La sección 8.4.1 [1] enumera los requisitos de estabilidad que el cálculo estructural debería cumplir con ambos métodos. Estos incluyen deformaciones que contribuyen a la estructura, efectos de segundo orden que incluyen P-Δ y P-δ, imperfecciones geométricas globales y de barras, reducción de la rigidez que considera la fluencia de las barras y las tensiones residuales y, por último, la incertidumbre en la rigidez y resistencia de la estructura.
Apartado 8.4.3 - Método de análisis de estabilidad simplificado
Con el método de análisis de estabilidad simplificado dado en 8.4.3 [1] , solo se enumeran un par de requisitos.
No linealidades geométricas
El primero incluye los efectos de segundo orden de la barra, o P-Δ, que se pueden considerar directamente en el análisis. Un método de cálculo de análisis de segundo orden es el más común con muchos programas de software de análisis estructural en la actualidad. La alternativa es aumentar todas las cargas en las barras y momentos flectores determinados a partir de un análisis según el análisis de primer orden con el factor U2 definido en 8.4.3.2 (b) [1]. Este enfoque puede ser más adecuado para cálculos manuales o si el software de análisis estructural no incluye los efectos P-Δ automáticamente.
Imperfecciones geométricas
El segundo punto son las cargas teóricas enumeradas bajo el método simplificado en la sección 8.4.3.3 [1]. Esta carga aplicada es igual a 0,005 veces la carga de gravedad factorizada total en el piso considerado y se debe distribuir de manera similar a la carga de gravedad. Las cargas ficticias siempre se aplican en la dirección que produce el mayor efecto desestabilizador. Esto significa que tales cargas se deben aplicar en la misma dirección que una carga de viento lateral para generar las mayores deformaciones y esfuerzos internos en la estructura.
Anexo O.2 - Efectos de la estabilidad en el análisis elástico
Como alternativa al enfoque simplificado del análisis de estabilidad descrito anteriormente, se puede utilizar el anexo O.2 para cumplir los requisitos de estabilidad según la sección 8.4.1 [1]. Este enfoque se incluyó en la versión 2019 de la norma y tiene muchas similitudes con el manual de construcción en acero de EE.UU.AISC 360-16 cap. C Método de cálculo directo.
No linealidades geométricas
Las no linealidades geométricas o los efectos según la teoría de segundo orden se tratan en O.2.2 [1]. Al igual que el método simplificado, se puede realizar un análisis de segundo orden directamente, que incluye los efectos de las cargas que actúan en los puntos de intersección desplazados de las barras (efectos P-Δ). Además, se deben considerar los efectos de las cargas axiles que actúan sobre la forma de la barra flexionada a lo largo de la longitud (P-δ). Las disposiciones se dan en O.2.2 [1] donde P-δ se puede omitir por completo. Sin embargo, si P -δ se incluye directamente en el cálculo, el factor U1 utilizado en la Sección 13.8 - Presión axial y cálculo de componentes estructurales sujetos a flexión [1] se puede establecer en 1,0.
Imperfecciones geométricas
Las imperfecciones geométricas de la barra tales como la curvatura de la barra o las imperfecciones geométricas locales tales como la curvatura de la barra no se tienen que considerar cuando se diseña según la Sección O.2 [1]. Sin embargo, las imperfecciones geométricas globales se deberían considerar con un modelado directo o con el uso de cargas laterales teóricas. Sin embargo, existe la excepción de que estas imperfecciones geométricas globales se pueden omitir para combinaciones de carga lateral solo si cumplen los requisitos establecidos en el apartado O.2.3.1 [1]. Los requisitos incluyen que las cargas de gravedad de la estructura estén soportadas principalmente por elementos estructurales verticales y que la relación entre la desviación máxima de la planta de segundo orden y la desviación de la planta de primer orden utilizando la rigidez reducida de la barra según el apartado O.2.4 [1] no supere 1,7 en ningún momento. nivel de la planta.
Cuando el ingeniero no puede despreciar estas imperfecciones, se puede usar el primer método de modelado directo. Los puntos de intersección de las barras se deben desplazar de sus posiciones originales. La magnitud de este desplazamiento inicial se da en la Sección 29.3 [1] y se aplica en la dirección de mayor desestabilización, que para la mayoría de las estructuras de edificios es una tolerancia de 1/500 para la inclinación del pilar. El problema importante con este método es el gran número de escenarios del modelo que se deben considerar. Teóricamente, se necesitan cuatro desplazamientos en las cuatro direcciones diferentes en cada nivel de planta. Si los efectos de la curvatura de la barra también se combinan con la falta de plomada del pilar, esto agrega muchos más escenarios de modelado a considerar para cumplir con el mayor efecto desestabilizador.
