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IST - DECivil
Departamento de
Engenharia Civil
ANÁLISE DE ESTRUTURAS I
Tabelas de Análise de Estruturas
Grupo de Análise de Estruturas
IST, 2011
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 1
Formulário de Lajes
Rotações: x
w
x
∂
θ
∂
= − y
w
y
∂
θ
∂
= −
n x x y yn nθ θ θ= +
Relação curvatura-deslocamento:
2
2xx
w
x
∂
χ
∂
= −
2
2yy
w
y
∂
χ
∂
= −
2
xy
w
x y
∂
χ
∂ ∂
= −
Integrabilidade de curvaturas:
xyxx
yy xy
y x
x y
χχ
χ χ
∂∂
=
∂ ∂
∂ ∂
=
∂ ∂
Relações constitutivas:
1 0
1 0
0 0 1
xx xx
yy f yy
xy xy
m
m D
m
ν χ
ν χ
ν χ
⎧ ⎫ ⎧ ⎫⎡ ⎤
⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢ ⎥=⎨ ⎬ ⎨ ⎬⎢ ⎥
⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢ ⎥−⎣ ⎦⎩ ⎭ ⎩ ⎭
2
1 0
1
1 0
(1 )
0 0 1
xx xx
yy yy
f
xy xy
m
m
D
m
χ ν
χ ν
ν
χ ν
⎧ ⎫ ⎧ ⎫−⎡ ⎤
⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢ ⎥= −⎨ ⎬ ⎨ ⎬⎢ ⎥−⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢ ⎥+⎣ ⎦⎩ ⎭ ⎩ ⎭
Rigidez de flexão da laje:
3
2
12(1 )
f
Eh
D
ν
=
−
Momentos em faceta de orientação arbitrária: 2 2
2nn xx x xy x y yy ym m n m n n m n= + +
( ) ( )2 2
nt yy xx x y xy x ym m m n n m n n= − + −
Força de canto: nt nt ntR m m m+ −
= = −
Esforço transverso:
xyxx
x
mm
v
x y
∂∂
∂ ∂
= + yy xy
y
m m
v
y x
∂ ∂
∂ ∂
= +
n x x y yv v n v n= +
Esforço transverso efectivo:
xy
x x
m
r v
y
∂
∂
= + xy
y y
m
r v
x
∂
∂
= +
nt
n n
m
r v
t
∂
= +
∂
Equação de equilíbrio:
2 22
2 2
2yy xyxx
m mm
q
x y x y
∂ ∂∂
∂ ∂ ∂ ∂
+ + = −
Eq. de Lagrange:
4 4 4
4 2 2 4
2
f
w w w q
x x y y D
∂ ∂ ∂
∂ ∂ ∂ ∂
+ + =
Derivadas direccionais x y
f f f
n n
n x y
∂ ∂ ∂
= +
∂ ∂ ∂
( )y x
f f f
n n
t x y
∂ ∂ ∂
= − +
∂ ∂ ∂
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 2
Formulário
Elemento de barra (viga)
Esforços e deformações independentes
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
j
j
i
N
M
M
X ,
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
θ
θ
=
j
j
i
e
u
Matriz de flexibilidade elementar
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
A
IEI
L
6
21
12
6
F
Relações deformações-esforços
uXFu +=
Viga simplesmente apoiada
Deslocamentos transversais )(xy e momentos flectores )(xM
T1.1
x
y
L
δi
δj
M x( ) = 0
y x
L
xi
j i
( ) = +
−
δ
δ δ
T1.2
x
y
L
MjMi
M x M
M M
L
xi
j i
( ) = +
−
( )y x
L
EI
M M x
M
L
x
M M
L
xi j
i i j
( ) = + − +
−⎡
⎣
⎢
⎤
⎦
⎥
6
2
3 2
2
3
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 3
T1.3
x
y
L
a b
P Caso particular: a=b=L/2
4
)
2
(
PLL
xM ==
EI
PLL
xy
48
)
2
(
3
==
M x
P
b
L
x x a
P a
a
L
x a x L
( ) =
≤ ≤
−
⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥ ≤ ≤
⎧
⎨
⎪
⎩
⎪
0
( )[ ]
( ) ( ) ( )[ ]
y x
P
LEI
ab b a x bx x a
P
LEI
a b a a b ab a x a b a x ax a x L
( ) =
+ − ≤ ≤
− + + + + − + + ≤ ≤
⎧
⎨
⎪
⎩
⎪
6
2 0
6
2 4 3 3
3
3 2 2 2 3
T1.4
x
y
L
a b
M
Caso particular: momento a meio-vão
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎨
⎧
≤≤⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+−+−
≤≤⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+−
=
Lx
L
xLxx
LL
LEI
M
L
xxx
L
LEI
M
xy
2
3
4
11
4
3
6
2
0
46
)(
32
23
3
2
M x
M
L
x x a
M
M
L
x a x L
( ) =
− ≤ ≤
− ≤ ≤
⎧
⎨
⎪
⎩
⎪
0
( )[ ]
( ) ( ) ( )[ ]⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
≤≤++−++++−
≤≤+−−
=
Lxaxxbaxbababaa
LEI
M
axxxabab
LEI
M
xy
32222
322
34253
6
022
6)(
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 4
T1.5
x
y
L
pi pj
Caso particular: p uniforme
( )2
2
)( xLx
p
xM −=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+−= 43
3
x
24
1
x
12
L
x
24
L
EI
p
)x(y
EI
pLL
xy
384
5
)
2
(
4
==
( )M x p
L
p
L
x p x p p
L
xi j i i j( ) = +
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ − + −
⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥3 6
1
2
1
6
2 3
( )y x
EI
p
L
p
L
x p
L
p
L
x p x p p
L
xi j i j i i j( ) = +
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ − +
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ + − −
⎡
⎣
⎢
⎤
⎦
⎥
1 8
360
7
360 18 36
1
24
1
120
3 3
3 4 5
Utilização das tabelas
Sendo válida a sobreposição é conveniente decompôr as acções (ou os seus
efeitos) em parcelas mais simples. Seja, por exemplo, a acção representada na
tabela anterior, Tabela 1.5.
