Relatório CTICM: Compreender as Diferenças nos Resultados de Ligações

Método das Componentes

No tradicional Método das Componentes, uma junta de aço é decomposta em componentes mecânicos individuais, cada um representando um modo específico de deformação (por exemplo, parafuso à tração, flexão da placa de extremidade, flexão do banzo do pilar, alma do pilar à tração ou compressão).

A cada componente é atribuída uma rigidez analítica em forma fechada e uma relação simples força–deformação. O comportamento global da junta é então obtido pela assemblagem destes componentes.

Método dos Elementos Finitos baseado em componentes

CBFEM (Método dos Elementos Finitos baseado em componentes) combina a precisão da análise por elementos finitos com a clareza e a filosofia normativa do Método das Componentes.
A ideia é simples:

• Chapas e soldaduras → modeladas como elementos finitos de casca
• Parafusos, âncoras e fixadores similares → mantidos como componentes ao estilo do Método das Componentes

Avaliação independente do CTICM

O CTICM, o instituto técnico francês para a construção metálica, realizou a verificação do IDEA StatiCa comparando os resultados do CBFEM com o Método das Componentes do Eurocode aplicado no software Platinex, desenvolvido pelo CTICM. O seu estudo examinou várias ligações de aço típicas, com foco na resistência da junta, nas forças nos parafusos e no comportamento estrutural global. Ao avaliar todas as abordagens lado a lado, o CTICM conseguiu identificar a origem das diferenças e confirmar a fiabilidade e consistência dos resultados do IDEA StatiCa.

Ligação aparafusada chapa a chapa

Para a ligação viga-a-viga sujeita a tração, as fiadas de parafusos superior e inferior apresentam forças praticamente idênticas em ambas as abordagens, com diferenças inferiores a 1%. 

A fiada intermédia, no entanto, difere aproximadamente 2–5%. No IDEA StatiCa, as forças nos parafusos não estão igualmente distribuídas porque desenvolvem-se deformações plásticas nas zonas da chapa em torno dos parafusos, o que reduz ligeiramente a força transmitida pela fiada intermédia.

Ao comparar ligações sujeitas a momento, a resistência da fiada de parafusos mais afastada da zona comprimida (o lado de tração) é muito semelhante em ambos os métodos, e ambos preveem o mesmo tipo de rotura no parafuso de tração. As diferenças surgem nas restantes fiadas de parafusos, onde as forças se redistribuem de forma diferente. 

Este comportamento é explicado pela distinção entre um modelo não linear 3D no IDEA StatiCa e a abordagem idealizada 2D utilizada no Método das Componentes. O modelo CBFEM captura a deformação realista da chapa e a distribuição de tensões ao longo da junta, o que conduz naturalmente a uma distribuição de forças diferente entre as fiadas de parafusos.

Cantoneira aparafusada à chapa de ligação

Para a ligação cantoneira-a-chapa de ligação sujeita a tração, ambos os métodos preveem uma resistência praticamente idêntica e o mesmo mecanismo de rotura. O IDEA StatiCa identifica deformação plástica na aba da cantoneira que excede o limite de deformação de 5%, enquanto o Método das Componentes indica rotura na cantoneira. A resistência calculada pelo IDEA StatiCa é ligeiramente inferior (6%).

Ligação de corte com cantoneira aparafusada

Para a maioria dos casos de ligações de corte, os resultados do IDEA StatiCa e do Método das Componentes são muito próximos, tipicamente dentro de 3%. A única exceção notável é a configuração 3, em que uma viga está ligada à alma de um pilar contínuo. Nesta situação, o IDEA StatiCa prevê uma resistência ligeiramente superior à do método do Eurocode.

Um aspeto fundamental das ligações de corte no IDEA StatiCa é o aparecimento de forças de tração inesperadas. Embora apenas seja aplicado corte, a junta deforma-se de forma a introduzir uma pequena rotação de flexão, visível no modelo de forma deformada. Esta deformação altera o equilíbrio das forças internas e gera tração em alguns parafusos, uma vez que os parafusos são definidos como molas não lineares ativas à tração e ao corte.

É também importante notar que as forças previstas são sensíveis à definição da posição do ponto de momento fletor nulo. Pequenas diferenças neste ponto de referência podem conduzir a alterações significativas nas forças resultantes nos parafusos.

Conclusão

A verificação do CTICM confirmou que os resultados do IDEA StatiCa são consistentemente próximos dos cálculos do Platinex, com desvios tipicamente dentro de ±15%. Na maioria dos casos, o IDEA StatiCa fornece resultados ligeiramente mais conservadores, o que é benéfico do ponto de vista da segurança. As diferenças remanescentes são totalmente explicadas pelo contraste entre a modelação por elementos finitos não linear 3D no IDEA StatiCa e as simplificações analíticas utilizadas no Método das Componentes do Eurocode. No geral, a avaliação demonstrou que o IDEA StatiCa se alinha bem com a prática de engenharia francesa e fornece avaliações estruturais fiáveis e transparentes.