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2020-08-05

Determinación de la resultante del modelo de elementos finitos para el diseño simplificado de soldaduras

La norma europea EN 1993-1-8, apartado 4.5.3.3. proporciona al usuario un método simplificado para el cálculo del estado límite último de soldaduras en ángulo. Según la norma, el cálculo se cumple si el valor de cálculo de la fuerza resultante que actúa en la soldadura en ángulo es menor que el valor de cálculo de la resistencia de la soldadura. Entonces si desea dimensionar la soldadura para un modelo de superficie, se encontrará con una variedad de resultados debido a la naturaleza de los cálculos del método de los elementos finitos (MEF). Por lo tanto, mostramos a continuación cómo determinar los componentes de la fuerza del modelo.

El modelo de este artículo técnico se basa en el sistema de una cartela de ángulo unida a un pilar, que se describe con más detalle en la página 8.67 en [1].

El sistema

Básicamente, el sistema consiste en un pilar HEB 140 en el cual se va a soldar al ala una cartela de ángulo por medio de una soldadura doble en ángulo. Esta placa conecta el pilar con una barra sometida a tracción que se debería ignorar. La carga activa es de 330 kN y se asigna a los tres agujeros para pernos en el sistema. Aunque la carga se conoce aquí, las fuerzas requeridas se deben determinar a partir de los esfuerzos internos de la cartela de ángulo. La carga solo sirve para fines de verificación.

Determinación de la resultante

La fórmula para la resultante se toma de la tabla 8.66c en [1].

Los componentes individuales de la fuerza se pueden calcular como sigue.

Las fuerzas F y el momento se pueden determinar definiendo una sección. En el cuadro de diálogo de la sección, solo se debe considerar la cartela de ángulo.

Método 1

Después del cálculo, puede mostrar gráficamente las resultantes de la sección para cada sección.

Estos valores se pueden insertar ahora en las fórmulas correspondientes. La asignación de las resultantes a las fuerzas es en este ejemplo la siguiente.

F1⊥,Ed = PX = 165,37 kN

F2⊥,Ed = PY = 0 kN

Fll,Ed = PZ = 285,95 kN

MEd = MY = 8,38 kNm

Ya que las resultantes de la sección están dispuestas de forma análoga a los ejes globales, y con el fin de obtener las fuerzas y momentos correspondientes, serían necesarias más transformaciones de los resultados para las soldaduras o secciones que se encuentren en otra parte. Por lo tanto, mostramos otro método.

Método 2

De nuevo, se puede usar la sección ya creada. Se abrirá el diagrama de resultados correspondiente para una evaluación adicional.

Teniendo en cuenta el sistema local del eje de la superficie, se representan los esfuerzos internos básicos vx (= 0 porque no hay cargas horizontales), nx y nxy. La interpretación de los resultados de los diagramas proporciona de nuevo las fuerzas requeridas. Solo se requiere otro cálculo solo para la determinación del momento. Para esto, los valores intermedios del esfuerzo interno básico nx se exportan a la hoja de cálculo de Excel. Luego, el momento resulta de la suma de las fuerzas de los segmentos individuales multiplicada por la distancia correspondiente al centro de la sección.

Los resultados de ambos métodos son idénticos. Una comprobación mental al descomponer la fuerza de 330 kN que actúa en un ángulo de 30° también da como resultado los pares de fuerzas y el momento de:

F⊥,Ed = 330 ⋅ sen 30 ° = 165 kN

Fll,Ed = 330 ⋅ cos 30 ° = 285 kN

MEd = 165 ⋅ 0,05 = 8,3 kNm

Cálculo de la soldadura en ángulo

La resultante ahora se puede determinar por medio de las fuerzas y el momento.

N⊥,Ed = 165/34 + 8,38/(34²/6) = 9,20 kN/cm

V⊥,Ed = 0

Vll,Ed = 286/34 = 8,41 kN/cm

Fw,Ed = √ 9,2 + 8,41 = 12,46 kN/cm

Esto finalmente se compara con el valor de cálculo del estado límite último de la soldadura en ángulo. Se supone un espesor de la soldadura en ángulo de 3 mm.

Fw,Rd = ( 36 / √ 3 ⋅ 0, 8 ⋅ 1,25 ) ⋅ 2 ⋅ 0,3 = 12,47 kN/cm

Fw, Ed = 12,46 kN/cm <Fw,Rd = 12,47 kN/cm


Autor

El Sr. Sühnel es responsable del control de calidad de RSTAB; también participa en el desarrollo de productos y proporciona soporte técnico a nuestros clientes.

Enlaces
Referencias
  1. Albert, A.: Schneider - Bautabellen für Ingenieure mit Berechnungshinweisen und Beispielen, 24. Auflage. Köln: Reguvis, 2020
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