Vista de conjunto
La norma china de construcción de acero GB 50017 [1] describe el método de cálculo para calcular el pandeo por distorsión del ala inferior de una viga de pórtico en el capítulo 6.2.7. A diferencia de la norma anterior, esta sección representa una nueva comprobación de diseño añadida.
El capítulo está relacionado con el cálculo de estabilidad de la sección de momento negativo de una viga de pórtico. Proporciona la base para verificar la estabilidad del ala inferior de la viga o si se deben tomar medidas estructurales.
Cuando se coloca una losa de hormigón sobre el ala superior, su efecto es como un apoyo lateral (construcción mixta), y se evita un problema de estabilidad de pandeo torsional. Si hay una distribución negativa del momento flector, el ala inferior está sometida a compresión y el ala superior está sometida a tracción.
Mientras que el ala superior está apoyada, el ala inferior sometida a compresión puede desviarse lateralmente. Si el apoyo lateral dado por la rigidez del alma es insuficiente, el ángulo entre el ala inferior y la línea de intersección del alma es variable en este caso, de modo que existe la posibilidad de pandeo por distorsión para el ala inferior.
Procedimiento de cálculo
Pandeo por distorsión
Si las vigas del pórtico de acero no consideran la coacción a la deformación por las losas de hormigón superiores, las barras se deforman y giran libremente. Esto significa que se produce la inestabilidad total de la barra flectora (pandeo lateral, norma de acero, apartado 6.2.1).
Dado que tanto la viga de acero como las losas de hormigón están disponibles como dos componentes estructurales independientes, la compatibilidad de deformaciones no se aplica en esta situación.
Sin embargo, si la viga del pórtico de la estructura de acero está apoyada lateralmente por las losas de hormigón, normalmente no es necesario analizar su estabilidad: Según la norma GB 50017, apartado 6.2.1, no es necesario calcular el pandeo lateral de la viga si las losas de hormigón están conectadas firmemente a su ala comprimida de modo que se evite su desplazamiento lateral.
Hay varias formas en RFEM de modelar el efecto compuesto de barras y losas de forjado, como vigas con nervio y barras modeladas como superficies. Sin embargo, representan componentes estructurales integrales de losas de hormigón en contraste con las explicaciones sobre las vigas del pórtico anteriores. Encuentre información más detallada sobre este tema en los artículos correspondientes en nuestra base de conocimientos y en los manuales en línea.
La imagen de arriba muestra el resultado del cálculo por elementos finitos para el caso de que el ala superior de la viga del pórtico esté apoyada. Así, el ala inferior gira sobre el centro del ala superior. Por lo tanto, según [1] apartado 6.2.7, se debe comprobar la estabilidad del ala inferior.
Procedimiento de comprobación de diseño según EC 3
El método de cálculo según EC 3 [2], apartados 6.3.2.4, 6.3.5.2 y BB.2 difiere de la norma de construcción de acero GB.
Los componentes estructurales con alas comprimidas apoyadas lateralmente se pueden considerar no sensibles al pandeo lateral si se cumplen las condiciones específicas. Para la comprobación de diseño con respecto al pandeo por distorsión de una viga de pórtico, primero se comprueba la rigidez al giro y, así, la coacción a torsión del ala inferior, como se muestra en la siguiente imagen.
Cálculo de pandeo por distorsión del ala inferior según GB 50017
Si la viga del pórtico tiene un momento flector negativo en el área cercana al apoyo y se coloca una losa de hormigón sobre el ala superior, el cálculo de estabilidad del ala inferior de la viga debe cumplir los siguientes requisitos según el apartado 6.2.7 [ 1]:
- Si λn,b ≤ 0.45, no se requiere comprobación de diseño para el ala inferior.
- Si no se cumple la condición (1), se debe calcular la estabilidad del ala inferior según la siguiente fórmula:
Donde
- b1 — anchura del ala comprimida (mm)
- t1 — espesor del ala comprimida (mm)
- W1x — módulo de la sección bruta respecto a la fibra comprimida más fuerte en el plano del momento flector (mm³)
- ψd es el coeficiente de estabilidad
- λn,b — Relación de esbeltez normalizada límite
- σcr — Tensión crítica para pandeo por distorsión (N/mm²)
- l — longitud entre puntos apoyados lateralmente (mm)
En RFEM, la función correspondiente se puede activar en la configuración de cálculo de la configuración del estado límite último.
Los puntos de apoyo laterales se pueden especificar en las longitudes eficaces.
- Después de agregar nudos intermedios, el programa calcula automáticamente la longitud del apoyo lateral en la zona de momento negativo de la viga del pórtico. Las otras longitudes de diseño permanecen sin cambios. La distancia con apoyo lateral se tiene en cuenta automáticamente.
- Las especificaciones para combinaciones de carga y situaciones de proyecto permanecen sin cambios.
- Si no se excede el límite de la relación de esbeltez, el resultado del cálculo indica que no se ha calculado la estabilidad del ala inferior de la viga del pórtico. De lo contrario, se realiza un análisis detallado de pandeo por distorsión para determinar si se requieren más puntos apoyados lateralmente.
- Las alas de compresión apoyadas lateralmente aún tienen que cumplir los requisitos de la norma sísmica GB 50011, capítulo 8.3.3.
Conclusión
En este artículo, se presentó el procedimiento de cálculo para analizar el pandeo por distorsión del ala inferior de una viga. El programa comprueba si los apoyos laterales cumplen las condiciones de la coacción torsional o si se debe realizar una comprobación de diseño adicional para excluir el pandeo por distorsión. Los detalles del análisis son simples y comprensibles.
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