Descrição
O objetivo deste capítulo é a verificação do método dos elementos finitos baseado em componentes (CBFEM) para uma soldadura de filete numa ligação viga-coluna com enrijecedores, utilizando o método das componentes (CM). Uma viga de secção aberta IPE é ligada a uma coluna de secção aberta HEB400. Os enrijecedores estão no interior da coluna, opostos aos banzos da viga. A secção da viga é o parâmetro variável. São considerados três casos de carga, ou seja, a viga é carregada à tração, ao corte e à flexão.
Modelo analítico
A soldadura de filete é o único componente analisado no estudo. As soldaduras são dimensionadas de acordo com o Capítulo 4 da EN 1993-1-8:2005 para serem o componente mais fraco da ligação. A resistência de cálculo da soldadura de filete é descrita na Secção 4.1. Uma visão geral dos exemplos considerados e dos materiais é apresentada no Quadro 4.4.1. A geometria da ligação com as dimensões é mostrada na Fig. 4.4.1.
Quadro 4.4.1 Visão geral dos exemplos

Cálculo manual da força normal N
Onde:
- espessura de garganta da soldadura
- força normal atuante na viga
- comprimento total das soldaduras
- fator de correlação retirado da Tabela 4.1 da EN 1993-1-8
- resistência última à tração nominal da parte mais fraca ligada
- coeficiente parcial de segurança para soldaduras
Cálculo manual da força de corte V
O cálculo manual apresentado neste capítulo baseia-se em determinadas hipóteses. A força de corte é transmitida exclusivamente pela soldadura na alma. O momento fletor resultante da excentricidade da força atuante nas soldaduras pode ser atribuído às soldaduras dos banzos. O módulo de secção das soldaduras dos banzos é determinado não pela distância medida a partir do centro de gravidade das soldaduras, mas a partir das extremidades do banzo até ao centro de gravidade da viga, conforme calculado na prática.
As equações seguintes demonstram a derivação da capacidade resistente das soldaduras para a força de corte e o momento fletor de acordo com o CM. A tensão equivalente é especificada na EN 1993-1-8, Equação (4.1). Para o cálculo da resistência ao momento fletor, foi assumido o módulo de secção plástico.
Onde:
- excentricidade da força em relação às soldaduras da viga
- espessura de garganta da soldadura
- força de corte atuante na viga
- módulo de secção das soldaduras
- área da soldadura na extremidade do banzo superior
- área da soldadura na extremidade do banzo inferior
- braço de alavanca da soldadura na extremidade do banzo superior
- braço de alavanca da soldadura na extremidade do banzo inferior
- módulo de secção plástico dos banzos
- comprimento total das soldaduras da alma
- fator de correlação retirado da Tabela 4.1 da EN 1993-1-8
- resistência última à tração nominal da parte mais fraca ligada
- coeficiente parcial de segurança para soldaduras
- altura da viga IPE
- largura da viga IPE
- espessura da alma da viga IPE
- espessura do banzo da viga IPE
Cálculo manual do momento fletor M
No cálculo do momento fletor sem qualquer interação com a força de corte, foi assumido o módulo de secção plástico de toda a secção de soldadura (tanto em torno dos banzos como em torno da alma).
Onde:
- espessura de garganta da soldadura
- módulo de secção plástico da soldadura
- momento fletor atuante na viga
- fator de correlação retirado da Tabela 4.1 da EN 1993-1-8
- resistência última à tração nominal da parte mais fraca ligada
- coeficiente parcial de segurança para soldaduras
Modelo numérico
O componente de soldadura no CBFEM é descrito em Fundamentos teóricos gerais e em Fundamentos teóricos EN.
É utilizado um material elasto-plástico não linear para as soldaduras neste estudo. A deformação plástica limite é atingida na parte mais longa da soldadura e os picos de tensão são redistribuídos.

Verificação da resistência
A resistência de cálculo calculada pelo software CBFEM Idea RS é comparada com os resultados do CM. As resistências de cálculo das soldaduras são comparadas, ver Quadro 4.4.2. O estudo é realizado para uma secção de viga com um parâmetro e três casos de carga: força normal NEd, força de corte VEd e momento fletor MEd.
Quadro 4.4.2 Comparação entre CBFEM e CM

Os resultados do CBFEM e do CM são comparados e é apresentado um estudo de sensibilidade. A influência da secção transversal da viga na resistência de cálculo de uma ligação viga-coluna soldada carregada à tração é mostrada na Fig. 4.4.2, ao corte na Fig. 4.4.3 e à flexão na Fig. 4.4.4. O estudo mostra boa concordância para todos os casos de carga aplicados.



Para ilustrar a precisão do modelo CBFEM, os resultados do estudo de sensibilidade são resumidos num diagrama que compara as resistências de cálculo do CBFEM e do CM, ver Fig. 4.4.5. Os resultados mostram que a diferença entre os dois métodos de cálculo é em todos os casos inferior a 10%.



Exemplo de referência
Dados de entrada
Coluna
- Aço S235
- HEB 400
Viga
- Aço S235
- IPE 160
- Excentricidade da força em relação à soldadura x = 400 mm, ver Fig. 4.4.6
Soldadura
- Espessura de garganta aw = 3 mm
Resultados:
- Resistência de cálculo ao corte VRd = 105 kN

