considerada, considerada nem 150 mm. 12 t 150 mm 42 Elementos de ligações (Item 6.5) C Colapso por Rasgamento (Item ( 6.5.6)) Estado Limite de Colapso por Rasgamento: cisalhamento de uma ou mais linhas de falha tração de um segmento perpendicular Fig. 18-a NBR 8800 – Situações típicas nas quais deve ser verificado o estado-limite de colapso por rasgamento em ligações parafusadas 43 Elementos de ligações (Item 6.5) C Colapso por Rasgamento (Item ( 6.5.6)) Estado Limite de Colapso por Rasgamento: Fig. 18 NBR 8800 – Situações típicas nas quais deve ser verificado o estado-limite de colapso por rasgamento em ligações soldadas 44 Elementos de ligações (Item 6.5) C Colapso por Rasgamento (Item ( 6.5.6)) Força resistente de cálculo ao colapso por rasgamento: é o coeficiente de redução da área líquida. 45 Elementos de ligações (item 6.5) Colapso por rasgamento (item 6.5.6) An t n d b 3,5mm (2,5 no exemplo da figura) 2 mm + 1,5 mm (furo padrão) 46 Elementos de ligações (Item 6.5) Colapso por Rasgamento (Item 6.5.6) - coeficiente f de redução da área líquida: =1,0 Tensão de tração na área líquida uniforme: =0,5 Tensão de tração na área líquida NÃO-uniforme: 47 LIGAÇÕES PARAFUSADAS EXERCÍCIOS Í 1. Dimensionar a ligação parafusada entre duas chapas com b=400mm e t=12,5mm de aço AR-345 solicitadas com Q=550kN de tração. Usar parafusos A-325 A 325 d=3/4” d 3/4 em corte simples. Dimensionar uma ligação “por por contato” e outra “por atrito”. b F ... Ref: Notas de Aula Prof. Jorge Hiijar, 2005. F t 48 LIGAÇÕES PARAFUSADAS EXERCÍCIOS Í 2. Verificar se a ligação parafusada abaixo é satisfatória se considerada: a) “por contato”; b) “por atrito”. G=100kN 8 parafusos d=3/4” A325 Q 300kN Q=300kN 3 4 Considere: • Roscas no plano de corte; F • Efeito de alavanca desprezível; p espessas p sem risco de esmagamento g p pelo p parafuso;; • Chapas • Não verificar a pressão de contato; • Furos-padrão. 49 LIGAÇÕES PARAFUSADAS EXERCÍCIOS 3. Determinar o diâmetro dos parafusos para a ligação apresentada abaixo: y F parafusos A325 F=100kN 60 Considere: 60 • Ligação por atrito; • Sem rosca no plano de corte; • Furos padrão; • A chapa de ligação não governa a ligação x 100 100 50 LIGAÇÕES PARAFUSADAS EXERCÍCIOS Observações sobre ligações de cisalhamento excêntrico: T J T T F dA dA J r2 J O 2 dA Fx T y r 2 Fy T x r2 51 LIGAÇÕES PARAFUSADAS EXERCÍCIOS Ref: “Curso Básico de Estruturas de Aço”, Péricles Barreto de Andrade, Ed. IEA, 1994. 52