Verificação de Resistência e Rigidez da Estrutura Metálica de Gruas
A norma GB/T 30024-2013 «Guindastes — Verificação de capacidade de estruturas metálicas» é a especificação geral para o cálculo e a verificação da capacidade de carga de estruturas de aço de grua. Esta norma adota equivalentemente a ISO 20332:2008 e define os métodos de análise e os critérios de verificação para a resistência, rigidez e estabilidade de estruturas metálicas de guindastes. Este artigo analisa em detalhe os métodos de cálculo centrais e as regras de validação da norma.
A norma GB/T 30024-2013 «Guindastes — Verificação de capacidade de estruturas metálicas» adota equivalentemente a ISO 20332:2008 e funciona como especificação complementar de verificação à norma de projeto GB/T 3811-2008. Esta norma estabelece uma metodologia sistemática para a verificação da capacidade de carga de estruturas metálicas de guindastes, abrangendo análise de cargas, cálculo de tensões, avaliação de fadiga e verificação da estabilidade.
Método de verificação de capacidade
A norma adota o método dos coeficientes parciais de segurança para a verificação de capacidade. Cada carga é multiplicada pelo respetivo coeficiente parcial de segurança e depois combinada, sendo o resultado comparado com o valor de cálculo da resistência do material. Os coeficientes parciais incluem o coeficiente de peso próprio γG (geralmente 1,1), o coeficiente de carga móvel γP (1,3 a 1,5) e o coeficiente dinâmico φ (coeficiente de impacto de elevação de 1,05 a 1,3).
Procedimento de verificação: estabelecer um modelo de elementos finitos ou um modelo analítico da estrutura → determinar as combinações de cargas para cada condição de operação → calcular os esforços internos em cada elemento → verificar a resistência, rigidez e estabilidade de cada seção transversal → realizar a avaliação da vida à fadiga nas zonas sensíveis à fadiga → emitir o relatório de verificação.
Verificação de resistência e rigidez
Verificação de resistência: tensão normal σ ≤ σR/γm (σR é o limite de escoamento do material e γm é o coeficiente parcial de segurança do material, igual a 1,33). Tensão de cisalhamento τ ≤ τR/γm. A tensão combinada é verificada segundo o critério de Von Mises, σv ≤ σR/γm. Para o aço Q235B (≈S235JR), a tensão admissível é de aproximadamente 170 MPa.
Verificação de rigidez: a deflexão em plena carga da viga principal é f ≤ S/700 (Classe de Funcionamento A1~A3) ou f ≤ S/800 (Classe de Funcionamento A4~A6). A deflexão da extremidade em balanço de estruturas tipo pórtico é f ≤ L/350. A estabilidade geral é calculada de acordo com o segundo tipo de problema de estabilidade da norma GB/T 3811.
Avaliação de fadiga estrutural
As estruturas metálicas de guindastes com Classe de Funcionamento A7 e acima devem ser submetidas a avaliação de fadiga. A norma calcula a vida útil à fadiga com base no número de ciclos de tensão e na amplitude de tensão. A resistência à fadiga do cordão de solda é inferior à do metal base, sendo esta a zona de maior atenção na avaliação de fadiga. Quando a razão de ciclo de tensão é superior a 0,1, o projeto deve considerar vida infinita (amplitude de tensão abaixo do limite de fadiga).