Esta carga trapezoidal pode ser representada pela recta bmxp += com
L
pp
m
ij −
=
e ipb = . É fácil observar que a mesma recta pode ser obtida pela sobreposição de
duas rectas particulares (que tomem o valor unitário numa das extremidades e o
valor nulo na outra) devidamente escaladas:
i
ij
px
L
pp
p +
−
= =
= ip
L
x
)1( − + jp
L
x
Nas tabelas seguintes recorrer-se-á a esta decomposição ou à decomposição
alternativa em que se separa o termo constante (o b no caso anterior) do termo
linear ( o mx no caso anterior).
Viga simplesmente apoiada sujeita a variações de temperatura
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 5
T1.6
Variações de Temperatura
Deve identificar-se claramente a:
• variação no vão;
• variação na (altura da) secção.
Os 3 casos de variação no vão que constam das tabelas são:
1. variação uniforme no vão o que significa que todas as secções da viga têm
a mesma variação de temperatura;
2. variação crescente no vão a qual varia linearmente desde um valor zero até
ao valor máximo na extremidade oposta;
3. variação decrescente no vão a qual varia linearmente desde um valor
máximo até ao valor zero na extremidade oposta.
Graficamente representam-se estes casos de variação no vão na forma seguinte:
(constante) (crescente) (decrescente)
A variação na secção deverá, quando necessário e para utilização da tabela, ser
decomposta em:
1. variação uniforme em altura, a qual se denota por UTΔ e é dada pela
variação de temperatura no centro de rigidez da secção.
2. variação linear na altura da secção, com valores de sinal contrário para a
variação de temperatura nas fibras inferiores e superiores, relativamente ao
centro de rigidez. Denota-se a diferença entre as variações de temperatura
das fibras extremas por LTΔ , a qual se considera positiva quando a diferença
das variações de temperatura entre as fibras extremas inferior e superior for
positiva.
Graficamente representam-se estes casos de variação na secção na forma
seguinte:
(uniforme) (linear)
Exemplo (de variação na secção):
Considere-se uma secção transversal de altura h cujo centro de rigidez se
encontra à distância de 3h da fibra superior. Se a variação de temperatura na
fibra inferior for de 5ºC e a variação de temperatura na fibra superior de 20ºC
(ambas positivas), então 15ºLT CΔ = − e 15ºUT CΔ = .
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 6
Distribuição de temperatura linear na secção, LTΔ :
M x( ) = 0
Caso de variação constante no vão:
2
( )
2
LT
y x Lx x
h
α Δ
⎡ ⎤= −⎣ ⎦
Caso de variação crescente no vão:
31 1
( )
2 3 3
LT
y x x x
h L
α Δ ⎡ ⎤
= −⎢ ⎥
⎣ ⎦
Caso de variação decrescente no vão:
2 32 1
( )
2 3 3
LT L
y x x x x
h L
α Δ ⎡ ⎤
= − +⎢ ⎥
⎣ ⎦
em que α é o coeficiente de dilatação térmica do material e h é a altura da secção
Distribuição de temperatura uniforme na secção, UTΔ :
0)( =xN
Caso de variação constante no vão:
( ) Uu L T Lα= Δ
Caso de variação crescente no vão:
( )
2
U
L
u L Tα= Δ
Caso de variação decrescente no vão:
( )
2
U
L
u L Tα= Δ
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 7
Viga simplesmente apoiada sujeita a cargas axiais
T1.7
x
y
L
a b
Q
N x
Q x a
a x L
( ) =
≤ ≤
≤ ≤
⎧
⎨
⎩
0
0
∫=
0
0
0 )(
1
)(
x
dxx
EA
xu ε
T1.8
x
y
L
qi qj
( ) ( )N x q q
L
q x q q
L
xi j i i j( ) = + − + −
⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥2
1
2
2
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 8
T2 Deformações independentes em barras com cargas de vão - Termos correctores
Carga de vão iθ jθ je
x
y
L
a b
P LEI
bLPab
6
)( +
LEI
aLPab
6
)( +
0
Caso particular a=L/2
EI
PL
16
2
Caso particular a=L/2
EI
PL
16
2
x
y
L
a b
Q
0 0
EA
Qa
x
y
L
a b
M
LEI
LbM
6
)3( 22
−
LEI
aLM
6
)3( 22
−
0
Caso particular a=L/2
EI
ML
24
−
Caso particular a=L/2
EI
ML
24
x
y
L
pi pj
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
360
7
360
81 33
L
p
L
p
EI
ji ⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
360
8
360
71 33
L
p
L
p
EI
ji
0
Caso particular ji pp =
EI
Lpi
24
3
Caso particular ji pp =
EI
Lpi
24
3
x
y
L
qi qj 0 0
EA
Lq
EA
Lq ji
6
2
6
22
+
Variação de
temperatura uniforme
no vão
2
LT L
h
α Δ
2
LT L
h
α Δ
UT Lα Δ
Variação de
temperatura crescente
no vão
6
LT L
h
α Δ
3
LT L
h
α Δ 1
2
UT Lα Δ
Variação de
temperatura
decrescente no vão
3
LT L
h
α Δ
6
LT L
h
α Δ 1
2
UT Lα Δ
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 9
T.3 Deformadas para deslocamentos impostos
Tipo de barra Imposição de rotação à
esquerda
Imposição de deslocamento
transversal
bi-encastrada
encastrada-rotulada
encastrada-enc desliz.
