I-beam - I-beam

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Esta viga em I é usada para apoiar o primeiro andar de uma casa.

Uma viga I , também conhecida como viga H (para coluna universal , UC ), viga w (para "flange larga"), viga universal ( UB ), viga de aço laminado ( RSJ ) ou T duplo (especialmente em polonês , búlgaro , espanhol , italiano e alemão ), é um feixe com um I ou H em forma de seção transversal . Os elementos horizontais do I são flanges e o elemento vertical é a "teia". As vigas I são geralmente feitas de aço estrutural e são usadas na construção e engenharia civil.

A teia resiste às forças de cisalhamento, enquanto os flanges resistem à maior parte do momento de flexão experimentado pela viga. A equação de viga de Euler-Bernoulli mostra que a seção em forma de I é uma forma muito eficiente para suportar cargas de flexão e cisalhamento no plano da alma. Por outro lado, a seção transversal tem uma capacidade reduzida na direção transversal e também é ineficiente para suportar a torção , para a qual seções estruturais ocas são frequentemente preferidas.

História

O método de produção de uma viga I, laminada a partir de uma única peça de aço, foi patenteado por Alphonse Halbou da empresa Forges de la Providence em 1849.

A Bethlehem Steel era uma fornecedora líder de aço estrutural laminado de várias seções transversais na construção de pontes e arranha-céus americanas em meados do século XX. Hoje, as seções transversais laminadas foram parcialmente deslocadas em tal trabalho por seções transversais fabricadas .

Visão geral

Seção transversal típica de vigas I.

Existem duas formas padrão de viga em I:

As vigas I são normalmente feitas de aço estrutural, mas também podem ser feitas de alumínio ou outros materiais. Um tipo comum de viga em I é a viga de aço laminado (RSJ) - às vezes incorretamente processada como viga de aço reforçada . Os padrões britânicos e europeus também especificam vigas universais (UBs) e colunas universais (UCs). Essas seções têm flanges paralelas, ao contrário da espessura variável dos flanges RSJ que raramente são laminados no Reino Unido. Os flanges paralelos são mais fáceis de conectar e eliminam a necessidade de arruelas cônicas. UCs têm largura e profundidade iguais ou quase iguais e são mais adequados para serem orientados verticalmente para transportar carga axial, como colunas em construção de vários andares, enquanto UBs são significativamente mais profundos do que largos são mais adequados para suportar cargas de flexão, como vigas elementos em pisos.

Vigas em I - vigas em I projetadas de madeira com papelão e / ou madeira laminada folheada - também estão se tornando cada vez mais populares na construção, especialmente residencial, pois são mais leves e menos propensas a empenar do que as vigas de madeira maciça . No entanto, tem havido alguma preocupação quanto à rápida perda de força em um incêndio se desprotegido.

Projeto

Ilustração de uma viga em I vibrando no modo de torção.

As vigas I são amplamente utilizadas na indústria de construção e estão disponíveis em uma variedade de tamanhos padrão. As tabelas estão disponíveis para permitir a fácil seleção de um tamanho de viga I de aço adequado para uma determinada carga aplicada. As vigas I podem ser usadas como vigas e colunas .

As vigas I podem ser usadas sozinhas ou atuando de forma combinada com outro material, normalmente concreto . O design pode ser regido por qualquer um dos seguintes critérios:

  • deflexão : a rigidez da viga I será escolhida para minimizar a deformação
  • vibração : a rigidez e a massa são escolhidas para evitar vibrações inaceitáveis, especialmente em ambientes sensíveis a vibrações, como escritórios e bibliotecas
  • falha de flexão por escoamento : onde a tensão na seção transversal excede a tensão de escoamento
  • falha de flexão por encurvadura de torção lateral : onde um flange em compressão tende a dobrar para os lados ou toda a seção transversal dobra torcionalmente
  • falha de dobra por flambagem local : onde o flange ou a teia são tão delgados a ponto de dobrar localmente
  • rendimento local: causado por cargas concentradas, como no ponto de apoio da viga
  • falha por cisalhamento : onde a rede falha. Teias delgadas irão falhar por flambagem, ondulação em um fenômeno denominado ação de campo de tensão , mas a falha de cisalhamento também é resistida pela rigidez dos flanges
  • empenamento ou escoamento de componentes: por exemplo, reforços usados ​​para fornecer estabilidade à alma da viga em I.

