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2023-11-03

Comparación del análisis geométrico no lineal y la teoría de segundo orden para barras de acero sometidas a torsión

Las estructuras de acero normalmente se componen de elementos esbeltos, para los cuales la estabilidad juega un papel importante. En ese contexto, el análisis geométrico no lineal (GNA) proporciona resultados precisos, sin embargo, su uso se traduce en mayores demandas computacionales. En consecuencia, la simplificación de GNA sería conveniente en la práctica. Surge un enfoque común llamado teoría de segundo orden (SOT) donde los esfuerzos numéricos se reducen mientras se preserva la precisión. Este estudio se refiere a evaluar hasta qué etapa de los desplazamientos de deformación y los esfuerzos internos se pueden describir con precisión siguiendo SOT en lugar de GNA, específicamente para las cargas de torsión y flexión que pueden causar pandeo lateral.

Autor
David Bonilla
Escuela

Bauhaus-Universität Weimar

Se han realizado varios análisis numéricos siguiendo SOT y GNA utilizando el software comercial RFEM. Para las simulaciones se han considerado diferentes variables: 4 sistemas estructurales, 2 tipos de EF, 43 perfiles (38 abiertos y 5 cerrados) y 3 cargas externas. Cada análisis se ha realizado 10 veces, en cada uno, las cargas externas se incrementan hasta el 100 % del valor máximo. Como resultado, se han analizado las cargas críticas, los desplazamientos, los esfuerzos internos y las tensiones.

Se encuentra que la discrepancia entre SOT y GNA crece cuando aumentan los desplazamientos. Se observa el mismo comportamiento para las cargas, las fuerzas más altas dan como resultado mayores desplazamientos y, en consecuencia, la variación aumenta entre las dos aproximaciones.

Para perfiles cerrados, se ha encontrado una baja variación tanto de los desplazamientos como de los esfuerzos internos. Su análisis también se puede simplificar con el uso de elementos de vigas 1D. Se establece que para perfiles cerrados el giro se limitará a la capacidad de la sección. Además, los perfiles cerrados presentan un excelente comportamiento a torsión y, en este caso, SOT se puede usar de forma segura como una aproximación para GNA.

En última instancia, como resultado del estudio, se ha establecido una etapa donde SOT proporciona resultados suficientemente confiables en forma de curvas de ajuste, que se encuentran para perfiles IPE y HEB. Las curvas de ajuste presentan una forma práctica de estimar qué tipo de análisis se debe seguir para barras de acero en flexión y torsión. La aplicación de SOT o GNA depende en gran medida del perfil de la sección y del nivel de carga. Además, las condiciones de contorno y los tipos de carga también juegan un papel importante. Este último ha demostrado que incluso para una distribución de carga diferente, las curvas aún dan una buena estimación. Además, las curvas de ajuste IPE también pueden ser útiles para perfiles UPE.


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