Exercícios Resolvidos de Ligações Soldadas - Ex 1011

Exercicios de Ligacdes Soldadas 101 Resolvidos Ex 1011 Ligagao soldada tracionada Uma placa de aco de 12mm esta sujeita uma forca de tracao axial do tipo carga varidvel decorrente de uso e ocupagao de 40kN Ela esté conectada a uma outra placa de 12mm formando um perfil T por meio de solda de filete Dimensionar a solda usando eletrodo E60XX Dados ago A36 MR250 Corte AA 212mm 40 KN 40 kN 100 A chapa 1 a n chapa 1 chapa 2 chapa 2 Figura 101 Ligagao soldada tracionada Solugao Primeiro é necessdrio determinar qual é o esforco solicitante de calculo Este pode ser calculado como Nisd YqNr 1 5 x 40kN 60kN Temse entao as seguintes disposicoes construtivas para a solda 635mm tminMB 125mm Wmin 5mm tminMB 635mmM Wmar tminuB 15mm 12mm 15mm 105mm Ww dmm ly 4w 4 x 5mm 20mm ly 40mm Com l 100mm OK Ha trés casos que devem ser checados esforco de tracao no metal base esforco de cisalhamento no metal base e esforco de cisalhamento na solda Apresentase a seguir os calculos para a o esforco de tragao no metal base o qual ocorre na chapa 1 Ai mp lwt 100 x 05 50cm 90 Estruturas Metalicas Prof Marco André Argenta A 50 x 25 Nuwpraese Btu 29 113 ann Yal 11 Ly 100mm 2b 2 x 12mm 24mm C 10 Cap 433 Coeficiente de Redugao C Chapas Planas CA 10 x 50 x 40 Num Bpearup EM B Ia BO XPOX 148 15k ees Va2 135 Como NiMBRdrup 148 15kN NimeRaesc 113 64kN Nisa 60KN na chapa 1 nao ocorrera falha sob a solda Checase em seguida o esforco cortante no metal base o qual ocorre na chapa 2 Destaca se que é necessario multiplicar a area do metal base por 2 pois a ruptura terd que acontecer em duas regides simultaneamente como mostrado na figura 1014 da apostila Temse entao AyMB 2lwt 2 x 100 x 05 10 0em 06A 06 x 100 x 25 Vite raese roAuMBIy 06 100 25 156 sen Yal 11 Lw 100mm 2b 2 x 12mm 24mm C 10 Cap 433 Coeficiente de Redugao C Chapas Planas 06CA 06 x 10 x 10 x 40 VMBRdrup DOC MB ty ee 177 78kN a2 135 Como Vy7BRdrup 177 78kN VipRdesc 136 36kN Ni gq 60kN na chapa 2 nao ocorrera falha sob a solda Finalmente devese checar o esforco de cisalhamento na solda Para combinagoes normais e lembrando que ha duas fileiras de solda uma de cada lado da chapa temse entao Para eletrodo E60XX fy 415M Pa 2 5D 2 fy U2 Sm 5 535mm 2 2 Ay 2twly 2 x 03535 x 100 7 07m 06A 06 x 707 x 415 Vira 0 6Awsw 06x T07 x 415 130 40kN Yw2 135 Como Vi rq 13040kN Nisa 60KN a solda resiste ao esforco solicitante Portanto como todos os elementos foram checados o dimensionamento é satisfatério Ex 1012 Comprimento necessario solda Qual é 0 comprimento e qual é a espessura da solda de filete requeridos para a conexao da figura Admitir aco A36 e eletrodo E60XX O esforco solicitante é variavel decorrente da acao do vento Corte AA A 12x127mm 100mm 90 KN See chapa 1a 10mm b5mm chapa 2 12mm chapa 2 chapa 1b 180 kN 10mm A 127mm 10x75mm b a Figura 102 Vista lateral e corte AA Solugao Capitulo 10 Exercicios de Ligacoes Soldadas 91 Prof Marco André Argenta Estruturas Metalicas E necessdrio determinar qual é o esforco solicitante de calculo Este pode ser calculado como Nisa YoNr 14 x 180 252kN Temse entao as seguintes disposicoes construtivas para a solda 635mm tminMB 125mm wWmin 5mm tminMB 635mm Wmar tminMB 15mm 10mm 15mm 85mm vw 5mm OK ly 4w 4 x 5mm 20mm ly 40mm l Distancia entre Soldas L 100mm oly 100mm Para este caso ha duas verificagdes na ligacao esforco de cisalhamento no metal base e esforcgo de cisalhamento na solda Além disso é possivel abordar o problema para as soldas de duas maneiras distintas mas que chegam ao mesmo resultado A primeira é considerar que as 4 soldas resistem ao esforco solicitante de calculo integral Nisa 252kN A segunda é considerar que 2 soldas resistem metade do esforco solicitante de