Compresión de barras de madera perpendicular a la fibra según NDS 2018 y CSA O86:19

Artículo técnico sobre el tema del análisis de estructuras usando Dlubal Software

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Artículo técnico

Un escenario estándar en la construcción de barras de madera es la capacidad de conectar barras más pequeñas mediante el apoyo en una barra de viga más grande. Además, las condiciones del extremo de las barras pueden incluir una situación similar en la que la viga se apoya en un tipo de soporte. En cualquier escenario, la viga debe diseñarse para considerar la capacidad de carga perpendicular a la fibra de acuerdo con la norma [1] NDS 2018. 3.10.2 y CSA O86:19 [2] capítulos 6.5.6 y 7.5.9. En el software de diseño estructural general, normalmente no es posible llevar a cabo esta verificación de diseño completa porque se desconoce el área de apoyo. Sin embargo, en la nueva generación de RFEM 6 y el complemento Cálculo de madera, la función agregada "soportes de cálculo" permite ahora a los usuarios cumplir con las comprobaciones de diseño de los apoyos perpendiculares a la fibra de NDS y CSA.

Limitaciones de software

En todos los programas generales de diseño del método de los elementos finitos, incluido RFEM, cada barra está representada por un elemento de línea único ubicado en el centroide de la sección. Esto se conoce como vista de renderizado de estructura alámbrica. La barra incluye información interna, como las propiedades del material, así como las propiedades geométricas, incluida la anchura y la altura, que se utilizarán tanto en el análisis como en los cálculos de diseño. Sin embargo, cuando se modelan las barras que se cruzan, el programa no tiene información inmediata, como por ejemplo, cómo se orientan las barras que se cruzan entre sí o, en el caso de barras que se apoyan entre sí, se desconoce el área de apoyo. El programa solo es consciente de estos elementos de línea conectados en un solo punto nodal.

Cuando las barras pequeñas se conectan a barras de vigas más grandes presionando hacia abajo en la cara superior o cuando las barras están apoyadas en cualquier extremo o a lo largo de un tipo de apoyo, la tensión de la barra perpendicular a la fibra debe incluirse en las comprobaciones de diseño. Tanto en el capítulo NDS. 3.10.2 [1] como en CSA O86 Cláusulas 6.5.7 y 7.5.9 [2] comprobaciones de diseño para apoyos perpendiculares a la fibra, en ambos se requiere que se conozca el área de apoyo neta. Debido a este requisito, el software de cálculo puede prescindir de factores importantes como el factor de área de apoyo, C[1] , el factor de longitud de apoyo, K[2], o la comprobación de diseño se ignora por completo.

Con la nueva característica de RFEM 6 "apoyos de cálculo", ahora es posible definir dicha información y llevar a cabo las comprobaciones de diseño completas para la tensión de compresión perpendicular a la fibra.

El flujo de trabajo en NDS 2018

Al crear una nueva definición de apoyo de cálculo, el Tipo debe establecerse como "madera". Esto activará los datos de entrada relevantes según la norma NDS. La casilla de verificación Apoyo directo indica que este tipo de definición se utilizará para la comprobación de la compresión perpendicular a la fibra. La Longitud de apoyo la define el usuario y debe especificar la longitud total del área de apoyo. El Ancho de apoyo se establece automáticamente como el ancho de la barra relevante, pero se puede sobrescribir. El Apoyo desde el borde indica si el apoyo está ubicado en el eje superior +z de la barra, en el eje inferior -z o en ambos. La casilla de verificación "Apoyo interior" indica si el factor Cb debería aplicarse al valor de cálculo de compresión de la barra perpendicular a la fibra, Fc⟂, según el apartado 3.10.4 [1]. Si esta opción está marcada, un apoyo en el extremo no considerará Cb. El Valor de cálculo de compresión de la barra establecido en la norma NDS varía según el límite de deformación seleccionado.

Una vez que se completa la información de entrada del apoyo de cálculo, éste se puede aplicar a los nudos y barras relevantes en la estructura. Es posible que se necesiten varios apoyos de cálculo ya que pueden ocurrir diferentes situaciones de apoyos en diferentes ubicaciones. RFEM permite al usuario establecer un nombre definido por el usuario para múltiples definiciones del apoyo de cálculo en la parte superior del cuadro de diálogo para aplicaciones más rápidas y convenientes.

La prueba de la sección se llevará a cabo en el complemento Cálculo de madera considerando el apartado 3.10.2 [1]. Con una barra laminada encolada, por ejemplo, el valor de cálculo de compresión ajustado perpendicular a la fibra, Fc⟂', se define en la Tabla 5.3.1 [1] con la siguiente ecuación.