Deformada da barra sujeita apenas a esforço
normal
NOTA:
A deformada final da barra é sempre obtida
considerando a sobreposição dos diversos efeitos
nomeadamente:
• a(s) rotação(ões) independentes;
• o deslocamento transversal relativo entre
extremidades;
• o deslocamento axial relativo entre extremidades;
• o efeito das solicitações de vão.
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 10
Forças de fixação devidas a cargas de vão
na barra bi-encastrada
AM BM AV BV AN BN
8
PL
8
PL
−
2
P
2
P
2
Q
−
2
Q
−
2
2
L
Pab
2
2
L
Pba
− 3
2
)3(
L
baPb +
3
2
)3(
L
baPa +
L
Qb
−
L
Qa
−
4
M
4
M
L
M
2
3
L
M
2
3
− 0 0
2
)2(
L
baMb −
2
)2(
L
abMa −
3
6
L
Mab
3
6
L
Mab
− 0 0
12
2
pL
12
2
pL
−
2
pL
2
pL
2
qL
−
2
qL
−
30
2
pL
20
2
pL
−
20
3pL
20
7pL
6
qL
−
3
qL
−
20
2
pL
30
2
pL
−
20
7pL
20
3pL
3
qL
−
6
qL
−
0 0 m m− 0 0
12
mL
12
mL
−
2
m
2
m
− 0 0
12
mL
−
12
mL
2
m
−
2
m 0 0
TΔ LT EI
h
α Δ LT EI
h
α Δ
− 0 0 UT EAα Δ UT EAα− Δ
TΔ 0 LT EI
h
α Δ
− LT EI
Lh
α Δ
− LT EI
Lh
α Δ
2
UT EAα Δ
2
UT EAα Δ
−
TΔ LT EI
h
α Δ 0 LT EI
Lh
α Δ LT EI
Lh
α Δ
−
2
UT EAα Δ
2
UT EAα Δ
−
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 11
Forças de fixação devidas a cargas de vão
na barra encastrada-rotulada
AM Bθ AV BV AN BN
16
3PL
EI
PL
32
2
16
11P
16
5P
2
Q
−
2
Q
−
2
2
)(
L
bLPab +
EIL
Pba
4
2
3
22
2
)3(
L
bLPb −
3
2
2
)3(
L
aLPa −
L
Qb
−
L
Qa
−
8
M
EI
ML
16
−
L
M
8
9
L
M
8
9
− 0 0
2
22
2
)3(
L
bLM −
EIL
abMa
4
)2( −
− 3
2
)(3
L
bLMa +
3
2
)(3
L
bLMa +
− 0 0
8
2
pL
EI
pL
48
3
8
5pL
8
3pL
2
qL
−
2
qL
−
120
7 2
pL
EI
pL
80
3
120
27pL
120
33pL
6
qL
−
3
qL
−
120
8 2
pL
EI
pL
120
3
120
48pL
120
12pL
3
qL
−
6
qL
−
0 0 m m− 0 0
8
mL
EI
mL
48
2
8
5m
8
5m
− 0 0
8
mL
−
EI
mL
48
2
−
8
3m
8
3m
− 0 0
TΔ 3
2
LT EI
h
α Δ
4
LT L
h
α Δ 3
2
LT EI
Lh
α Δ 3
2
LT EI
Lh
α Δ
− UT EAα Δ UT EAα− Δ
TΔ
2
LT EI
h
α Δ
4
LT L
h
α Δ
2
LT EI
Lh
α Δ
2
LT EI
Lh
α Δ
−
2
UT EAα Δ
2
UT EAα Δ
−
TΔ LT EI
h
α Δ 0 LT EI
Lh
α Δ LT EI
Lh
α Δ
−
2
UT EAα Δ
2
UT EAα Δ
−
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 12
Forças de fixação devidas a cargas de vão
na barra encastrada-encastrada deslizante
AM BM AV Bδ AN BN
8
3PL
8
PL P
EI
PL
24
3
2
Q
−
2
Q
−
L
LbPa
2
)( +
L
Pa
2
2
P
EI
baPa
12
)3(2
+
L
Qb
−
L
Qa
−
2
M
−
2
M
− 0
EI
ML
8
2
− 0 0
L
Mb
−
L
Ma
− 0
EI
Mab
2
− 0 0
3
2
pL
6
2
pL pL
EI
pL
24
4
2
qL
−
2
qL
−
24
5 2
pL
24
3 2
pL
2
pL
EI
pL
240
7 4
6
qL
−
3
qL
−
24
3 2
pL
24
2
pL
2
pL
EI
pL
240
3 4
3
qL
−
6
qL
−
2
mL
−
2
mL
− 0
EI
mL
12
3
− 0 0
6
mL
−
3
mL
− 0
EI
mL
24
3
− 0 0
3
mL
−
6
mL
− 0
EI
mL
24
3
− 0 0
TΔ LT EI
h
α Δ LT EI
h
α Δ
− 0 0 UT EAα Δ UT EAα− Δ
TΔ
2
LT EI
h
α Δ
2
LT EI
h
α Δ
− 0
2
12
LT L
h
α Δ
2
UT EAα Δ
2
UT EAα Δ
−
TΔ
2
LT EI
h
α Δ
2
LT EI
h
α Δ
− 0
2
12
LT L
h
α Δ
−
2
UT EAα Δ
2
UT EAα Δ
−
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 13
Elemento de barra - deslocamentos prescritos
Deslocamentos independentes a considerar em cada nó
• rotação;
• deslocamento transversal.
