Análisis de la carga crítica lineal utilizando el método de las bandas finitas (FSM)

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

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Artículo técnico

Para poder evaluar la influencia de los fenómenos de estabilidad local de componentes estructurales esbeltos, RFEM 6 y RSTAB 9 le ofrecen la opción de realizar un análisis de la carga crítica lineal a nivel de la sección. El siguiente artículo explica los conceptos básicos del cálculo y la interpretación de los resultados.

En el caso de componentes de acero estructural de paredes delgadas, también se debe analizar el comportamiento de estabilidad local de la sección, además del fallo de estabilidad global (pandeo, pandeo torsional, pandeo lateral y pandeo flexióntorsional). Se hace una distinción entre dos tipos en EN 1993-1-3 [1]:

  • Pandeo local: caracterizado por el pandeo o abolladura de la placa de partes individuales de la sección fuera de su plano, por lo que se supone que las esquinas de la sección están fijadas por soportes articulados. Este modo de estabilidad se describe en EN 1993-1-5 [2] como pandeo de la placa.
  • Pandeo total del panel/pandeo por distorsión: caracterizado por la inestabilidad de la rigidización del borde de una sección. Al mismo tiempo, se producen deformaciones dentro y fuera del plano en partes adyacentes de la sección.

En RFEM 6 y RSTAB 9, los factores de carga crítica y las deformadas los modos para los fenómenos de estabilidad local mencionados anteriormente se pueden calcular considerando la carga unitaria. Este cálculo es un análisis de estabilidad lineal basado en el "Método de las bandas finitas constrictivas (cFSM)" [3]. Los resultados del cálculo de la banda finita pueden ser accesibles para todas las secciones de pared delgada en el cuadro de diálogo "Editar sección". Puede usar el menú desplegable debajo de los iconos de la sección para seleccionar las formas de pandeo debido a la carga unitaria (imagen 1) además de las tensiones unitarias y otras funciones de la sección.

Si se selecciona uno de los esfuerzos internos unitarios, se abre el diagrama interactivo "Resultados del análisis de bandas finitas". El gráfico azul muestra la carga crítica mínima en función de la longitud de media onda de pandeo correspondiente. Los resultados también se pueden mostrar por separado para los diferentes modos de estabilidad, que son pandeo local, pandeo por distorsión y fallo de estabilidad global (asumiendo una viga de un solo vano con coacción lateral y torsional) (imagen 2).

Tenga en cuenta que sólo se tiene en cuenta para el análisis de estabilidad la primera forma del modo (onda única) del modo de estabilidad respectivo. Sin embargo, las cargas críticas determinadas también se aplican a múltiplos de las longitudes de media onda relacionadas, que se pueden mostrar mediante un cálculo comparativo utilizando elementos de lámina y el complemento Estabilidad de la estructura. Para la presente sección en C, que tiene una longitud de 0,141 m, esto da como resultado una carga crítica de -90,47 kN, que coincide muy bien con el resultado del FSM de -89,85 kN (ver imagen 2). Cuando la longitud se duplica a 0,282 m, el número de pandeos también se duplica con una carga crítica más o menos constante (-91,68 kN). Por lo tanto, al determinar las cargas críticas determinantes de los fenómenos de estabilidad local (pandeo local y pandeo por distorsión), siempre se deben tener en cuenta los mínimos respectivos de las curvas límite determinadas.

Las deformaciones de la sección asociadas con una carga crítica calculada se pueden ver en el gráfico de la sección. De forma predeterminada, se muestra la deformada del modo que pertenece al primer mínimo local de la curva de carga crítica. Al "hacer clic" en cualquier punto de datos en el diagrama, la visualización se actualiza automáticamente. Las deformadas de los modos que se muestran en la imagen 4 muestran claramente la influencia de los respectivos modos de estabilidad en la carga crítica determinada. Mientras que el pandeo local domina en el punto a, la deformada del modo en el punto b se caracteriza por un pandeo por distorsión. En el punto c, sin embargo, se puede ver un movimiento del cuerpo rígido de la sección, que está asociado con el fallo de estabilidad global (aquí se trata de un pandeo lateral y flexotorsional).

Los resultados del FSM permiten una evaluación inicial del comportamiento de la estabilidad de las secciones esbeltas y proporcionan una indicación de si el fallo de estabilidad está dominado por una interacción local, global o de ambas formas de estabilidad. Además, los factores de carga crítica determinados se pueden utilizar para calcular la capacidad de carga máxima de secciones delgadas según EN 1993-1-3 [1] o AISI S100-16 [4].

Autor

Jonas Bien, Dr.-Ing.

Jonas Bien, Dr.-Ing.

Product Engineering & Customer Support

Dr. Bien supervisa el desarrollo en el campo de la construcción de acero y apoya a nuestros usuarios en la atención al cliente.

Palabras clave

Cálculo de acero Análisis de estabilidad Pandeo local

Referencia

[1]   Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero - Parte 1-3: Reglas generales. Reglas adicionales para perfiles y chapas de paredes delgadas conformadas en frío; EN 1993-1-3:2006
[2]   Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero - Parte 1-5: Placas planas cargadas en su plano; EN 1993-1-5:2006 + AC:2009
[3]   B. W. Schafer and S. Ádány. Buckling Analysis of Cold-formed Steel Members Using CUFSM. 18th International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures, 2, 2006
[4]   AISI S100-16 (2020) w/S2-20, North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members

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  • Actualizado 6. julio 2023

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