Compresión de barra de madera perpendicular a la veta según. según NDS 2018 y CSA O86: 19

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Un escenario estándar en la construcción de barras de madera es la capacidad de conectar barras más pequeñas por medio del apoyo en una barra de viga más grande. Además, las condiciones del extremo de la barra pueden incluir una situación similar en la que la viga se apoya en un tipo de apoyo. En cualquier escenario, la viga debe diseñarse para considerar la capacidad de carga perpendicular a la fibra de acuerdo con la [1] de la NDS 2018. 3.10.2 y CSA O86: 19 [2] Cláusulas 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 ya que se desconoce el área de apoyo. Sin embargo, en la nueva generación de RFEM 6 y el complemento Timber Design, la función agregada 'soportes de diseño' ahora permite a los usuarios cumplir con el rodamiento NDS y CSA perpendicular a las comprobaciones de diseño de la veta.

Limitaciones de software

En todos los programas generales de diseño de FEA, 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 las barras de la viga más grandes empujándolas hacia abajo en la cara superior o cuando las barras están apoyadas en cualquier extremo o a lo largo de un tipo de apoyo de apoyo, la tensión de la barra perpendicular a la fibra debe incluirse en las comprobaciones de cálculo. La Secta NDS. 3.10.2 [1] y CSA O86 Cláusulas 6.5.7 y 7.5.9 [2] comprobaciones de diseño para cojinetes perpendiculares a la fibra, ambos requieren que se conozca el área neta de apoyo. Debido a este requisito, el software de diseño puede prescindir de factores importantes como el factor de área de apoyo, C b , [1] , la longitud de factor de cojinete, K B , [2] , o la comprobación de diseño se ignora por completo.

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

Flujo de trabajo de NDS 2018

Al crear una nueva definición de soporte de diseño, el Tipo debe establecerse en ' madera '. Esto activará los datos de entrada relevantes según el estándar NDS. La casilla de verificación Soporte directo indica que este tipo de definición se utilizará para la comprobación de compresión perpendicular a la fibra. La Longitud de apoyo está definida por el usuario y debe especificar la longitud total del área de apoyo. El Ancho del soporte se establece automáticamente como el ancho de la barra relevante, pero se puede sobrescribir. El Soporte desde el borde indica si el soporte del rodamiento está ubicado en el eje superior + z de la barra, en el eje inferior -z o en ambos. La casilla de verificación Soporte interno indica si el factor C b debe aplicarse al valor de cálculo de compresión de la barra perpendicular a la fibra, F c⟂ , basado en la Secta. 3.10.4 [1] . Si esta opción está marcada, un soporte final no considerará C b . El valor de cálculo de compresión del miembro establecido en el NDS varía según el límite de deformación seleccionado.

Una vez que se completa la información de entrada del soporte de diseño, los soportes de diseño se pueden aplicar a los nodos y barras relevantes en la estructura. Es posible que se necesiten varios soportes de diseño ya que pueden ocurrir diferentes escenarios de cojinetes en diferentes ubicaciones. RFEM permite al usuario establecer un Nombre definido por el usuario para múltiples definiciones de soporte de diseño en la parte superior del cuadro de diálogo para aplicaciones más rápidas y convenientes.

La prueba de sección se llevará a cabo en el complemento Timber Design considerando la sección. 3.10.2 [1] . Con una barra laminada encolada, por ejemplo, el valor de cálculo de compresión ajustado perpendicular a la fibra, F c⟂ ', 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,

F c⟂ = valor de cálculo de compresión de referencia perpendicular a la fibra

C M = factor de servicio húmedo

C t = factor de temperatura

C b = factor de área de apoyo

K F = factor de conversión de formato (solo LRFD)

φ = factor de resistencia (solo LRFD)

El factor C b se define con más detalle en la sección. 3.10.4 [1] . Sin embargo, C b solo es aplicable si la Longitud del soporte definida en la definición de Soporte de diseño es menor de 6 pulgadas y más de 3 pulgadas hasta el final de una barra. Además, C b solo es aplicable para los apoyos interiores que también deben indicarse bajo el tipo de definición como se indicó anteriormente. Si se cumplen estos criterios, el complemento Timber Design calculará y aplicará automáticamente C b según la siguiente ecuación.

Factor de área de apoyo

Cb = lb+0.375lb

Donde,

l b = medida de la longitud del rodamiento paralela a la fibra

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

CSA O86: 19 Flujo de trabajo

Al diseñar de acuerdo con CSA O86: 19, se puede seguir el mismo flujo de trabajo anterior para el NDS para el tipo de definición de soporte de diseño. Sin embargo, existen algunas diferencias clave con el estándar CSA. Una nueva opción Comprobar cojinete 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 la Cláusula 6.5.6.3.1 [2] para madera aserrada y Cláusula 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 altas para el factor K b también se establece en el tipo de definición de soporte de diseño. El factor de longitud del cojinete, K b , se puede aplicar a la resistencia a la compresión si el área del cojinete no se encuentra en las posiciones de grandes esfuerzos de flexión indicados en la Cláusula 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, Q r , se define en la Cláusula 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

F cp = f cp (K D K Scp K T ) donde, f cp = resistencia especificada en compresión perpendicular a la fibra

A b = área de orientación

K B = factor de longitud del cojinete

K Zcp = factor de tamaño para el rodamiento

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

Resumen

Las tensiones en los cojinetes son perpendiculares a la fibra y son parte integral del diseño de la barra según la NDS 2018 y la CSA O86: 19. El área de apoyo es típicamente una variable desconocida para esta verificación de diseño cuando se usa 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 función de 'soporte de diseño' 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 16. septiembre 2022

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El programa de análisis estructural RFEM 6 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 puede diseñar estructuras combinadas, así como elementos sólidos y de contacto.

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