calculo Nisa2 126kN Sera utilizado a primeira abordagem nos calculos do problema Calculandose o esforco resistente da solda ao cisalhamento em fungéo do comprimento da solda e comparandose esse valor com o esforco solicitante de calculo é possivel determinar qual o menor valor do comprimento de solda necessdrio Temse entao Para eletrodo E60XX fy 415M Pa 2 5V2 ty UN BV ear 2 2 Ay 4twlw 4 x 03535 x ly 1 4141 para l em cm 064 06 x 1414l x 415 VwRd 0 6 Aw fu 2 26 081 para I em cm e Vy rq em kN Yw2 1 35 VuRd 26 08ly Vgq 252 ly 9662 96 62mm Sendo assim sera adotado J 100mm ja que este valor atende a todos os critérios apresentados Como se trata de soldas de filete longitudinais nas ligagoes extremas de elementos axialmente solicitados o comprimento efetivo deve ser tomado como o comprimento total da solda multiplicado pelo fator de reducao 8 dado por thas 100 06 120002 12 0002 116 101 a120002 120m 9 11642 08 101 Portanto lwtotal 2 lw 10 x 100 100mm 102 E por fim a verificagao no metal base para ambas as chapas é fungao da area do metal base definida pelo comprimento de solda pela respectiva espessura da chapa Para escoamento da chapa 2 06AuBfy 06 x 100 x 12 x 25 VMBRa 22 227 27kN Yal 11 Na avaliacao da ruptura no metal base usase o coeficiente C para a avaliacao da transmissao dos esforcos Nesse caso como a forca de tracao é transmitida somente por soldas longitudinais ao longo de ambas as suas bordas e l b sendo b 100mm o coeficiente de redugao C 0 75 Capitulo 10 Exercicios de Ligacoes Soldadas 92 Estruturas Metalicas Prof Marco André Argenta Para a ruptura da chapa 2 06CA 06 x 075 x 100 x 12 x 40 VMBRd 0 6CAv mB yu 22 320 0k N Ya2 135 Como Vsq VivBra 320 0kN 0 metal base esta verificado Ex 1013 Solda com filetes de comprimentos diferentes Calcular a ligacaéo do tipo solda de filete de um perfil L 127x127mm submetido a tracgao axial permanente de pequena variabilidade com uma chapa gusset como indicando na figura Adotar ago ASTM A36 MR250 eletrodo E70XX e forca oriunda de agdes permanentes peso proprio de estruturas prémoldadas Nao ha a necessidade de verificar o colapso por rasgamento F t 907 150 kN I 363 E é si 127mm Figura 103 Filetes de comprimentos diferentes M4 2wW ee as w OF Sy VY sentido sugerido de execucdo da solda para evitar defeitos Figura 104 Sentido de execucao da solda e distancia minima da borda w Solugao Comecase checando as seguintes disposicdes construtivas a seguir lembrando que a chapa e o perfil possuem a mesma espessura de 127mm 125mm tminmB 19MM Wmin 6mm tus 635mm Wmar tus 15mmMm 12 7mm 15mm 11 2mm Ww 6mm 4w 4 x 6mm 24mm Lwin 2 40mm Capitulo 10 Exercicios de Ligacoes Soldadas 93 Prof Marco André Argenta Estruturas Metalicas J bwmin 2 40mm Os esforcos desenvolvidos nas soldas devem ter resultante passando pelo centro de gravidade do perfil L para que nao surjam efeitos de flexao na ligacdo soldada e no perfil Sendo J e lw2 os comprimentos das soldas podese determinar as forcas F e Fp que atuam nas soldas através das equacoes de equilibrio como mostrado a seguir M 0 F x 363mm F x 127mm 0 150kN x 363mm F x 127mm 0 F 42 874kN iF 0 FFF0 150kN 42874kN Fo 0 Fy 107 126kN Entretanto esses valores ainda nao foram majorados Sendo F N devese entao fazélo para obterse os seguintes esforcos solicitantes de calculo Nga 9Nr 13 x 150KN 195kN Nisa YqNr1 13 x 42 874k N 5D 736kN Nisa YgNk2 13 x 107 126kN 139 264kN Para determinar os valores dos comprimentos de solda ly e ly2 devese calcular o valor dos esforcos resistentes de calculo para entéo comparalo com os valores dos esforcos solicitantes de cdlculo jé determi nados Para esse caso devem ser checados os casos de esforcgo de cisalhamento na solda e de esforco de cisalhamento no metal base chapa Temse respectivamente