Valor de cálculo de compresión ajustado perpendicular al grano

F'c =Fc CM Ct Cb Kf φ

Donde,

Fc⟂ = valor de cálculo de compresión de referencia perpendicular a la fibra

CM = factor de servicio en húmedo

Ct = factor de temperatura

Cb = factor de área de apoyo

KF = factor de conversión de formato (solo LRFD)

φ = factor de resistencia (solo LRFD)

El factor Cb se define con más detalle en el apartado 3.10.4 [1]. Sin embargo, Cb solo es aplicable si la longitud del apoyo definida en la definición del soporte de apoyo es menor de 6 pulgadas (15 cm) y más de 3 pulgadas (7,5 cm) hasta el final de una barra. Además, Cb solo es aplicable para los apoyos interiores que también deben indicarse en el tipo de definición como se indicó anteriormente. Si se cumplen estos criterios, el complemento Cálculo de madera calculará y aplicará automáticamente Cb según la siguiente ecuación.

Factor de área de apoyo

Cb = lb+0.375lb

Donde,

lb = medida de la longitud del apoyo paralelo a la fibra

La relación de comprobación de cálculo de prueba de sección se determina mediante la relación entre la fuerza de compresión de demanda perpendicular a la fibra y el valor de cálculo de compresión ajustado perpendicular a la fibra. Todas las variables, fórmulas y referencias de la norma NDS se indican directamente en los detalles de verificación de diseño del complemento Cálculo de madera, lo que proporciona resultados claros y trazables.

El flujo de trabajo en CSA O86:19

Al diseñar de acuerdo con CSA O86:19, se puede seguir el mismo flujo de trabajo anterior para la NDS para el tipo de definición de apoyo de cálculo. Sin embargo, existen algunas diferencias clave con la norma CSA. Una nueva opción Comprobar apoyo crítico determinará si la carga de compresión se aplica dentro de una distancia desde el centro del apoyo igual a la profundidad, d, de la barra indicada en la Fig. 6.2 [2]. Si es así, la resistencia a la compresión factorizada perpendicular a la fibra se reduce en un factor de 2/3 como se muestra en el apartado 6.5.6.3.1 [2] para madera aserrada y el apartado 7.5.9.3.1 [2] para madera laminada encolada. También se debe usar el área de apoyo promedio.

El Límite de tensiones de flexión elevadas para el factor Kb también se establece en el tipo de definición de apoyo de cálculo. El factor de longitud del apoyo, Kb, se puede aplicar a la resistencia a la compresión si el área del apoyo no se produce en posiciones de grandes esfuerzos de flexión indicados en el apartado 6.5.6.5 (b) [2]. El usuario puede establecer la relación entre el momento de demanda y la capacidad de momento para que se considere un área de alta flexión.

Con una barra laminada encolada, por ejemplo, la resistencia a la compresión factorizada perpendicular a la fibra, Qr, se define en el apartado 7.5.9.2 [2] con la siguiente ecuación.

Resistencia a la compresión factorizada perpendicular al grano

Qr=φ Fcp Ab Kb KZcp

Donde,

Φ = 0,8

Fcp = fcp (KDKScpKT ) donde, fcp = resistencia especificada en compresión perpendicular a la fibra

Ab = área de apoyo

KB = factor de longitud del apoyo

KZcp = factor de tamaño del apoyo

La relación de comprobación de diseño de la prueba de la sección se determina mediante la relación de la fuerza de apoyo factorizada de demanda y la resistencia a la compresión factorizada perpendicular a la fibra. Todas las variables, fórmulas y referencias de la norma CSA O86 se indican directamente en los detalles de verificación de diseño del complemento de Cálculo de madera.

Resumen

Las tensiones en los apoyos son perpendiculares a la fibra y son parte integral del diseño de la barra según las normas NDS 2018 y CSA O86:19. El área de apoyo es típicamente una variable desconocida para esta verificación de diseño cuando se usa un software de análisis y diseño general, ya que todas las barras están representadas por un elemento de línea interno conectado solo en puntos nodales. Sin embargo, la nueva característica de "apoyo de cálculo" en RFEM 6 ahora permite a los usuarios especificar la longitud y el ancho del área de apoyo, allanando el camino para comprobaciones de diseño de compresión perpendiculares a la fibra que antes no eran posibles.

Autor

Amy Heilig, PE

Amy Heilig, PE

Director general - Oficina de Estados Unidos
Ingeniero de ventas y soporte técnico

Amy Heilig es la directora general de la oficina de Estados Unidos ubicada en Filadelfia, Pensilvania. Además, proporciona soporte técnico y de ventas y continúa ayudando en el desarrollo de los programas de Dlubal Software para el mercado norteamericano.

Palabras clave

Madera Apoyo de cálculo Compresión perpendicular a la fibra NDS AWC CSA CSA O86

Referencia

[1]   National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
[2]   CSA O86:19, Engineering Design in Wood 

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  • Actualizado 11. enero 2023

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RFEM 6
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Programa principal

El programa de análisis de estructuras RFEM es la base de un sistema de software modular. El programa principal RFEM 6 se usa para definir estructuras, materiales y cargas de sistemas estructurales planos y espaciales compuestos por placas, muros, láminas y barras. El programa también permite diseñar estructuras mixtas, así como elementos de sólidos y de contacto.

Precio de la primera licencia
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RFEM 6
Estructura de madera

Cálculo

El complemento Cálculo de estructuras de madera calcula barras de madera para el estado límite último, el estado límite de servicio y la resistencia al fuego según varias normas.

Precio de la primera licencia
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