A deformada obtém-se por sobreposição das 4 deformadas, correspondentes a cada um dos 4
deslocamentos considerados:
∑=
=
4
1
)()(
i
ii xxy ϕδ
Efeito de δ1=1, δi=0 ∀ i ≠ 1
x
y
L
1
T4.1
( )322
21 2
1
)( xLxxL
L
x +−−=ϕ
Efeito de δ2=1, δi=0 ∀ i ≠ 2
x
y
L
1
T4.2
( )32
22
1
)( xLx
L
x +−−=ϕ
Efeito de δ3=1, δi=0 ∀ i ≠ 3
x
y
L
1
T4.3
( )323
33 23
1
)( xLxL
L
x +−−=ϕ
Efeito de δ4=1, δi=0 ∀ i ≠ 4
x
y
L
1
T4.4
( )32
34 23
1
)( xLx
L
x −−=ϕ
Existindo deformação axial também se devem considerar os modos de deformação associados aos
deslocamentos independentes axiais. Contudo, estes modos não alteram a função )(xy , a
distância da corda à posição deformada em cada ponto, que é o que se designa por deformada.
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 14
Deformadas e forças de fixação na barra bi-encastrada
T5.1
x
y
L
a b
1VA VB
MA MB
( )M
EI
L
a bA = − −
2
22
( )M
EI
L
b aB = −
2
22
( )V
EI
L
b aA = −
6
3
( )V
EI
L
a bB = −
6
3
y x
L a
L
x
a L
L
x x a
a x
L a
L
x
a L
L
x a x L
( ) =
−⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ +
−⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ ≤ ≤
− +
−⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ +
−⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ ≤ ≤
⎧
⎨
⎪
⎩
⎪
2 3 2
0
2 3 2
2
2
3
3
2
2
3
3
T5.2
x
y
L
a b
1
VA VB
MA MB
M
EI
LA = −
6
2 M
EI
LB = −
6
2
V
EI
LA = −
12
3 V
EI
LB =
12
3
y x L
x
L
x x a
L
x
L
x a x L
( ) =
− + ≤ ≤
− + ≤ ≤
⎧
⎨
⎪
⎩
⎪
3 2
0
1
3 2
2
2
3
3
2
2
3
3
Forças de fixação para força e momento unitários
T5.3
x
y
L
a b
1
VA VB
MA MB
M
L a La a
LA = −
− + −2 2 3
2
2
M
La a
LB =
− +2 3
2
V
L La a
LA =
− +3 2 3
3
3 2
V
La a
LB =
−3 22 3
3
T5.4
x
y
L
a b
1
VA VB
MA MB
M
L La a
LA = −
− + −2 2
2
4 3
M
La a
LB =
− +2 3 2
2
V
La a
LA =
− +6 6 2
3 V
La a
LB =
−6 6 2
3
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 15
Deformadas e forças de fixação na barra encastrada-apoiada
T6.1
x
y
L
a b
1VA VB
MA
Libertação em B:
b
L
EI
M A 2
3
= b
L
EI
VA 3
3
= b
L
EI
VB 3
3
−=
Libertação em A:
a
L
EI
M B 2
3
= a
L
EI
VA 3
3
−= a
L
EI
VB 3
3
=
Libertação em B:
y x
L a
L
x
a L
L
x x a
a x
L a
L
x
a L
L
x a x L
( ) =
−⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ +
−⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ ≤ ≤
− +
−⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ +
−⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ ≤ ≤
⎧
⎨
⎪
⎩
⎪
3 3
2 2
0
3 3
2 2
2
2
3
3
2
2
3
3
Libertação em A:
⎪
⎪
⎩
⎪⎪
⎨
⎧
≤≤⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
+⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
≤≤−+⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
+⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
−
=
axx
L
bL
x
L
Lb
LxabLx
L
bL
x
L
bL
xy
0
22
3
22
33
)(
3
3
3
3
Notar que a (b) é a distância desde a extremidade inicial
(final) à secção da descontinuidade.
