Guia Prático SAP2000: Modelagem e Análise Estrutural, Esquemas de Mecânica

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PREFÁCIO

O presente ebook é uma compilação de algumas das principais fer- ramentas disponíveis no SAP2000. Essas ferramentas são expostas de maneira aplicada, através da modelagem de um pórtico espacial. Acreditamos que assim, o leitor adquire o conhecimento de cada fer- ramenta de forma sólida, facilitando o aprendizado e permitindo o uso em diversas outras situações. Para se aprofundar no tema, clique no link abaixo e confira nosso curso de Modelagem e Análise de Estruturas Especiais no SAP2000. ACESSAR PÁGINA DO CURSO Espero que goste. Boa leitura!

JANELA DE TRABALHO

BARRA DO MENU PRINCIPAL

Nesta barra estão disponíveis todos os comandos do software. Al- guns destes estão distribuídos em forma de atalhos ao longo de toda a janela principal e podem ser customizados. As seções desta barra estão dispostas em uma sequência lógica de aplicação de comandos, da esquerda pra direita. ·File: funções de arquivo, criar novo arquivo, salvar, abrir e imprimir; ·Edit: Desfazer e refazer comando, editar elementos de barras, áreas e sólidos, replicar estrutura, copiar, colar, etc. A partir dessa seção que se faz o refinamento da malha.;

·View: Comandos de visualização e medição; ·Define: Definição de seções de barra, área e sólido, dados de mate- riais, tipos de carregamentos, casos de carregamento, combinações de carregamentos; ·Draw: Desenhe os elementos, como áreas, barras, pontos e links; ·Select: Em um projeto de grande porte, a seleção de objetos é facili- tada por esta seção; ·Assign: Após os elementos estarem desenhados na área de dese- nho, deve-se atribuir à eles as suas respectivas propriedades físicas e geométricas, que foram criadas na seção “define”; ·Analyse: Após a conclusão de toda a modelagem, nesta seção a es- trutura é enfim processada para posterior análise; ·Display: Nesta seção é possível ajustar o que será exibido na tela, como a estrutura deformada, os gráficos de esforços e os carrega- mentos aplicados; ·Design: Nesta seção é feito o dimensionamento da estrutura. Ape- sar de não possuir normas nacionais, é possível obter resultados aproximados para a armadura de flexão através da norma européia. ·Options: Pode-se aqui acessar opções de visualização, temas de co- res, tamanho de textos, customização da área de trabalho através da ativação e desativação de atalhos, opções gráficas, etc; ·Tools: Plugins que podem ser adicionados ao software; ·Help: Aqui é possível acessar os manuais de referência do software, rico em conhecimento técnico e em funcionalidades do programa.

O modelo pré-definido está em 2D, o próximo passo consiste em re- plicar este pórtico utilizando pontos e barras, de forma a obter uma estrutura em 3D com vão igual nas duas direções. Seção “Draw” > comando “Draw Special Point”. Para criar um nó, é preciso especificar uma distância relativa e sele- cionar um ponto de referência. No exemplo, serão criados quatro nós adicionais a partir dos quatro existentes. Observando o eixo global e com as unidades no canto inferior direito em metros, a distância relativa será de 5 unidades no eixo Y+. DICA: na linha de comandos abaixo da barra do menu principal, se- lecione o comando “3-d” para restaurar a visualização. Seção “Draw” > comando “Draw Frame / Cable / Tendom”. Crie as barras unindo os pontos criados.

EIXOS LOCAIS E GLOBAIS

RESTRAINTS

O sistema global de coordenadas é tridimensional e fixo, denotado por X, Y e Z, perpendiculares entre si, e satisfazendo a regra da mão direita. Cada parte da estrutura (nós, elementos e restrições) tem seu pró- prio sistema de coordenadas 1, 2 e 3, que podem ou não coincidir com o sistema global. Na criação de nós, os seus eixos locais 1, 2 e 3 são criados na mesma orientação dos eixos globais X, Y e Z. O mesmo não ocorre por padrão para elementos de barra, área e sólido. A imposição de restrições dos graus de liberdade é realizada pelo co- mando “Restraints” e aplicado apenas em nós (Joints). É possível impor um deslocamento nulo nas direções U1, U2 e U3, e uma rota- ção nula nos sentidos R1, R2 e R3. Os seis graus de liberdade de deslocamento no sistema de coordena- das locais de um nó podem ser observados na imagem a seguir.

DEFINIÇÃO DE MATERIAL

Seção “Define” > comando “Materials...” > “Add New Material”; Region: “User” ; Material Type: “Concrete” Na janela que será aberta, adicionar os dados do concreto: Fck= 25 MPa, Ecs = 24 GPa, Peso espec.= 25 KN/m². Sempre especifique um nome na definição de um elemento ou mate- rial. Neste exemplo, pode ser “25MPa”. DICA: Pressionando “Shift” + 2 cliques na área de inserção de texto, é aberta uma janela com uma calculadora. DICA: Basta digitar a unidade após o número para fazer uma con- versão rápida. Exemplo: mesmo que as unidades estejam em kgf/ cm², ao adicionar o valor “24000mpa”, o módulo de elasticidade será convertido automaticamente para seu valor em kgf/cm².

