5462x
001421
2017-03-27

Análisis de estabilidad de componentes estructurales de dos dimensiones en ejemplo de muro de madera contralaminada 1

Básicamente, puede diseñar los componentes estructurales hechos de madera contralaminada en el módulo adicional RF-LAMINATE. Ya que el diseño es un análisis puro de tensiones elásticas, es necesario considerar además los problemas de estabilidad (pandeo por flexión y pandeo lateral).

Este ejemplo presenta un análisis de pandeo por flexión de un muro cuadrilátero de madera contralaminada con dos huecos de puerta (ver figura 01). En este caso, el caso determinante es la sección del muro entre las puertas.

El análisis de pandeo por flexión se puede realizar según [1] con el método de la barra equivalente según el capítulo 6.3.2 con esfuerzos internos según el análisis estático lineal, o según el capítulo 5.4.4, considerando imperfecciones. En ambos casos, se debe respetar la sección 2.2.2. Para esto, se deben usar los valores medios de los parámetros de rigidez (módulo de elasticidad y módulo de cortante) divididos por el coeficiente parcial γM para determinar los esfuerzos internos según el análisis de segundo orden de conformidad con 2.4.1(2)P. Además, [2] NCI NA.9.3.3 define aquellas situaciones en las que se debe realizar un análisis de estabilidad según el análisis de segundo orden para componentes estructurales planos. Si se cumple la ecuación NA.150, los análisis de estabilidad se pueden calcular utilizando el cálculo de la barra equivalente, así como el análisis de segundo orden. De lo contrario, los cálculos se deben realizar exclusivamente según el análisis de segundo orden.

Primero, es necesario comprobar si se ha cumplido la ecuación NA.150. Esto requiere el esfuerzo axil actuante Nd, la rigidez a flexión E∙I a lo largo del eje y local, el coeficiente parcial γM para madera contralaminada y la longitud eficaz de la sección de muro respectiva entre las puertas. La longitud de aplicación de la carga se establece aproximadamente en 0,5 m + 1,0 m + 0,5 m = 2,0 m. Por lo tanto, la fuerza de compresión resultante Nd es 200 kN/m ∙ 2 m = 400 kN (sin considerar el peso propio). Alternativamente, la determinación exacta de la fuerza de compresión considerando el peso propio se puede obtener utilizando las fuerzas resultantes de la sección en RFEM (ver figura 02). Debido a la ortotropía y al peso propio, el esfuerzo de compresión resultante es de 412 kN.

La rigidez a flexión se puede deducir directamente de la matriz de rigidez de la superficie (ver figura 03). Aquí, se selecciona la superficie del muro de Stora Enso del tipo CLT CLT 100 C5s. La rigidez a flexión resultante en la dirección y es 826,16 kNm ∙ 1,0 m = 826,16 kNm².

El coeficiente parcial de 1,3 se aplica según [2]. Para determinar las longitudes eficaces, también se debe considerar la rigidez a cortante en la dirección y para la madera contralaminada (ver figura 03). El factor de longitud eficaz β de 1,0 se usa según el caso de Euler 2.

El criterio de delimitación no se cumple con 2,55 > 1,00; por lo tanto, se debe realizar el análisis de estabilidad según el análisis de segundo orden. Dado que se analiza una barra casi lineal, ambos métodos se explicarán en mis próximos artículos.

Para estimar mejor el problema de pandeo en este caso, primero se determina la carga crítica de pandeo y el factor de carga crítica para la sección del muro en la viga ideal de un vano según el análisis estático lineal (ver figura 04). Para esto, el factor de carga crítica se determina analíticamente y utilizando el módulo adicional RF-STABILITY. Para la solución por el MEF, se crea un caso de carga sin peso propio y la carga resultante se aplica directamente. La reducción de la rigidez relacionada con el coeficiente parcial de seguridad γM se activa en los parámetros de cálculo del caso de carga. El resultado de ambos cálculos es exactamente el mismo.

Teniendo en cuenta la rigidez adicional resultante del dintel de la puerta, el factor de carga crítica ligeramente mayor de 1,67 da como resultado en toda la estructura, como se esperaba.

Este factor de carga crítica indica el número por el cual se debe multiplicar la carga para que el modelo bajo la carga asociada se vuelva inestable (pandeo). Por lo tanto: El factor de carga crítica menor que 1,00 quiere decir que el sistema es inestable. Sólo el factor de carga crítica positivo mayor que 1,00 permite afirmar que la carga debido a los esfuerzos axiles especificados multiplicados por este factor conlleva a un fallo por pandeo de una estructura estable. Sin embargo, se debe realizar un análisis de estabilidad según 1995-1-1 porque el factor de carga crítica o la carga crítica de pandeo pueden no ser correctos en la práctica, ya que los efectos de las imperfecciones (ninguna barra o superficie es recta), excentricidades de carga no se consideran la introducción y el comportamiento del material divergente de la ley de Hooke. Los diseños se explican en el siguiente artículo de esta serie.

Bibliografía

[1] Eurocódigo 5: Proyecto de estructuras de madera - Parte 1‑1: Reglas generales y reglas para edificación; EN 1995-1-1: 2010-12
[2] Anejo Nacional - Parámetros determinados a nivel nacional - Eurocódigo 5: Proyecto de estructuras de madera - Parte 1‑1: Reglas generales y reglas para edificación; DIN EN 1995-1-1/NA: 2013-08

Autor

El Sr. Rehm es responsable del desarrollo de productos para estructuras de madera y proporciona soporte técnico a los clientes.

Enlaces
Descargas