T6.2
x
y
L
a b
1
VA VB
MA
Libertação em B:
M
EI
LA = −
3
2 V
EI
LA = −
3
3 V
EI
LB =
3
3
Libertação em A:
2
3
L
EI
MB −= V
EI
LA = −
3
3 V
EI
LB =
3
3
Libertação em B:
y x L
x
L
x x a
L
x
L
x a x L
( ) =
− + ≤ ≤
− + ≤ ≤
⎧
⎨
⎪
⎩
⎪
3
2
1
2
0
1
3
2
1
2
2
2
3
3
2
2
3
3
Libertação em A:
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
≤≤+−
≤≤+−
=
axx
L
x
L
Lxax
L
x
Lxy
0
2
1
2
3
2
1
2
3
1
)(
3
3
3
3
Forças de fixação para força e momento unitários
T6.3
x
y
L
a b
1
VA VB
MA
M
L a La a
LA = −
− + −2 3
2
2 2 3
2
V
L La a
LA =
− +2 3
2
3 2 3
3 V
La a
LB =
−3
2
2 3
3
T6.4
x
y
L
a b
1
VA VB
MA
2
22
2
362
L
aLaL
M A
−+−
−=
V
La a
LA =
− +6 3
2
2
3 V
La a
LB =
−6 3
2
2
3
IST - DECivil
Grupo de Análise de Estruturas 16
Deformadas e forças de fixação na barra encastrada-encastrada deslizante
T7.1
x
y
L
a b
1VA
MA MB
M
EI
LA = M
EI
LB = − VA = 0
Libertação em B:
y x L
x x a
a x
L
x a x L
( ) =
≤ ≤
− + ≤ ≤
⎧
⎨
⎪
⎩
⎪
1
2
0
1
2
2
2
Libertação em A:
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
≤≤++−
≤≤+−
=
axx
L
b
L
Lxax
L
x
L
xy
0
2
1
2
2
1
2)(
2
2
T7.2
x
y
L
a b
1
VA
MA MB
MA = 0 MB = 0 VA = 0
Libertação em B:
y x
x a
a x L
( ) =
≤ ≤
≤ ≤
⎧
⎨
⎩
0 0
1
Libertação em A:
⎩
⎨
⎧
≤≤
≤≤−
=
Lxa
ax
xy
0
01
)(
Forças de fixação para força e momento unitários
T7.3
x
y
L
a b
1
VA
MA MB
M
La a
LA = −
− +2
2
2
M
a
LB =
2
2
VA = 1
T7.4
x
y
L
a b
1
VA
MA MB
L
aL
M A
−
=
L
a
MB =
VA = 0

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  • 1. IST - DECivil Departamento de Engenharia Civil ANÁLISE DE ESTRUTURAS I Tabelas de Análise de Estruturas Grupo de Análise de Estruturas IST, 2011
  • 2. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 1 Formulário de Lajes Rotações: x w x ∂ θ ∂ = − y w y ∂ θ ∂ = − n x x y yn nθ θ θ= + Relação curvatura-deslocamento: 2 2xx w x ∂ χ ∂ = − 2 2yy w y ∂ χ ∂ = − 2 xy w x y ∂ χ ∂ ∂ = − Integrabilidade de curvaturas: xyxx yy xy y x x y χχ χ χ ∂∂ = ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ Relações constitutivas: 1 0 1 0 0 0 1 xx xx yy f yy xy xy m m D m ν χ ν χ ν χ ⎧ ⎫ ⎧ ⎫⎡ ⎤ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢ ⎥=⎨ ⎬ ⎨ ⎬⎢ ⎥ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢ ⎥−⎣ ⎦⎩ ⎭ ⎩ ⎭ 2 1 0 1 1 0 (1 ) 0 0 1 xx xx yy yy f xy xy m m D m χ ν χ ν ν χ ν ⎧ ⎫ ⎧ ⎫−⎡ ⎤ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢ ⎥= −⎨ ⎬ ⎨ ⎬⎢ ⎥−⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎢ ⎥+⎣ ⎦⎩ ⎭ ⎩ ⎭ Rigidez de flexão da laje: 3 2 12(1 ) f Eh D ν = − Momentos em faceta de orientação arbitrária: 2 2 2nn xx x xy x y yy ym m n m n n m n= + + ( ) ( )2 2 nt yy xx x y xy x ym m m n n m n n= − + − Força de canto: nt nt ntR m m m+ − = = − Esforço transverso: xyxx x mm v x y ∂∂ ∂ ∂ = + yy xy y m m v y x ∂ ∂ ∂ ∂ = + n x x y yv v n v n= + Esforço transverso efectivo: xy x x m r v y ∂ ∂ = + xy y y m r v x ∂ ∂ = + nt n n m r v t ∂ = + ∂ Equação de equilíbrio: 2 22 2 2 2yy xyxx m mm q x y x y ∂ ∂∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + + = − Eq. de Lagrange: 4 4 4 4 2 2 4 2 f w w w q x x y y D ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + + = Derivadas direccionais x y f f f n n n x y ∂ ∂ ∂ = + ∂ ∂ ∂ ( )y x f f f n n t x y ∂ ∂ ∂ = − + ∂ ∂ ∂
  • 3. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 2 Formulário Elemento de barra (viga) Esforços e deformações independentes ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = j j i N M M X , ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ θ θ = j j i e u Matriz de flexibilidade elementar ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ = A IEI L 6 21 12 6 F Relações deformações-esforços uXFu += Viga simplesmente apoiada Deslocamentos transversais )(xy e momentos flectores )(xM T1.1 x y L δi δj M x( ) = 0 y x L xi j i ( ) = + − δ δ δ T1.2 x y L MjMi M x M M M L xi j i ( ) = + − ( )y x L EI M M x M L x M M L xi j i i j ( ) = + − + −⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ 6 2 3 2 2 3
  • 4. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 3 T1.3 x y L a b P Caso particular: a=b=L/2 4 ) 2 ( PLL xM == EI PLL xy 48 ) 2 ( 3 == M x P b L x x a P a a L x a x L ( ) = ≤ ≤ − ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥ ≤ ≤ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩ ⎪ 0 ( )[ ] ( ) ( ) ( )[ ] y x P LEI ab b a x bx x a P LEI a b a a b ab a x a b a x ax a x L ( ) = + − ≤ ≤ − + + + + − + + ≤ ≤ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩ ⎪ 6 2 0 6 2 4 3 3 3 3 2 2 2 3 T1.4 x y L a b M Caso particular: momento a meio-vão ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ≤≤⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +−+− ≤≤⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +− = Lx L xLxx LL LEI M L xxx L LEI M xy 2 3 4 11 4 3 6 2 0 46 )( 32 23 3 2 M x M L x x a M M L x a x L ( ) = − ≤ ≤ − ≤ ≤ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩ ⎪ 0 ( )[ ] ( ) ( ) ( )[ ]⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≤≤++−++++− ≤≤+−− = Lxaxxbaxbababaa LEI M axxxabab LEI M xy 32222 322 34253 6 022 6)(