Para eletrodo E70XX fw 485M Pa 2 6V2 i uy 6v2 4 243mm 2 2 Aw twlw 0 4243 x lw1 para I y1 cm 06A 06 x 0 4243 x ly x 485 VwRd 0 6Awsw 0 6 x 0 4243 x tui x 485 941601kN para 11 em cm Yw2 135 Ay MB lwt lwi X 127 para l1 cm 06A 06 X lwi X 127 x 25 VMBRdese vM By ee eS ee loo 27 1732lykN para l em cm Yal 11 Assumindo ly 40mm 2b C 10 Cap 433 Coeficiente de Reducao C Chapas Planas 06CA 06x10x1 127 x 40 VMBRdrup 0 6CrAt mB fu DOK TE Awl AAS 22 58ly kN para ly em cm Ya2 135 Para o caso critico do menor esforco resistente de calculo o qual corresponde ao escoamento do metal base temse VMBRdesc 17 32lyikN Ni sq 55 736kN ly1 3218em 32 18mm oe lw ed 40mm Como ly 24mm 2b Cy 10 OR Capitulo 10 Exercicios de Ligacoes Soldadas 94 Estruturas Metalicas Prof Marco André Argenta Podese entao repetir 0 mesmo processo para determinar o valor de I ou podese calculdlo ao perceber que a relagao entre 1 w2 com os esforgos Nj 9q e Nogq deve ser mantida constante Adotando o segundo método por simplicidade temse lur Nisa 40mm 55 736kN Se 8 5 ng S99 945mm lwe No lug 139264kN 8 7 Checase finalmente o valor do comprimento efetivo da solda através da seguinte equacao L 06 ly Ly8 Ly 2 0002 Entretanto podese notar que o valor do comprimento efetivo de solda somente sera reduzido caso o valor de 0002 02 ou seja se o valor de Ly meaty 100w 100 x 6mm 600mm Entao podese optar por valores aproximadamente iguais aos calculados mas que sejam mais facilmente executaveis em obra Por exemplo podese determinar lw1 40mm lw2 100mm E necessario ainda garantir que ha um valor de ao menos w 6mm entre a borda da pega e o final do filete de solda como indicado na figura 104 Ex 1014 Solda no entorno com filetes diferentes Resolver novamente o problema anterior 1013 considerando o alteracdo na disposicao solda de filete apresentada na figura a seguir Adotar aco A36 MR250 eletrodo E70XX e forca oriunda de agdes permanentes peso proprio de estruturas prémoldadas Pear 7 Ws 907 450 kN f F jes I 3 363 F oo e i 127mm Figura 105 Esquema da solda em todo o entorno Solugao Considerandose o valor de 3 constante e igual a distancia entre 11 e ly2 ou seja lw3 90 7mm 36 38mm 127mm Temse também as seguintes disposicdes construtivas as quais foram apresentadas no exercicio anterior 1013 125mm tminmB 19MM Wmin 6mm tue 635mm Wmar tus 15mm 12 7mm 15mm 11 2mm Ww 6mm Capitulo 10 Exercicios de Ligacoes Soldadas 95 Prof Marco André Argenta Estruturas Metalicas 4w 4 x 6mm 24mm Lwin 2 40mm ee eae ae Sendo que ly min se aplica as solda 1 2 e 3 somadas Devese entao calcular os valores para os casos de esforco de cisalhamento na solda e de esforgo de tragéo no metal base chapa gusset Temse portanto para a regiao da solda 3 respectivamente Para eletrodo E70XX fw 485M Pa 2 2 ty wv Gmmmyv2 4 243mm 2 2 Aw twly 04243 x 127 5389em 06A 06 x 5389 x 485 VwRd 0 6Aw fw 2 116 16K Yw2 135 Aime lwt 127 x 127 16129em A 16129 x 25 VlBRdese 4 Sy 16129 x 25 366 568kN Yal 1 1 Ly 2b 2 x 12mm 24mm C 10 Cap 433 Coeficiente de Redugao C Chapas Planas CA 10 x 16129 x 40 VMBRdrup CrAnmBu 10 x16 129 x 40 ATT 896kN Ya2 135 Como o caso critico é para o cisalhamento na solda temse que a solda 3 resistiré a 11615kN do valor de Ngq 195kN Portanto as soldas 1 e 2 terao que resistir 4 uma forga igual a Nsdrestante 195kN 11615kN 78 85kN Pelo mesmo método apresentado no exercicio anterior temse uM 0 Nsgarestante X 363mm Ni sa X 127mm 0 7885 x 363 Mi sq x 127 0 J M1 sa 22537kN oF 0 Nsdrestante Nisa N2sa 0 78 85kN 22537kN No gq 0 No 54 56 313kN Sendo os valores para os casos de resisténcia ao cisalhamento da solda e de resisténcia ao cisalhamento no metal base iguais aos do exercicio anterior temse para o caso critico que VuBRdesc 1732ly1kN para ly em cm VMBRdesc 17 32lyikN Nisa 