El método alternativo y preferido para las imperfecciones geométricas globales es aplicar cargas laterales teóricas. Este método sólo está permitido cuando las cargas gravitatorias están soportadas principalmente por elementos estructurales verticales. Las cargas ficticias ya se han discutido anteriormente y se aplican de forma análoga al análisis de estabilidad simplificado en la sección 8.4.3.2 [1]. Sin embargo, la amplitud se reduce de 0,005 a 0,002 veces la carga de gravedad factorizada en la planta relevante. La reducción en magnitud está permitida en el apartado O.2.3.3, ya que estas cargas teóricas solo tienen en cuenta las imperfecciones geométricas globales, mientras que las cargas teóricas en el apartado 8.4.3.2 [1] también tienen en cuenta los efectos de inelasticidad y otras incertidumbres.
Efectos de la inelasticidad
Para considerar los efectos de la inelasticidad y también las imperfecciones iniciales para las barras o las imperfecciones geométricas locales, así como las incertidumbres con respecto a la rigidez y resistencia, se debe aplicar una barra axial reducida y una rigidez a flexión para las barras según las siguientes ecuaciones en la Sección O.2.4 [ 1] , lo que contribuye a la estabilidad lateral.
(EA)r = 0,8 τb EA
(EI)r = 0,8 τb EI
Donde,
Cf/Cy <0,5; τb = 1,0
Cf/Cy > 0,5; τb = 4 Cf/Cy (1 - Cf/Cy )
Para evitar distorsiones localizadas, la norma sugiere aplicar esta reducción de rigidez a todas las barras. Además, cuando la rigidez a cortante (GA) y la rigidez a torsión (GJ) contribuyen significativamente a la estabilidad lateral, se debe considerar la reducción de la rigidez. No se debe usar la reducción de rigidez al analizar desplazamientos de pisos, flechas, vibraciones o vibraciones naturales.
Aplicación del anexo O.2 en RFEM
El programa de elementos finitos RFEM ha implementado los últimos requisitos de estabilidad de la norma CSA S16: 19 según las nuevas disposiciones del anexo O.2.
No linealidades geométricas
Los efectos según el análisis de segundo orden según la sección O.2.2 [1] se tienen en cuenta directamente para cada caso de carga o cada combinación de carga si se establece "Segundo orden" como método de cálculo.
Para el análisis de la barra, no solo se consideran los efectos P-Delta, sino también P-δ. Por lo tanto, el factor U1 se puede establecer directamente en 1,0 en el módulo de cálculo RF-/STEEL CSA, como se especifica en la sección 13.8.
Imperfecciones geométricas
Opcionalmente, es posible modelar imperfecciones geométricas globales directamente moviendo puntos o nudos de puntos de segmentos de barras. Sin embargo, para garantizar que este método cree el mayor efecto desestabilizador, será necesario llevar a cabo múltiples modelos con varios escenarios. Esto es bastante lento y engorroso.
Un enfoque alternativo es aplicar cargas ficticias con las opciones de imperfección en RFEM. En el cuadro de diálogo correspondiente, se incluye CSA S16: 19 en las opciones desplegables. La carga teórica se aplica al extremo de la barra (es decir, la parte superior del pilar) con una magnitud igual a 0,002 (o 0,005 si se usa el método de estabilidad simplificado) multiplicado por el esfuerzo axil de la barra (carga de gravedad aplicada en la barra). En el extremo opuesto de la barra, se aplica la misma fuerza opuesta internamente para evitar un cortante poco realista en la parte inferior de la estructura.
Estos casos de carga de imperfección se pueden aplicar en RFEM con casos de carga lateral específicos para producir la mayor acción desestabilizadora mientras se evita la generación de combinaciones de carga que no serán de control y aumentarán aún más el tiempo de cálculo (es decir, las cargas teóricas en la dirección X deberían solo se puede aplicar con cargas de viento en la dirección X). Además, las imperfecciones para las reglas de combinación de cargas, como el estado límite de servicio, se pueden desactivar por completo, mientras aún se aplican a las combinaciones de resistencia.
Efectos de la inelasticidad
En "Modificar rigidez" ahora puede establecer la norma CSA S16: 19. Con esta opción, el factor de modificación 0,8 y el factor τb calculado se aplican directamente a la rigidez axial y a la flexión de la barra. Los usuarios también pueden aplicar estas reducciones a la rigidez a torsión y cortante de la barra.
Debido a que la reducción de la rigidez de la barra no se debe considerar para el cálculo del estado límite de servicio (es decir, las flechas), RFEM permite a los usuarios desactivar todas las modificaciones de rigidez de la barra para las combinaciones de carga de servicio y dejar esto activo para las combinaciones de carga de resistencia.
Resumen
Las actualizaciones significativas en el cálculo de estabilidad según el anexo O.2 del último manual canadiense de cálculo de acero CSA S16: 19 ahora están completamente integradas en el proceso de análisis de RFEM. Estas actualizaciones incluyen de manera más significativa la capacidad de considerar las cargas teóricas como imperfecciones, así como las rigideces reducidas de las barras según CSA S16:19. Para ver las nuevas actualizaciones en un video de ejemplo detallado, mire el seminario web CSA S16: 19 Steel Design en RFEM (en inglés).
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