Enunciado

Considere o prédio alto do Prob. 5/222 como uma viga uniforme vertical. Determine a força cortante e o momento na estrutura, e faça um gráfico de ambos, em função da altura x acima do chão. Avalie suas expressões para x = 150 m.

Passo 1

Vamos calcular a força cortante V e o momento fletor M atuando em uma seção do prédio de altura x , isolando em diagrama de corpo livre a parte do prédio que vai da altura x até o topo. Isolamos a parte de baixo para evitar a força e o momento causado pela fundação do prédio. Colocamos V para a direita e M no sentido horário, pela convenção do sentido para o cortante e o momento fletor.

Passo 2

Sabemos pelo Prob. 5/222 que a pressão causada pelo vento na altura x ' é:

p x ' = 60 3 x '

Estamos chamando a altura variável de x ' , pois agora x é um valor fixo, onde fizemos o corte no prédio, enquanto x ' varia, de x até 300 m. Então a força causada pelo vento em um elemento de altura d x ' e largura de 60 m é:

d F V = p   d A = 60 3 x ' ⋅ 60 d x ' = 3600 3 x ' d x '

Devemos então integrar essa expressão de x a 300 m e acharemos a força total causada pelo vento nesse trecho do prédio:

F V = ∫ x 300 3600 3 x ' d x ' = 3600 3 ⋅ ( x ' ) 3 / 2 3 / 2 x 300 = 800 √ 3 ( 300 3 2 - x 3 2   )

= 800 3 3000 3 - x 3 / 2 = 7200000 - 800 3   x 3 / 2

Então, pelo equilíbrio das forças verticais temos V :

V x = 7200000 - 800 3   x 3 / 2

Passo 3

Para obter M , devemos saber o momento em torno da seção de coordenada x que a força causada pelo vento causa. A força feita em um elemento de altura x ' em relação à base já foi calculada:

d F V = 3600 3 x ' d x '

A distância desse elemento até a seção que cortamos x ' - x , então o momento é dado por:

d M V = x ' - x d F V = x ' - x 3600 3 x ' d x ' = 1200 3 x ' 3 / 2 - x x ' d x '

É importante perceber que x aqui é uma constante, e x ' é quem varia! Então, integramos de x m a 300 m para saber o momento total causado pelo vento em torno da nossa seção de altura x :

M V = ∫ x 300 1200 3 x ' 3 / 2 - x x ' d x ' = 1200 3 x ' 5 / 2 5 / 2 - x x ' 3 / 2 3 / 2 x 300 =

= 1200 3 2 ⋅ 300 5 / 2 5 - 2 x ⋅ 300 3 / 2 3 - 2 x 5 / 2 5 + 2 x 5 / 2 3

= 1200 3 360000 3 - 2000 3 x + 4 x 5 / 2 15

= 1296 × 10 6 - 7,2 × 10 6   x + 320 3   x 5 / 2

Então pelo equilíbrio do corpo o momento fletor terá o mesmo módulo:

M x = 1296 × 10 6 - 7,2 × 10 6   x + 320 3   x 5 / 2

Passo 4

Agora vamos representar V ( x ) e M ( x ) em gráficos:

Para x = 150   m , temos:

V 150 = 7200000 - 800 3 150 3 2 = 4,65 × 10 6   N

M 150 = 1296 × 10 6 - 7,2 × 10 6   150 + 320 3 ⋅ 150 5 / 2

= 369 × 10 6   N ⋅ m

Resposta

V x = 7200000 - 800 3   x 3 / 2

M x = 1296 × 10 6 - 7,2 × 10 6   x + 320 3   x 5 / 2

V 150 = 4,65 × 10 6   N

M 150 = 369 × 10 6   N ⋅ m

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140- Desenvolva expressões para o cortante V e o momento fletor M em função de x para a viga em balanço carregada como mostrado.
Determine a força normal, o esforço cortante e o momento no ponto C .
Determine a força normal, o esforço cortante e o momento no ponto C .
Determine a força normal, o esforço cortante e o momento no ponto C . Suponha que A esteja fixado e B seja um rolete.
Determine a força normal, o esforço cortante e o momento no ponto C .