22537KN ly 1301em 1301mm 40mm Como ly total 40mm adotando ly 25mm ly 2b Cy 10 OK lw Ny Sd 25mm 22 537kN vwl NL Sd OTM 24 0018 Lo 62467 luo Noga lwo 56313kKN mm Adotando ly2 65mm lw total bw1i lw2 lw2 127 25 65 102 7mm 40mm OF Checase o valor do comprimento efetivo de solda através da seguinte equacao Capitulo 10 Exercicios de Ligacoes Soldadas 96 Estruturas Metalicas Prof Marco André Argenta L 06 ly Ly8 Ly 2 0 002 Entretanto podese notar que o valor do comprimento efetivo de solda somente sera reduzido caso o valor de 0 002 02 ou seja se o valor de Ly 100w 100 x 6mm 600mm Entao lwi 25mm lw2 65mm Esses valores sao aplicaveis desde que sejam executado em um unico passe juntamente com 3 para que o sejam considerados como um Unico filete de solda e atendam a disposicgao construtiva de que 1 40mm E necessario ainda garantir que ha um valor de ao menos w 6mm entre a borda da pega e o final do filete de solda como mostrado no exercicio anterior 1013 102 Propostos nivel iniciante Ex 1021 Soldade Topo Determine a maxima carga acidental caracteristica P que pode ser aplicada na ligacao de topo da figura Cada componente é uma placa CH 15875x1778 mm de aco A242 A solda de eletrodo E70XX tem uma perna de 794 mm Z y g y g y G y Y g y Z ZL Y EEE P Figura 106 Solda de Topo entre chapas Ex 1022 Solda no contorno Uma barra tracionada é conectada por filetes de solta de eletrodo E70XX com perna de 476 mm de largura conforme figura A chapa interna é uma CH 127x762 mm e as externas sao CH 794x762 mm Todas sao de ago MR250 Determine a maxima carga acidental caracteristica P que pode ser aplicada na ligacao CH 127x1524 J 2CH 794x762 Pp Pp 762 Figura 107 Solda no contorno Ex 1023 Estados Limites para a Solda Determine a maxima carga caracterfstica que pode ser aplicada se a relacaéo cargas acidentais sobre cargas permanentes é 30 Investigue todos os estados limites A barra tracionada é de aé A572 grau 50 e a chapa gusset de A36 A solda tem uma perna de 3175 mm e foi feita com eletrodo E70XX Capitulo 10 Exercicios de Ligacoes Soldadas 97 Prof Marco Andre Argenta Estruturas Metalicas Figura 108 Esquema da ligacao do Perfil C e a chapa gusset Ex 1024 Dimensionamento de solda cantoneira Dimensione a ligacao soldada da figura As forcas dadas sao caracterısticas e valem Fgk 88kN de pesos de estruturas metalicas e Fqk 222kN de uso Use fy 50kNm2 para a cantoneira e fy 36kNcm2 para a chapa gusset Faca um desenho final da solda dimensionada Figura 109 Cantoneira a ser Soldada Ex 1025 Dimensionamento de solda perfil C Dimensione uma ligacao soldada para conectar um perfil C 102x80 de aco A572 grau 50 a uma chapa gusset de 9525 mm de espessura de aco A36 Faca o detalhamento completo da ligacao Figura 1010 Perfil C para ser ligado com solda 103 Propostos nıvel intermediario Ex 1031 Diversas pernas do filete Determine a dimensao b da perna do filete de solda necessaria para desenvol ver o esforco resistente de calculo das pecas nas ligacoes esquematizadas Aco MR250 e eletrodo E60XX Capıtulo 10 Exercıcios de Ligacoes Soldadas 98 Estruturas Metalicas Prof Marco Andre Argenta Figura 1011 Ligacoes Esquematizadas 104 Propostos nıvel graduado Ex 1041 Dimensionamento as cegas Dimensione uma barra tracionada e sua conexao de acordo com as seguintes condicoes A barra deve ser composta por cantoneiras de abas iguais de aco A572 grau 50 Comprimento de 548 cm A aba das cantoneiras seraao soldadas a uma chapa gusset de 9525 mm de espessura de aco A36 A carga permanente caracterıstica vale 200 kN a acidental caracterıstica 266 kN e a do vento 275 kN todas de tracao Mostre os resultados na forma de um desenho tecnico de detalhamento da ligacao com memorial de calculo completo Capıtulo 10 Exercıcios de Ligacoes Soldadas 99