Ligações Parafusadas - Pós-Graduação em Engenharia de

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
ab
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