  • 5. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 4 T1.5 x y L pi pj Caso particular: p uniforme ( )2 2 )( xLx p xM −= ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +−= 43 3 x 24 1 x 12 L x 24 L EI p )x(y EI pLL xy 384 5 ) 2 ( 4 == ( )M x p L p L x p x p p L xi j i i j( ) = + ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ − + − ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥3 6 1 2 1 6 2 3 ( )y x EI p L p L x p L p L x p x p p L xi j i j i i j( ) = + ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ − + ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ + − − ⎡ ⎣ ⎢ ⎤ ⎦ ⎥ 1 8 360 7 360 18 36 1 24 1 120 3 3 3 4 5 Utilização das tabelas Sendo válida a sobreposição é conveniente decompôr as acções (ou os seus efeitos) em parcelas mais simples. Seja, por exemplo, a acção representada na tabela anterior, Tabela 1.5. Esta carga trapezoidal pode ser representada pela recta bmxp += com L pp m ij − = e ipb = . É fácil observar que a mesma recta pode ser obtida pela sobreposição de duas rectas particulares (que tomem o valor unitário numa das extremidades e o valor nulo na outra) devidamente escaladas: i ij px L pp p + − = = = ip L x )1( − + jp L x Nas tabelas seguintes recorrer-se-á a esta decomposição ou à decomposição alternativa em que se separa o termo constante (o b no caso anterior) do termo linear ( o mx no caso anterior). Viga simplesmente apoiada sujeita a variações de temperatura
  • 6. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 5 T1.6 Variações de Temperatura Deve identificar-se claramente a: • variação no vão; • variação na (altura da) secção. Os 3 casos de variação no vão que constam das tabelas são: 1. variação uniforme no vão o que significa que todas as secções da viga têm a mesma variação de temperatura; 2. variação crescente no vão a qual varia linearmente desde um valor zero até ao valor máximo na extremidade oposta; 3. variação decrescente no vão a qual varia linearmente desde um valor máximo até ao valor zero na extremidade oposta. Graficamente representam-se estes casos de variação no vão na forma seguinte: (constante) (crescente) (decrescente) A variação na secção deverá, quando necessário e para utilização da tabela, ser decomposta em: 1. variação uniforme em altura, a qual se denota por UTΔ e é dada pela variação de temperatura no centro de rigidez da secção. 2. variação linear na altura da secção, com valores de sinal contrário para a variação de temperatura nas fibras inferiores e superiores, relativamente ao centro de rigidez. Denota-se a diferença entre as variações de temperatura das fibras extremas por LTΔ , a qual se considera positiva quando a diferença das variações de temperatura entre as fibras extremas inferior e superior for positiva. Graficamente representam-se estes casos de variação na secção na forma seguinte: (uniforme) (linear) Exemplo (de variação na secção): Considere-se uma secção transversal de altura h cujo centro de rigidez se encontra à distância de 3h da fibra superior. Se a variação de temperatura na fibra inferior for de 5ºC e a variação de temperatura na fibra superior de 20ºC (ambas positivas), então 15ºLT CΔ = − e 15ºUT CΔ = .
  • 7. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 6 Distribuição de temperatura linear na secção, LTΔ : M x( ) = 0 Caso de variação constante no vão: 2 ( ) 2 LT y x Lx x h α Δ ⎡ ⎤= −⎣ ⎦ Caso de variação crescente no vão: 31 1 ( ) 2 3 3 LT y x x x h L α Δ ⎡ ⎤ = −⎢ ⎥ ⎣ ⎦ Caso de variação decrescente no vão: 2 32 1 ( ) 2 3 3 LT L y x x x x h L α Δ ⎡ ⎤ = − +⎢ ⎥ ⎣ ⎦ em que α é o coeficiente de dilatação térmica do material e h é a altura da secção Distribuição de temperatura uniforme na secção, UTΔ : 0)( =xN Caso de variação constante no vão: ( ) Uu L T Lα= Δ Caso de variação crescente no vão: ( ) 2 U L u L Tα= Δ Caso de variação decrescente no vão: ( ) 2 U L u L Tα= Δ
  • 8. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 7 Viga simplesmente apoiada sujeita a cargas axiais T1.7 x y L a b Q N x Q x a a x L ( ) = ≤ ≤ ≤ ≤ ⎧ ⎨ ⎩ 0 0 ∫= 0 0 0 )( 1 )( x dxx EA xu ε T1.8 x y L qi qj ( ) ( )N x q q L q x q q L xi j i i j( ) = + − + − ⎡ ⎣⎢ ⎤ ⎦⎥2 1 2 2
  • 9. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 8 T2 Deformações independentes em barras com cargas de vão - Termos correctores Carga de vão iθ jθ je x y L a b P LEI bLPab 6 )( + LEI aLPab 6 )( + 0 Caso particular a=L/2 EI PL 16 2 Caso particular a=L/2 EI PL 16 2 x y L a b Q 0 0 EA Qa x y L a b M LEI LbM 6 )3( 22 − LEI aLM 6 )3( 22 − 0 Caso particular a=L/2 EI ML 24 − Caso particular a=L/2 EI ML 24 x y L pi pj ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + 360 7 360 81 33 L p L p EI ji ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + 360 8 360 71 33 L p L p EI ji 0 Caso particular ji pp = EI Lpi 24 3 Caso particular ji pp = EI Lpi 24 3 x y L qi qj 0 0 EA Lq EA Lq ji 6 2 6 22 + Variação de temperatura uniforme no vão 2 LT L h α Δ 2 LT L h α Δ UT Lα Δ Variação de temperatura crescente no vão 6 LT L h α Δ 3 LT L h α Δ 1 2 UT Lα Δ Variação de temperatura decrescente no vão 3 LT L h α Δ 6 LT L h α Δ 1 2 UT Lα Δ
  • 10. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 9 T.3 Deformadas para deslocamentos impostos Tipo de barra Imposição de rotação à esquerda Imposição de deslocamento transversal bi-encastrada encastrada-rotulada encastrada-enc desliz. Deformada da barra sujeita apenas a esforço normal NOTA: A deformada final da barra é sempre obtida considerando a sobreposição dos diversos efeitos nomeadamente: • a(s) rotação(ões) independentes; • o deslocamento transversal relativo entre extremidades; • o deslocamento axial relativo entre extremidades; • o efeito das solicitações de vão.