DEFINIÇÃO DE SEÇÃO

Crie a seção dos pilares e das vigas. Seção “Define” > opção “Section Properties” > comando “Frame Sec- tions...” > “Add New Property” Property Type: “Concrete”, Section: “Rectangular” Dados Pilar: seção de 0,20 x 0,20 metros, material: 25MPa; Dados Viga: seção de 0,40 x 0,15 metros, material: 25 MPa. Observação: o dimensionamento foi feito apenas para as vigas. Crie a seção da laje: Seção “Define” > opção “Section Properties” > comando “Area Sections...” > “Add New Section”. Dados Laje: Type: “Shell-Thin”, Espessura (Thickness): 10cm, mate- rial: 25MPa. Na janela de definição de pro- priedades de viga, clique em “Concrete Reinforcement” e em material do vergalhão (rebar ma- terial) modifique as proprieda- des do material pré-definido para os dados de um aço CA-50, com fy = 500 MPa, em seguida sele- cione dimensionamento tipo viga (Beam) e especifique a distância da face inferior da viga até o cen- tro de gravidade da armadura de 3cm.

ATRIBUIÇÃO DE SEÇÕES

CRIAÇÃO DA LAJE

Thickness (Espessura): Cada seção homogênea tem uma espessura de membrana constante e uma espessura de flexão (Bending) constante.

• Membrane: espessura de membrana, usada para o cálculo da rigi- dez da membrana em elementos membrane e shell, e também para o cálculo do volume do elemento e peso próprio;
• Bending: espessura de flexão, usada para o cálculo da rigidez de flexão e de cisalhamento para elementos plate e shell. Usualmente, estas duas espessuras tem o mesmo valor. Com as barras criadas e as seções definidas, deve-se associar cada barra a uma seção criada. Selecione as barras que representam as vigas. Seção “Assign” > opção “Frame” > comando “Frame Sections...” > se- lecione a seção “viga” e aplique o comando. Repita o procedimento para os pilares. Seção “Draw” > comando “Draw Poly Area...” Na janela que aparece, defina a seção criada para a laje. Selecione os quatro nós que delimitam a laje e tecle “Enter”.

Para ver a estrutura com os elementos extrudados, configure o tipo de visualização. Seção “View” > Comando “Set Display Options...” > Aba “General Options” > Em View Type, selecionar “Extrude” Retorne para a visualização padrão. View Type: “Standard”

DEFINIÇÃO DE CARREGAMENTOS

Seção “Define” > comando “Load Patterns...” Definir padrões de carregamento conforme imagem abaixo.

• PP: Peso Próprio;
• SC: Sobrecarga;
• CP: Carga Permanente Certifique-se de que os casos de carregamento estejam condizentes com os padrões de carregamento. Seção “Define” > comando “Load Cases...” Por fim, é necessário definir as combinações de carregamento.

Crie uma carga de 0,5tonf/m no padrão CP, com base no sistema de coordenadas “GLOBAL”, na direção da gravidade (Z negativo). Selecionando o elemento de área, vamos inserir as cargas na laje. Seção “Assign” > opção “Area Loads” > comando “Uniform (Shell)...” Adicione 1,5 kN/m² de carga permanente (CP), e depois repita o pro- cedimento para adicionar 2kN/m² de sobrecarga (SC). Confira se os carregamentos foram aplicados adequadamente. Selecione a barra que representa a viga, depois clique na barra com o botão direito do mouse. Na janela informativa, aba “Loads”, veja se está definido a carga de 0,5 tonf/m. DICA: Verifique se as unidades definidas são as desejadas. Repita o procedimento para o elemento de área.

DICA: Verifique as dimensões da estrutura. Seção “View” > opção “Measure” Selecione o elemento de área. Seção “Edit” > opção “Edit Areas > comando “Divide Areas...” Divida a área em objetos de no máximo 0,25x0,25m.

DISCRETIZAÇÃO DA LAJE

A régua de cores demonstra através da coloração azul escura os pon- tos de menor deslocamento, que se encontram nas proximidades dos apoios, ao passo que a tonalidade roxa representa um maior desloca- mento situado no centro do vão. Agora, vamos analisar os diagramas das barras. Seção “Display” > opção “Show Forces/Stresses” > comando “Fra- mes/Cables/Tendons...” Na janela aberta, é possível selecionar os diagramas de força axial, cortantes, momentos fletores e torção.

Por fim, vamos acessar os diagramas de área. Para maior facilidade na interpretação dos diagramas, é interessan- te fazer a orientação dos eixos locais. Para visualizar os eixos locais, vá na seção “View” > comando “Set Display Options” > Em Areas, ative “Local Axes”. Na imagem acima, o eixo 1 está representado na cor vermelha, eixo 2 na cor verde, e eixo 3 na cor turquesa. O momento fletor para barras é em torno do eixo, já para áreas é em direção ao eixo. Por exemplo, para visualizar o momento na direção 1 (x local), é necessário ativar o momento M11.