RFEM aplica el método de resistencia directa (DSM) para calcular la carga de pandeo elástico de la barra. El método de resistencia directa ofrece dos tipos de soluciones, numéricas (método de bandas finitas) y analíticas (especificación).
El pandeo local y por distorsión siempre se calculan utilizando el método de las bandas finitas (FSM). Para el pandeo global, el usuario tiene la opción de seleccionar el método numérico (Método de las bandas finitas) según el Apéndice 2.2 o el método analítico (Capítulo E2 y F2.1) según el Apéndice 2.3 en el cuadro de diálogo Longitudes eficaces (Imagen 02). Para secciones arbitrarias, se recomienda usar la solución numérica [2].
Ejemplo
El ejemplo III-9B del manual AISI [3] se usa para comparar los resultados obtenidos del modelo de RFEM. Se modelan dos barras con la misma sección y carga para examinar la diferencia entre el método numérico (FSM) y el analítico.
Longitudes eficaces
La viga-columna de 6 pies de largo está arriostrada continuamente contra el movimiento lateral y de torsión, pero es libre de pandearse alrededor del eje y local (flexión del eje débil). Por lo tanto, se puede desactivar la opción para comprobar el pandeo por flexión alrededor del eje z, pandeo torsional y pandeo lateral (LTB) (como se muestra en la imagen 02). Sin embargo, aparecerá un mensaje de advertencia WA1001.00 para el método de las bandas finitas después de ejecutar el cálculo.
La comprobación del pandeo global por compresión del FSM siempre se basa en todos los modos de pandeo posibles (flexión, torsión, flexo-torsional). La capacidad de especificar la coacción para cada modo de pandeo no está disponible actualmente en RFEM. Además, la longitud eficaz más larga, KL, se usa para todos los modos de pandeo a fin de determinar la resistencia al pandeo global elástico, Pcre.
Para desactivar comprobaciones de estabilidad específicas y considerar varias longitudes eficaces, el tipo de análisis “Según el capítulo E2 y F2.1” se debe seleccionar.
Formas de pandeo
El gráfico característico de FSM se puede ver en Secciones. El menú desplegable enumera 7 tipos de formas de pandeo, incluida la compresión, así como la flexión positiva y negativa del eje débil, la flexión del eje fuerte y la torsión (imagen 05).
En un escenario ideal, la curva característica (total) puede proporcionar los modos de pandeo de la barra inmediatamente. El pandeo local es el primer mínimo en la curva característica, el pandeo por distorsión es el segundo mínimo en la curva característica y el pandeo global es la rama descendente final de la curva característica y se puede leer directamente en la longitud eficaz de pandeo global, KL [2].
En este ejemplo, sólo el primer mínimo (pandeo local) es aparente en el primer modo. La forma de pandeo de la sección muestra que el pandeo torsional es el modo de pandeo que controla a los 6 pies de largo. Esto se puede ver seleccionando un punto en el gráfico alrededor de la longitud de 6 pies (Imagen 06). El segundo mínimo (pandeo por distorsión) aparece en el segundo modo (no disponible en RFEM).
Resistencia a compresión
La resistencia a compresión disponible, Pa, se toma como el más pequeño de los valores según las siguientes secciones de AISI:
- Sección E2 - Fluencia y pandeo global
- Sección E3 - Pandeo local que interactúa con la fluencia y el pandeo global
- Sección E4 - Pandeo por distorsión
Las cargas críticas de pandeo elástico (Pcrl, Pcrd, Pcre ) necesarias para determinar la resistencia a compresión disponible, Pa, se presentan a continuación.
Pcrl (local)
La carga de pandeo local elástica crítica del pilar, Pcrl, se muestra bajo las comprobaciones de cálculo de pandeo global EE2701.00 (FSM) y EE2101.00 (Analítica). Pcrl igual a 231 kips se toma de la curva total del FSM (que se muestra en la imagen 05). Como se mencionó anteriormente, el pandeo local siempre se calcula usando el FSM. Este valor concuerda con lo que se muestra en el ejemplo de AISI.
