ISO 20332:2016 Verificação de estruturas de aço
A norma ISO 20332:2016 — "Guindastes — Método dos estados limites — Verificação da resistência estrutural de estruturas de aço" — é a norma de verificação para o projeto de estruturas de aço de grua segundo o método dos estados limites. A norma define as combinações de cargas, os coeficientes parciais de segurança e os métodos de verificação da resistência estrutural para os estados limites último e de serviço.
Classificação dos estados limites
A ISO 20332:2016 classifica os estados limites da estrutura de aço de grua em: estado limite último (ELU — estado em que a estrutura atinge a sua capacidade de carga máxima, incluindo instabilidade geral, flambagem local, escoamento e fratura do material, e fratura por fadiga), estado limite de serviço (ELS — estado em que a deformação ou vibração da estrutura excede os valores admissíveis de utilização, incluindo deformação elástica excessiva, vibração e ruído) e estado limite de fadiga (ELF — estado em que a estrutura sofre falha por fadiga sob cargas cíclicas). Este artigo abrange os métodos de verificação para ELU e ELS; a verificação de fadiga é realizada de acordo com a ISO 24035.
Combinação de cargas para verificação ELU — As cargas a considerar na verificação ELU de um guindaste incluem: cargas permanentes (G — peso próprio da estrutura, peso de equipamentos fixos), cargas variáveis (Q — carga suspensa, carga de vento, carga de neve, carga de temperatura) e cargas acidentais (A — terremoto, colisão, impacto). Cada carga é multiplicada pelo coeficiente parcial de segurança correspondente e depois combinada — combinação fundamental γG×G + γQ×Q, combinação acidental G + A + ψ×Q. O coeficiente parcial de segurança γG (para cargas permanentes) é 1,2 (desfavorável) ou 1,0 (favorável); γQ (para cargas variáveis) é 1,5.
Métodos de verificação da resistência
Fórmula fundamental de verificação da resistência — Sob a combinação de cargas de projeto, a tensão σd em cada ponto da estrutura deve satisfazer σd ≤ f_d / f_M, onde f_d é a resistência de projeto do material (baseada no limite de escoamento padrão dividido pelo coeficiente parcial de segurança do material γM), e γM é o coeficiente parcial de segurança do material (1,0~1,1 para aço, 1,15~1,25 para cordões de solda). Para elementos comprimidos, é ainda necessária a verificação de estabilidade — estabilidade geral (flambagem de Euler) e estabilidade local (limites da relação largura-espessura dos elementos da seção).
Verificação de estabilidade — O coeficiente de estabilidade φ de elementos comprimidos é determinado pelo índice de esbeltez λ e pela classificação da seção transversal (classes a, b, c). A fórmula de verificação é N/(φ×A) ≤ f_d/γM. Para a estabilidade geral de elementos fletidos — se o espaçamento entre apoios laterais for suficiente, a verificação da estabilidade geral pode ser dispensada; caso contrário, a verificação é feita conforme φb×W×f_d/γM. Para a estabilidade local de elementos planos — a relação largura-espessura da mesa b/t ≤ 15 (Q235) e a relação altura-espessura da alma h0/tw ≤ 80 (≤ 180 com reforços transversais). A Kelude Indústrias Pesadas adota integralmente o método dos estados limites no projeto de resistência de estruturas de aço.
| Estado limite | combinação de cargas | critérios de aceitação | coeficiente parcial de segurança |
|---|---|---|---|
| ULSCapacidade de carga | γ G×G+γ Q×Q | σd≤fd/γ M | γ G=1.2,γ Q=1.5 |
| SLSNormal | G+Q+ψ×Q | Deformação≤L/400 | ψ=0.7~1.0 |
| FLSFadiga | Espectro de Tensões | D≤1.0 | γ F=1.25 |
| Acidental | G+A+ψ×Q | σd≤1.5fd | Sem coeficientes adicionais |
Estado Limite de Serviço
Os requisitos de deformação para a verificação do ELS incluem: a deflexão no meio do vão da viga principal (sob carga nominal) ≤ L/400 a L/500 (para regimes de trabalho pesados, adota-se o valor mais rigoroso), e a deflexão na extremidade em balanço ≤ L/300. A deflexão relativa nos trilhos da ponte e do carro não deve exceder 5 mm. Os deslocamentos horizontais máximos da estrutura são: ≤ H/800 na direção da translação da ponte (H é a altura acima do nível do trilho) e ≤ H/500 na direção da translação do carro. A verificação de deformações utiliza a combinação de cargas padrão (sem majoração) — G + Q (a carga suspensa é considerada com o seu valor nominal e a carga de vento com o valor da pressão em condição de trabalho).
