Ao modelar uma estrutura no SkyCiv Structural 3D, membros e conexões são simplificados com nós e linhas para membros. Essas linhas entre os nós sempre passam pelo centroide de cada membro para simplicidade e continuidade. Na realidade, situações surgem quando a carga que atua em um membro não pode ser justificada através de seu centroide, esta é uma carga excêntrica. Os engenheiros precisam pensar em cargas excêntricas ao projetar membros porque a adição de rotação transversal, ou Torção, posso, e muito provavelmente vai, impactar o estado limite da seção transversal.
Por exemplo: uma carga pontual no topo de um piso em balanço de cima, ou uma carga pendurada na lateral de uma viga presa a reforços. Um gráfico simples de cargas excêntricas e como interpretá-las é mostrado na Figura 1.
Figura 1: Exemplo de carga excêntrica em uma seção transversal em forma de I
Fonte: http://manual.midasuser.com
Vamos dar uma olhada em um exemplo no SkyCiv Structural 3D e aplicar uma carga pontual excêntrica de duas maneiras diferentes. Primeiro, vamos supor que temos um feixe W14x22 que é 15 pés de comprimento com uma carga pontual excêntrica no meio do vão 10 kips, atuação 12 centímetros de distância do centroide. Vamos supor que a carga está agindo para baixo (-direção Y) e para o lado esquerdo (+direção Z) do membro. Além disso, vamos assumir que o peso próprio está desligado, Pela simplicidade.
Ao modelar um único membro, certifique-se de que seus suportes estejam corretos ao modelar uma carga excêntrica. A análise não será executada com os dois suportes de sua viga definidos como pinos 3D porque nenhum dos suportes resistirá à rotação da seção transversal. No nosso caso, o suporte mais distante da origem é apenas um pino 2D permitindo rotação na direção X e Y, provenientes de deflexão vertical e horizontal. Vamos dar uma olhada no nosso membro de exemplo no espaço de modelagem 3D:
Agora, vamos olhar para os dois métodos de contabilização da excentricidade da nossa carga. Referindo-se à Figura 1, no nosso caso:
\({P} = {10} kips)
\({e} = 12 polegadas = 1 pé)
C3.1.2.1-9 1: Contabilizando a excentricidade aplicando um Moment
Como mostrado na figura 1, podemos explicar a excentricidade da carga aplicando um momento adicional no centroide do membro. Este momento é encontrado tomando a carga pontual multiplicada pelo braço de momento, ou “e”. Ainda precisamos levar em conta a própria carga pontual, então haverá (2) cargas no local identificado.
No nosso caso:
\({M} = {P}*{e}\)
\({M} = 10 kips * 1 pé = 10 kip-ft)
Como mencionado, este momento agora é aplicado no mesmo local ao longo do membro que a carga pontual excêntrica. SkyCiv reconhece o momento positivo no sentido anti-horário em torno do eixo que está sendo aplicado, que está em torno do eixo X global no nosso caso. Veja a figura 3 dessas cargas aplicadas no SkyCiv 3D:
Figura 3: Modelagem de carga excêntrica aplicando um momento adicional
C3.1.2.1-9 2: Usando links rígidos
Outro método é usar links rígidos. Links Rígidos são pensados como membros imaginários que giram e transladam com o que quer que esteja conectado. Eles não desviam entre seus nós e são totalmente rígidos. Os links rígidos são identificados no espaço de modelagem 3D como cinza claro e têm um “R” ao lado deles, como mostrado na figura 4. Porque eles são mais usados para conectar elementos e cargas, eles precisam de um ID de tamanho ou seção.
Para nosso exemplo, Nó 6 está no meio do membro. Nó 5 está na mesma coordenada X, mas 1.0 pés na direção +Z; Nó 5 é a localização real da carga excêntrica.
Crie/desenhe um membro entre os dois nós, e atribua-o como um link rígido. Você pode fazer isso pressionando o botão Avançado alternar na janela do membro, então indo para Modelo e mudando para Link rígido. Uma vez aplicado, o membro deve olhar como descrito acima. Com uma extremidade significando a localização real da carga excêntrica e a outra extremidade conectada ao membro na direção perpendicular, a carga pode finalmente ser aplicada. Isso é mostrado na Figura 4; a seta vermelha está apontando para o link rígido:
Figura 4: Usando um link rígido para levar em conta a excentricidade de uma carga pontual
Comparação e Análise Final:
Vamos executar uma Análise Estática Linear e ver os resultados. Deveríamos estar vendo a força descendente de 10 kips além de um componente de torção no local de carregamento. Ambos
Figura 5: Ambas as condições de carga para carga excêntrica
Primeiro, vamos ver a reação e os resultados do momento (Figura 6):
Figura 6: Resultados de reações e momentos para ambos os métodos
Como esperado, vemos o que esperaríamos da mesma magnitude de carga e localização ao longo do membro, mas pelo centroide.
Subseqüentemente, pela excentricidade, podemos observar que ambos os membros dão o mesmo resultado e mostram que o membro é TAMBÉM experimentando torção (Figura 7):
Figura 7: Resultados da análise de torção para ambos os métodos
Engenheiro estrutural
BEng (Civil)
