Instabilidade

A interrupção do cálculo devido a uma estrutura instável pode ter diferentes razões. Por um lado, pode indicar uma instabilidade "real" devido a uma sobrecarga da estrutura, mas, por outro lado, as imprecisões da modelação também podem ser responsáveis por esta mensagem de erro. A seguir, pode encontrar possíveis procedimentos para encontrar a causa da instabilidade.

1. Verificação da modelação

Em primeiro lugar, deve verificar se a modelação da estrutura está correta. Recomenda-se a utilização das ferramentas de verificação do modelo fornecidas pelo RFEM 6 ou RSTAB 9 (Ferramentas → Verificação do modelo). Desta forma, pode, por exemplo, encontrar nós idênticos e barras sobrepostas e eliminá-los, se necessário.

FAQ

FAQ 005345 | O meu modelo no RFEM 6/RSTAB 9 é instável. Qual poderá ser o motivo?

Opções de verificação do modelo

Além disso, é possível calcular a estrutura sujeita a carga própria pura num caso de carga de acordo com a análise geométrica linear, por exemplo. Se os resultados forem apresentados aqui, a estrutura é estável relativamente à modelação. Se não for o caso, encontram-se listadas abaixo as causas mais comuns:

• Definição incorreta de apoios/apoios em falta

Isto pode resultar em instabilidades, uma vez que a estrutura não é suportada em todas as direções. Por isso, as condições de apoio devem estar em equilíbrio com a estrutura, bem como com as condições de fronteira externas. Os sistemas estaticamente subdeterminados também podem resultar em cálculos interrompidos devido a condições de fronteira insuficientes.

Sistema cinemático – viga de vão único sem apoio rígido

• Torção de barras sobre o seu próprio eixo

Se as barras rodarem em torno do seu próprio eixo, ou seja, uma barra não é suportada sobre o seu próprio eixo, podem ocorrer instabilidades. Geralmente, isso é causado pela configuração das articulações de barra. Assim, pode acontecer que as articulações torcionais sejam introduzidas no nó inicial e no nó final.

Introdução de articulações torcionais nos nós inicial e final

• Ligação de barras em falta

Especialmente no caso de modelos grandes e complexos, pode dar-se o caso de algumas barras não estarem ligadas entre si e, assim, "flutuarem no ar". Além disso, o esquecimento de barras cruzadas que deveriam cruzar-se, também pode resultar em instabilidades. Uma solução fornece a verificação do modelo "Barras cruzadas não unidas", que procura as barras que se cruzam, mas não têm um nó comum no ponto de interseção.

• Sem nó comum

Os nós aparentemente estão no mesmo local, mas ao inspecionar mais detalhadamente, verificamos que se afastam ligeiramente um do outro. Geralmente, isso é causado por importações CAD e pode ser corrigido através da verificação do modelo.

Resultado da verificação do modelo para nós idênticos

• Formação de uma corrente de articulações

Muitas articulações de extremidade de barra num nó podem causar uma corrente de articulações que leva à interrupção do cálculo. Para cada nó, podem ser definidas apenas articulações n-1 com o mesmo grau de liberdade em relação ao sistema de coordenadas global, sendo que "n" é o número de barras ligadas. O mesmo se aplica às articulações de linha.

Sistema cinemático devido a corrente de articulação

2. Verificação de reforço

Um reforço em falta, também pode fazer com que o cálculo seja interrompido devido a instabilidades. Portanto, deve-se sempre verificar se a estrutura está suficientemente reforçada em todas as direções.

Falta de contraventamento

3. Problemas numéricos

Relacionado com esse ponto, é apresentado o seguinte exemplo. Um pórtico articulado é reforçado por barras de tração. Devido às contrações dos pilares em função de cargas verticais, as barras de tração recebem pequenas forças de compressão na primeira etapa do cálculo. São removidas da estrutura (uma vez que apenas a tração pode ser absorvida). Na segunda etapa do cálculo, o modelo sem essas barras de tração é instável.

Existem várias formas de resolver este problema. Pode aplicar um pré-esforço (carga de barra) às barras de tração para "eliminar" as pequenas forças de compressão, atribuir uma pequena rigidez às barras ou remover as barras uma a uma no cálculo. A configuração de cálculo é automatizadas no RSTAB 9 e no RFEM 6 pode ser ativada opcionalmente.

Parâmetros de cálculo no RFEM 6

4. Determinação de causas de instabilidade

• Verificação automática do modelo com visualização gráfica de resultados

Para obter uma representação gráfica da causa da instabilidade, foi utilizado o módulo Estabilidade da estrutura. A opção "Calcular sem carregamento para análise de instabilidade utilizando a forma própria" permite calcular sistemas supostamente instáveis. A análise de valores próprios é realizada com base nos dados estruturais para que a instabilidade do componente estrutural afetado seja apresentada graficamente como resultado.

Representação gráfica de uma instabilidade

• Problema de carga crítica

Se os casos de carga ou as combinações de cargas puderem ser calculados de acordo com a análise geométrica linear e o cálculo não parar até à análise de segunda ordem, existe um problema de estabilidade (fator de carga crítica inferior a 1,00). O fator de carga crítica indica qual o coeficiente que deve ser utilizado para multiplicar a carga para que o modelo sujeito a uma carga específica se torne instável (por exemplo, encurvadura). Portanto: um fator de carga crítica inferior a 1,00 significa que a estrutura é instável. Apenas um fator de carga crítica positivo superior a 1,00 significa que a carga devido às forças axiais predefinidas multiplicadas por este fator leva à rotura por encurvadura da estrutura estável. Para encontrar o "ponto fraco", é recomendada a seguinte abordagem, que requer o módulo Estabilidade da estrutura.

Primeiro, é necessário reduzir a carga da combinação de cargas afetada até que a combinação de cargas se torne estável. O fator de carga nos parâmetros de cálculo da combinação de cargas pode ajudar. Isto também corresponde à determinação manual do fator de carga crítica se o módulo Estabilidade da estrutura não estiver disponível. Para elementos estruturais puramente lineares, pode ser suficiente calcular a combinação de cargas de acordo com a análise geométrica linear e determinar a carga crítica com o módulo. Utilizando o modo de encurvadura gráfico desta combinação de cargas, é possível encontrar a localização problemática na estrutura e tomar as medidas corretivas.