Projeto para dobra

As maiores tensões ( ) em uma viga sob flexão estão nos locais mais distantes do eixo neutro.

Uma viga dobrada vê altas tensões ao longo das fibras axiais mais distantes do eixo neutro . Para evitar falhas, a maior parte do material da viga deve estar localizada nessas regiões. Comparativamente, pouco material é necessário na área próxima ao eixo neutro. Essa observação é a base da seção transversal da viga em I; o eixo neutro corre ao longo do centro da teia que pode ser relativamente fina e a maior parte do material pode estar concentrada nas flanges.

A viga ideal é aquela com a menor área de seção transversal (e, portanto, requer o mínimo de material) necessária para atingir um determinado módulo de seção . Como o módulo da seção depende do valor do momento de inércia , uma viga eficiente deve ter a maior parte de seu material localizado o mais longe possível da linha neutra. Quanto mais longe uma determinada quantidade de material estiver do eixo neutro, maior será o módulo da seção e, portanto, um momento de flexão maior pode ser resistido.

Ao projetar uma viga I simétrica para resistir às tensões devido à flexão, o ponto de partida usual é o módulo de seção necessário. Se a tensão permitida é e o momento de flexão máximo esperado é , então o módulo de seção necessário é dado por

onde é o momento de inércia da seção transversal da viga e é a distância entre o topo da viga e o eixo neutro (consulte a teoria do feixe para obter mais detalhes).

Para uma viga com área da seção transversal e altura , a seção transversal ideal teria metade da área a uma distância acima da seção transversal e a outra metade a uma distância abaixo da seção transversal. Para esta seção transversal

No entanto, essas condições ideais nunca podem ser alcançadas porque o material é necessário na teia por razões físicas, incluindo para resistir à flambagem. Para vigas de flange larga, o módulo de seção é de aproximadamente

que é superior ao alcançado por vigas retangulares e vigas circulares.

Problemas

Embora as vigas I sejam excelentes para dobra unidirecional em um plano paralelo à alma, eles não funcionam tão bem na dobra bidirecional. Essas vigas também apresentam pouca resistência à torção e sofrem empenamento seccional sob carregamento de torção. Para problemas dominados por torção, vigas em caixa e outros tipos de seções rígidas são usadas preferencialmente à viga em I.

Formas e materiais (EUA)

Viga em I de aço rebitada enferrujada

Nos Estados Unidos, a viga I mais comumente mencionada é a forma de flange largo (W). Essas vigas possuem flanges cujas superfícies internas são paralelas na maior parte de sua área. Outras vigas I incluem formas American Standard (designadas S), nas quais as superfícies do flange interno não são paralelas, e estacas H (designadas HP), que são normalmente usadas como fundações de estacas. Os formatos de flange largo estão disponíveis na classe ASTM A992, que geralmente substituiu as classes ASTM A572 e A36 mais antigas. Faixas de limite de elasticidade:

  • A36: 36.000  psi (250  MPa )
  • A572: 42.000-60.000 psi (290-410 MPa), com 50.000 psi (340 MPa) o mais comum
  • A588: Semelhante a A572
  • A992: 50.000-65.000 psi (340-450 MPa)

Como a maioria dos produtos de aço, as vigas I geralmente contêm algum conteúdo reciclado.

Padrões

Os seguintes padrões definem a forma e as tolerâncias das seções de aço da viga I:

Euronorms

  • EN 10024 , Seções de flange I laminadas a quente - Tolerâncias na forma e nas dimensões.
  • EN 10034 , Secções I e H de aço estrutural - Tolerâncias na forma e dimensões.
  • EN 10162 , Secções de aço laminadas a frio - Condições técnicas de entrega - Tolerâncias dimensionais e transversais

Manual AISC

O Instituto Americano de Construção em Aço (AISC) publica o Manual de Construção em Aço para o projeto de estruturas de vários formatos. Ele documenta as abordagens comuns, Projeto de resistência admissível (ASD) e Projeto de fator de carga e resistência (LRFD), (começando com a 13ª ed.) Para criar tais projetos.

