En el modelo proporcionado, es posible diseñar las conexiones sometidas a una carga realista con requisitos de tiempo mínimos. Para poder verificar el modelo con la directriz DSTV de conexiones tipificadas [1], se seleccionó el siguiente sistema.
Sistema
- Conexión tipificada: IH 2.1 A 26 20
- Sección: HEA 260
- Material: Acero S235
- Pernos: M20 de clase resistente 10.9
El modelo de elementos finitos se crea por medio de elementos de superficie para la viga. El modelado de la chapa frontal se realiza mediante superficies, que luego se conectan entre sí para crear un sólido de contacto entre ellas. Define las propiedades de contacto exactas entre las dos superficies. En este caso específico, hay un fallo en el caso de una tensión de tracción vertical. El acero S235 también se selecciona como material para las dos superficies de la placa frontal, pero con un comportamiento de material plástico. Las aberturas se modelan en las superficies para representar los agujeros.
Los tirafondos de la conexión se definen como barras traccionadas y se muestran de forma simplificada sin una tuerca. Una barra traccionada solo tiene una rigidez longitudinal E ⋅ A y solo puede absorber esfuerzos de tracción. Las rótulas se disponen en los extremos de la barra. Los tirafondos están conectados de forma simplificada mediante varias barras rígidas con articulaciones en los extremos de las barras en la chapa frontal respectiva. Al introducir el tamaño de tornillo deseado, se transfieren todos los parámetros relevantes para el cálculo de los tornillos (clase resistente 10.9). Por lo tanto, es posible implicar la longitud de deformación correcta como una fórmula en el modelo para obtener las fuerzas de los pernos más precisas.
| tp | Espesor de la placa frontal [mm] |
| D | Espesor de la arandela [mm] |
| k | Altura de la cabeza del perno [mm] |
| m | Altura de la tuerca [mm] |
Aplicación
Después de abrir el modelo, puede ajustar la sección en el Navegador de datos. El modelo está parametrizado para las vigas HEA, HEB y HEM normalizadas según DIN EN 1025. Luego puede mostrar los parámetros e introducir las dimensiones y el espesor de la chapa frontal. Introduzca el tamaño del tornillo (M12, M16, M20, M22, M24, M27, M30, M36) y las separaciones de tornillos deseadas. Al mismo tiempo, se ajustan todos los parámetros del tornillo que son importantes para los cálculos. Finalmente, es posible ajustar las cargas.
Proceso de diseño
Para determinar la capacidad de carga de la conexión, se aplica una carga inicial My de 50 kNm y se calcula con el método del incremento de carga. Luego, puede evaluar los esfuerzos de los pernos y las deformaciones plásticas. Para hacer esto, tiene que determinar la resistencia a tracción máxima de la siguiente manera.
| k2 | Factor de resistencia a la tracción [-] |
| fub | Resistencia a tracción del material del perno [N/mm²] |
| Is | Sección de tensión [mm²] |
| γM2 | Coeficiente de seguridad parcial del perno [-] |
Evaluación y comparación
Al comparar la resistencia a tracción con los esfuerzos de los pernos del modelado de elementos finitos, puede ver que se produce el fallo de los pernos si la carga se incrementa más de 2,1 veces. Los esfuerzos del perno son 175,4 kN con un momento actuante de 105 kNm.
Por lo tanto, la capacidad de carga de la conexión de 105 kNm resulta de 2.1 ⋅ 50 kNm.
La evaluación de las deformaciones plásticas muestra valores máximos de aproximadamente el uno por ciento, que no excede la deformación límite admisible del cinco por ciento según EC3. Además, puede ver cuándo comienza a ceder el material al mostrar los grados de no linealidad.
La directriz DSTV [1] proporciona una capacidad de carga de 112,9 kNm, que difiere solo ligeramente del modelo de elementos finitos creado.
Esta desviación refleja, entre otras cosas, la falta de modelado de las soldaduras, lo que da como resultado una menor rigidez de la fila exterior de tornillos. Como resultado, los tornillos internos están sujetos a más carga y, por lo tanto, tienden a fallar.
A continuación, también puede descargar un modelo que muestra una conexión con una placa frontal que se extiende.
Base de datos de conocimientos