Pcrd (distorsional)
La carga crítica de pandeo del pilar por distorsión elástica, Pcrd, se muestra en la comprobación de cálculo EE2801.00 para ambos métodos. Pcrd igual a 231 kips se toma del gráfico de FSM. En el caso donde el segundo mínimo no es aparente en la curva total, la curva de distorsión se usa para identificar la longitud apropiada a lo largo del eje horizontal. Desde allí se proyecta la ubicación a la curva total para obtener el factor de carga crítica (Imagen 09).
Los 231 kips a 0,32 pies de longitud es el último mínimo relevante en el gráfico de distorsión. Las formas de pandeo más allá de esta longitud se clasifican como pandeo global. RFEM aplica un "factor geométrico" para caracterizar las formas de pandeo como globales o distorsionadas. Este valor se acerca a los 235 kips enumerados en el manual de AISI.
Pcre (global)
La carga de pandeo elástica global (flexión, torsión, flexión-torsión), Pcre, se muestra en la comprobación de cálculo EE2701.00 (FSM). En la comprobación de diseño EE2101.00 (analítica), Pcre se determina simplemente multiplicando la tensión por el área, Fcre x Ag (imagen 10).
Resistencia a la flexión
La resistencia a flexión disponible, Ma, se toma como el más pequeño de los valores según las siguientes secciones de AISI:
- F2 Fluencia y pandeo global (lateral-torsional)
- F3 Pandeo local interactuando con la fluencia y el pandeo global
- F4 Pandeo por distorsión
Mcrl (local)
El momento de pandeo local elástico crítico, Mcrl, se muestra bajo la comprobación de cálculo FF3501.00 para ambos métodos. Mcrl es igual a 277 kip-in está cerca del valor de 264 kip-in que se muestra en el ejemplo de AISI.
Mcrd (distorsional)
Al evaluar la curva de distorsión, se puede ver que el momento crítico de pandeo por distorsión es extremadamente alto y es poco probable que sea el modo de control. En el ejemplo de AISI, se determinó que la sección no está sujeta a pandeo por distorsión, "Revisando la curva característica y las formas modales correspondientes generadas a partir del análisis de la banda finita, se observa que esta sección no está sujeta a pandeo por distorsión" [3].
Mcre (global)
Dado que la barra está completamente arriostrada contra el pandeo global (lateral-torsional), la fluencia controla. La resistencia a flexión disponible, Ma igual a 68 kip-in es la misma para ambos métodos y también concuerda con el ejemplo de AISI.
Resumen
Conclusión
El pandeo local y por distorsión siempre se calculan utilizando el método de las bandas finitas (FSM). Para el pandeo global, están disponibles el método numérico (Método de las bandas finitas) y el método analítico (Especificación).
En el caso donde el segundo mínimo no es aparente en la curva total, la curva de distorsión se usa para identificar la longitud apropiada a lo largo del eje horizontal. Desde allí se proyecta la ubicación a la curva total para obtener el factor de carga crítica (Imagen 09). Además, RFEM aplica un "factor geométrico" para caracterizar la forma de pandeo como pandeo global o pandeo por distorsión cuando ambos modos están presentes.
En el ejemplo anterior, la resistencia a compresión disponible, Pa igual a 23,4 kips es conservadora pero inexacta ya que en realidad se basa en el pandeo torsional (en lugar del pandeo por flexión alrededor del eje y). Un mensaje de advertencia (mostrado en la imagen 04) presentado por el programa sugiere el uso del método analítico cuando no todos los modos de pandeo son aplicables.
Una buena práctica es revisar la curva característica de la sección y sus modos de pandeo correspondientes para verificar la validez del resultado. En general, se recomienda utilizar el método de las bandas finitas y comparar los resultados con la solución analítica según el capítulo E y F.
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