Os requisitos de rigidez dinâmica exigem que a frequência principal de vibração da estrutura durante o arranque e a frenagem com carga nominal seja ≥ 2 Hz (para evitar desconforto ao operador e ressonância com o corpo humano). Após uma remoção súbita da carga suspensa em condições de carga plena, o tempo de atenuação da estrutura não deve exceder 5 s. Para guindastes com requisitos de posicionamento preciso (como as pontes rolantes de lingotamento), os requisitos de rigidez vertical são mais rigorosos (o limite de deflexão é L/800 a L/1000). O projeto de estrutura de aço da Kelude Indústrias Pesadas atende rigorosamente aos requisitos de deformação do ELS e de rigidez dinâmica.
Relatório de Verificação
O relatório de verificação da resistência estrutural deve incluir: a base de cálculo (normas e versões adotadas), os parâmetros técnicos do guindaste (capacidade de elevação, vão, classe de funcionamento, etc.), as cargas e combinações de cargas (determinação de valores de carga e coeficientes de combinação para cada condição de operação), os resultados da análise de elementos finitos ou dos cálculos analíticos (mapas de tensão, diagramas de deformação e análise de estabilidade), as conclusões da verificação para cada estado limite (conformidade com ULS e ELS) e recomendações. O relatório de verificação deve ser assinado por um engenheiro de estruturas certificado.
| Itens de verificação | requisitos | Método de cálculo | Conteúdo do relatório |
|---|---|---|---|
| ULSResistência | σd≤fd/γ M | Elementos finitos/Analítico | Tensão Mapa de distribuição+Conclusão |
| ULSEstabilidade | N/(φ A)≤fd/γ M | Fórmula de Euler | Memorial de verificação de estabilidade |
| SLSDeformação | δmax≤L/400 | deflexão Cálculo | Deformação Mapa de distribuição |
| SLSvibração | Frequência fundamental≥2Hz | análise modal | Frequência Valor |
Perguntas Frequentes
P: Como a ISO 20332:2016 classifica os estados limites?
R: Estado limite último (ELU) — resistência/estabilidade; estado limite de serviço (ELS) — deformação/vibração; e estado limite de fadiga — vida útil à fadiga. O ELU e o ELS utilizam combinações de cargas e coeficientes parciais de segurança distintos.
P: Como são determinados os coeficientes parciais de segurança das cargas?
R: Para efeitos desfavoráveis da carga permanente, γG=1,2; para efeitos favoráveis, γG=1,0. Para carga variável, γQ=1,5. O coeficiente parcial de segurança do material é γM=1,0~1,1 para o aço e γM=1,15~1,25 para cordões de solda. Na combinação de cargas acidentais, utiliza-se G+A+ψ×Q.
P: Quais são os requisitos de deformação no estado limite de serviço?
R: A flecha da viga principal (sob carga nominal) ≤ L/400 (serviço moderado) a L/500 (serviço pesado); na extremidade em balanço, ≤ L/300. A deflexão relativa no trilho ≤ 5 mm. A frequência fundamental da estrutura ≥ 2 Hz. Para guindastes de posicionamento de precisão, os limites de deflexão são mais rigorosos.
P: Qual é a fórmula de verificação de resistência no ELU?
R: σd ≤ fd/γM — σd é a tensão de projeto (sob combinação de cargas), fd é a resistência de projeto do material (limite de escoamento normalizado) e γM é o coeficiente parcial de segurança do material. Para compressão, verifica-se também a estabilidade geral: N/(φA) ≤ fd/γM. O projeto estrutural de estrutura de aço da Kelude Indústrias Pesadas segue integralmente o método dos estados limites.