Outro

Designação e terminologia

Viga em I de flange larga.
  • Nos Estados Unidos , vigas I de aço são comumente especificadas usando a profundidade e o peso da viga. Por exemplo, uma viga "W10x22" tem aproximadamente 25 cm de profundidade (altura nominal da viga I da face externa de um flange para a face externa do outro flange) e pesa 22 lb / pés (33 kg / m). As vigas de seção de flange ampla geralmente variam de sua profundidade nominal. No caso da série W14, eles podem ter até 22,84 pol. (58,0 cm).
  • No Canadá , vigas I de aço agora são comumente especificadas usando a profundidade e o peso da viga em termos métricos. Por exemplo, uma viga "W250x33" tem aproximadamente 250 milímetros (9,8 pol.) De profundidade (altura da viga I da face externa de um flange até a face externa do outro flange) e pesa aproximadamente 33 kg / m (67 lb / yd). As vigas I ainda estão disponíveis em tamanhos americanos de muitos fabricantes canadenses.
  • No México , vigas I de aço são chamadas de IR e comumente especificadas usando a profundidade e o peso da viga em termos métricos. Por exemplo, um feixe "IR250x33" tem aproximadamente 250 mm (9,8 pol.) De profundidade (altura do feixe I da face externa de um flange para a face externa do outro flange) e pesa aproximadamente 33 kg / m (22 lb / ft).
  • Na Índia , as vigas I são designadas como ISMB, ISJB, ISLB, ISWB. ISMB: Vigas de peso médio padrão indiano, ISJB: Vigas júnior padrão indiano, ISLB: Vigas de peso leve padrão indiano e ISWB: Vigas de flange larga padrão indiano. As vigas são designadas de acordo com a respectiva referência abreviada seguida da profundidade da seção, como por exemplo ISMB 450 , onde 450 é a profundidade da seção em milímetros (mm). As dimensões dessas vigas são classificadas conforme IS: 808 (conforme BIS ).
  • No Reino Unido , essas seções de aço são comumente especificadas com um código que consiste na dimensão maior (geralmente a profundidade) -x-a dimensão menor-x-a massa por metro - terminando com o tipo de seção, todas as medições sendo métricas. Portanto, um 152x152x23UC seria uma seção de coluna (UC = coluna universal) de aproximadamente 152 mm (6,0 in) de profundidade, 152 mm de largura e pesando 23 kg / m (46 lb / yd) de comprimento.
  • Na Austrália , essas seções de aço são comumente chamadas de Vigas Universais (UB) ou Colunas (UC). A designação para cada um é dada como a altura aproximada da viga, o tipo (viga ou coluna) e, em seguida, a taxa de unidade de metro (por exemplo, uma 460UB67.1 é uma viga universal de aproximadamente 460 mm (18,1 pol.) De profundidade que pesa 67,1 kg / m (135 lb / jarda)).

Feixes celulares

As vigas celulares são a versão moderna da " viga acastelada " tradicional, que resulta em uma viga aproximadamente 40-60% mais profunda do que sua seção principal. A profundidade exata acabada, o diâmetro da célula e o espaçamento da célula são flexíveis. Um feixe celular é até 1,5 vezes mais forte do que sua seção principal e, portanto, é utilizado para criar construções eficientes de grande vão.

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Ashby, MF (2005). Seleção de materiais em projeto mecânico (3ª ed.). Oxford; Boston: Elsevier Butterworth-Heinemann. ISBN 9780750661683. Consulte o capítulo 8, seções 8.4 ("Vigas de piso: madeira ou aço?") E 8.5 ("Aumentar a rigidez da chapa de aço").

links externos