Tabela comparativa de parâmetros de verificação
| Parâmetro | Símbolo | Valor / Intervalo | Observações |
|---|---|---|---|
| Coeficiente de peso próprio | γ G | 1,1 | Aplicado ao peso próprio da estrutura |
| Coeficiente de carga móvel | γ P | 1,3 – 1,5 | Depende da natureza da carga aplicada |
| Coeficiente de Impacto (elevação) | φ | 1,05 – 1,3 | Coeficiente dinâmico para elevação |
| Coeficiente parcial de segurança do material | γm | 1,33 | Aplicado ao limite de escoamento |
| Tensão admissível (Q235B) | σadm | ≈ 170 MPa | Para aço Q235B (≈S235JR) |
| Deflexão admissível da viga principal | f | ≤ S/700 (A1–A3) ≤ S/800 (A4–A6) |
S = vão da viga |
| Deflexão admissível da extremidade em balanço | f | ≤ L/350 | L = comprimento do cantiléver |
| Limite de razão de ciclo de tensão | r | 0,1 | Acima deste valor → projeto de vida infinita |
| verificaçãoitem | requisitos da norma | Q235B (≈S235JR)valor admissível | Q345B (≈S355J2)valor admissível | verificaçãométodo |
|---|---|---|---|---|
| positivo Tensão | σ≤σ R/γm | ≤170MPa | ≤250MPa | elementos finitos/método analítico |
| tensão de cisalhamento | τ≤τ R/γm | ≤100MPa | ≤145MPa | máximotensão de cisalhamentométodo |
| composto Tensão | Von Mises | ≤170MPa | ≤250MPa | σv=√(σ²+3τ²) |
| deflexão | f≤S/700~S/800 | por Vãodeterminado | método de superposição/elementos finitos | |
| estabilidade à flambagem | norma GB/T 3811segunda categoria | conformeesbeltezconsulta de tabela | fórmula de Euler/elementos finitos | |
| Fadiga(vida infinita) | Δσ≤Δσ D | conforme Cordão de Soldaconsulta de tabela por categoria | nominal Tensãométodo | |
| Kelude Norma | Kelude Indústrias Pesadastodosponte rolante e pórticoconforme GB/T 30024realizar verificação de capacidade do sistema, emitir relatório de cálculo por elementos finitos | |||
Perguntas Frequentes
P: Qual é a relação entre a norma GB/T 30024 e a GB/T 3811?
R: A GB/T 3811-2008 é a especificação de projeto de ponte rolante, que define os requisitos básicos de projeto e o método de cálculo de carga. A GB/T 30024-2013 é a norma de verificação de capacidade da estrutura metálica, que estabelece como verificar se a estrutura de aço atende aos requisitos de projeto. Em resumo, a GB/T 3811 define "como projetar" e a GB/T 30024 define "como verificar se o projeto é aprovado".
P: O que deve constar no relatório de verificação de capacidade?
R: De acordo com os requisitos da norma, o relatório de verificação de capacidade deve incluir: ① os principais parâmetros técnicos do guindaste (capacidade de elevação, vão, classe de funcionamento, etc.); ② a descrição das combinações de cargas e dos coeficientes parciais de segurança adotados; ③ os resultados do cálculo de tensões e as conclusões da verificação para cada seção transversal crítica; ④ os resultados do cálculo de rigidez (deflexão); ⑤ os resultados da verificação da estabilidade; ⑥ os resultados da avaliação de fadiga (classe A6 e acima); ⑦ a conclusão — se os requisitos de projeto são atendidos.
P: Por que as tensões admissíveis do Q235B e do Q345B são 170MPa e 250MPa?
R: O Q235B tem limite de escoamento de 235MPa; dividido pelo coeficiente parcial de segurança do material γm=1.33 (incluindo fator de segurança de 1.1), obtém-se uma tensão normal admissível de aproximadamente 170MPa. O Q345B tem limite de escoamento de 345MPa; dividido igualmente por 1.33, obtém-se aproximadamente 250MPa. Estes são os valores admissíveis recomendados pela norma. Em projetos reais, γm pode variar entre 1.33 e 1.50, dependendo da combinação de cargas e da importância da estrutura.
P: Quais guindastes requerem avaliação de fadiga?
R: A estrutura metálica de guindastes com classe de funcionamento A6 e acima (serviço pesado, muito pesado e extra pesado) deve ser submetida à avaliação de fadiga. A classe A6 corresponde a aproximadamente 2×10^5 ciclos de trabalho totais, a classe A7 a cerca de 4×10^5 ciclos e a classe A8 a cerca de 8×10^5 ciclos. A avaliação utiliza o método da tensão nominal, calculando a vida útil à fadiga de acordo com as curvas de classe de fadiga (curva S-N) do anexo da norma GB/T 30024.