  • 11. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 10 Forças de fixação devidas a cargas de vão na barra bi-encastrada AM BM AV BV AN BN 8 PL 8 PL − 2 P 2 P 2 Q − 2 Q − 2 2 L Pab 2 2 L Pba − 3 2 )3( L baPb + 3 2 )3( L baPa + L Qb − L Qa − 4 M 4 M L M 2 3 L M 2 3 − 0 0 2 )2( L baMb − 2 )2( L abMa − 3 6 L Mab 3 6 L Mab − 0 0 12 2 pL 12 2 pL − 2 pL 2 pL 2 qL − 2 qL − 30 2 pL 20 2 pL − 20 3pL 20 7pL 6 qL − 3 qL − 20 2 pL 30 2 pL − 20 7pL 20 3pL 3 qL − 6 qL − 0 0 m m− 0 0 12 mL 12 mL − 2 m 2 m − 0 0 12 mL − 12 mL 2 m − 2 m 0 0 TΔ LT EI h α Δ LT EI h α Δ − 0 0 UT EAα Δ UT EAα− Δ TΔ 0 LT EI h α Δ − LT EI Lh α Δ − LT EI Lh α Δ 2 UT EAα Δ 2 UT EAα Δ − TΔ LT EI h α Δ 0 LT EI Lh α Δ LT EI Lh α Δ − 2 UT EAα Δ 2 UT EAα Δ −
  • 12. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 11 Forças de fixação devidas a cargas de vão na barra encastrada-rotulada AM Bθ AV BV AN BN 16 3PL EI PL 32 2 16 11P 16 5P 2 Q − 2 Q − 2 2 )( L bLPab + EIL Pba 4 2 3 22 2 )3( L bLPb − 3 2 2 )3( L aLPa − L Qb − L Qa − 8 M EI ML 16 − L M 8 9 L M 8 9 − 0 0 2 22 2 )3( L bLM − EIL abMa 4 )2( − − 3 2 )(3 L bLMa + 3 2 )(3 L bLMa + − 0 0 8 2 pL EI pL 48 3 8 5pL 8 3pL 2 qL − 2 qL − 120 7 2 pL EI pL 80 3 120 27pL 120 33pL 6 qL − 3 qL − 120 8 2 pL EI pL 120 3 120 48pL 120 12pL 3 qL − 6 qL − 0 0 m m− 0 0 8 mL EI mL 48 2 8 5m 8 5m − 0 0 8 mL − EI mL 48 2 − 8 3m 8 3m − 0 0 TΔ 3 2 LT EI h α Δ 4 LT L h α Δ 3 2 LT EI Lh α Δ 3 2 LT EI Lh α Δ − UT EAα Δ UT EAα− Δ TΔ 2 LT EI h α Δ 4 LT L h α Δ 2 LT EI Lh α Δ 2 LT EI Lh α Δ − 2 UT EAα Δ 2 UT EAα Δ − TΔ LT EI h α Δ 0 LT EI Lh α Δ LT EI Lh α Δ − 2 UT EAα Δ 2 UT EAα Δ −
  • 13. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 12 Forças de fixação devidas a cargas de vão na barra encastrada-encastrada deslizante AM BM AV Bδ AN BN 8 3PL 8 PL P EI PL 24 3 2 Q − 2 Q − L LbPa 2 )( + L Pa 2 2 P EI baPa 12 )3(2 + L Qb − L Qa − 2 M − 2 M − 0 EI ML 8 2 − 0 0 L Mb − L Ma − 0 EI Mab 2 − 0 0 3 2 pL 6 2 pL pL EI pL 24 4 2 qL − 2 qL − 24 5 2 pL 24 3 2 pL 2 pL EI pL 240 7 4 6 qL − 3 qL − 24 3 2 pL 24 2 pL 2 pL EI pL 240 3 4 3 qL − 6 qL − 2 mL − 2 mL − 0 EI mL 12 3 − 0 0 6 mL − 3 mL − 0 EI mL 24 3 − 0 0 3 mL − 6 mL − 0 EI mL 24 3 − 0 0 TΔ LT EI h α Δ LT EI h α Δ − 0 0 UT EAα Δ UT EAα− Δ TΔ 2 LT EI h α Δ 2 LT EI h α Δ − 0 2 12 LT L h α Δ 2 UT EAα Δ 2 UT EAα Δ − TΔ 2 LT EI h α Δ 2 LT EI h α Δ − 0 2 12 LT L h α Δ − 2 UT EAα Δ 2 UT EAα Δ −
  • 14. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 13 Elemento de barra - deslocamentos prescritos Deslocamentos independentes a considerar em cada nó • rotação; • deslocamento transversal. A deformada obtém-se por sobreposição das 4 deformadas, correspondentes a cada um dos 4 deslocamentos considerados: ∑= = 4 1 )()( i ii xxy ϕδ Efeito de δ1=1, δi=0 ∀ i ≠ 1 x y L 1 T4.1 ( )322 21 2 1 )( xLxxL L x +−−=ϕ Efeito de δ2=1, δi=0 ∀ i ≠ 2 x y L 1 T4.2 ( )32 22 1 )( xLx L x +−−=ϕ Efeito de δ3=1, δi=0 ∀ i ≠ 3 x y L 1 T4.3 ( )323 33 23 1 )( xLxL L x +−−=ϕ Efeito de δ4=1, δi=0 ∀ i ≠ 4 x y L 1 T4.4 ( )32 34 23 1 )( xLx L x −−=ϕ Existindo deformação axial também se devem considerar os modos de deformação associados aos deslocamentos independentes axiais. Contudo, estes modos não alteram a função )(xy , a distância da corda à posição deformada em cada ponto, que é o que se designa por deformada.
  • 15. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 14 Deformadas e forças de fixação na barra bi-encastrada T5.1 x y L a b 1VA VB MA MB ( )M EI L a bA = − − 2 22 ( )M EI L b aB = − 2 22 ( )V EI L b aA = − 6 3 ( )V EI L a bB = − 6 3 y x L a L x a L L x x a a x L a L x a L L x a x L ( ) = −⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ + −⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ≤ ≤ − + −⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ + −⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ≤ ≤ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩ ⎪ 2 3 2 0 2 3 2 2 2 3 3 2 2 3 3 T5.2 x y L a b 1 VA VB MA MB M EI LA = − 6 2 M EI LB = − 6 2 V EI LA = − 12 3 V EI LB = 12 3 y x L x L x x a L x L x a x L ( ) = − + ≤ ≤ − + ≤ ≤ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩ ⎪ 3 2 0 1 3 2 2 2 3 3 2 2 3 3 Forças de fixação para força e momento unitários T5.3 x y L a b 1 VA VB MA MB M L a La a LA = − − + −2 2 3 2 2 M La a LB = − +2 3 2 V L La a LA = − +3 2 3 3 3 2 V La a LB = −3 22 3 3 T5.4 x y L a b 1 VA VB MA MB M L La a LA = − − + −2 2 2 4 3 M La a LB = − +2 3 2 2 V La a LA = − +6 6 2 3 V La a LB = −6 6 2 3
  • 16. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 15 Deformadas e forças de fixação na barra encastrada-apoiada T6.1 x y L a b 1VA VB MA Libertação em B: b L EI M A 2 3 = b L EI VA 3 3 = b L EI VB 3 3 −= Libertação em A: a L EI M B 2 3 = a L EI VA 3 3 −= a L EI VB 3 3 = Libertação em B: y x L a L x a L L x x a a x L a L x a L L x a x L ( ) = −⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ + −⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ≤ ≤ − + −⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ + −⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ≤ ≤ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩ ⎪ 3 3 2 2 0 3 3 2 2 2 2 3 3 2 2 3 3 Libertação em A: ⎪ ⎪ ⎩ ⎪⎪ ⎨ ⎧ ≤≤⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ≤≤−+⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − +⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − = axx L bL x L Lb LxabLx L bL x L bL xy 0 22 3 22 33 )( 3 3 3 3 Notar que a (b) é a distância desde a extremidade inicial (final) à secção da descontinuidade. T6.2 x y L a b 1 VA VB MA Libertação em B: M EI LA = − 3 2 V EI LA = − 3 3 V EI LB = 3 3 Libertação em A: 2 3 L EI MB −= V EI LA = − 3 3 V EI LB = 3 3 Libertação em B: y x L x L x x a L x L x a x L ( ) = − + ≤ ≤ − + ≤ ≤ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩ ⎪ 3 2 1 2 0 1 3 2 1 2 2 2 3 3 2 2 3 3 Libertação em A: ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≤≤+− ≤≤+− = axx L x L Lxax L x Lxy 0 2 1 2 3 2 1 2 3 1 )( 3 3 3 3 Forças de fixação para força e momento unitários T6.3 x y L a b 1 VA VB MA M L a La a LA = − − + −2 3 2 2 2 3 2 V L La a LA = − +2 3 2 3 2 3 3 V La a LB = −3 2 2 3 3 T6.4 x y L a b 1 VA VB MA 2 22 2 362 L aLaL M A −+− −= V La a LA = − +6 3 2 2 3 V La a LB = −6 3 2 2 3
  • 17. IST - DECivil Grupo de Análise de Estruturas 16 Deformadas e forças de fixação na barra encastrada-encastrada deslizante T7.1 x y L a b 1VA MA MB M EI LA = M EI LB = − VA = 0 Libertação em B: y x L x x a a x L x a x L ( ) = ≤ ≤ − + ≤ ≤ ⎧ ⎨ ⎪ ⎩ ⎪ 1 2 0 1 2 2 2 Libertação em A: ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ≤≤++− ≤≤+− = axx L b L Lxax L x L xy 0 2 1 2 2 1 2)( 2 2 T7.2 x y L a b 1 VA MA MB MA = 0 MB = 0 VA = 0 Libertação em B: y x x a a x L ( ) = ≤ ≤ ≤ ≤ ⎧ ⎨ ⎩ 0 0 1 Libertação em A: ⎩ ⎨ ⎧ ≤≤ ≤≤− = Lxa ax xy 0 01 )( Forças de fixação para força e momento unitários T7.3 x y L a b 1 VA MA MB M La a LA = − − +2 2 2 M a LB = 2 2 VA = 1 T7.4 x y L a b 1 VA MA MB L aL M A − = L a MB = VA = 0