Modelado y cálculo de uniones a solape

Geometría

El plano de la cubierta a un agua tiene unas dimensiones de 9,5 m x 15 m. La diferencia de altura entre los aleros y la cumbrera se establece en 1,6 m, lo que corresponde a una inclinación de 9,56°. La separación entre vigas principales es de 5 m. Las correas ZL para elementos tipo sándwich se van a colocar en estas vigas principales con una separación de 3 m. Por lo tanto, las vigas principales se dividen mediante nudos internos del tipo "En barra".

Las correas están dispuestas alternativamente. Esto significa que la sección de la correa se debe girar adicionalmente 180° en cada segundo vano, de modo que las correas encajen entre sí para el solapamiento. En el archivo adjunto a continuación en Modelos para descargar, se utiliza una nueva sección en lugar del giro de la barra, donde las dimensiones de las alas se introducen en orden inverso.

Primero, las correas se tensan de nudo a nudo. Se aplica una sección ZL con las siguientes dimensiones:

Es necesario hacer la superposición de las secciones ya en el modelo de RFEM. Algunos fabricantes de correas recomiendan lo siguiente: La primera correa acoplada se prolonga 0,15 x L en el primer vano interior, y la segunda correa se prolonga 0,1 x L en los dos vanos adyacentes. Se disponen dos filas de tornillos horizontales sobre el apoyo y en cada una de las extensiones especificadas. Se especifica adicionalmente una distancia al borde de 32 mm en el extremo libre de la correa acoplada. Por lo tanto, las longitudes de solape resultantes son 532 y 782 mm. Una vez que se muestran estas extensiones en el modelo, se deben definir las articulaciones en barra correspondientes.

Todas las correas acopladas tienen una articulación de tijera en el nudo de la viga principal. Esto asegura que el momento flector no se transfiera como torsión a la viga. El extremo de la correa acoplada también tiene una articulación que solo transfiere esfuerzos cortantes. Se supone que la rigidez de los paneles sándwich es un apoyo en barra de cu,y = 1.000 kN/m² y Cφ,x = 1,70 kNm*rad^-1*m^-1.

Para comprobar y dimensionar también las zapatas de las correas para la conexión, también se modelan con una longitud total de 13 cm.

Excentricidades

En el cálculo de uniones de acero, siempre se utiliza la posición exacta de los ejes del centro de gravedad modelados. Por lo tanto, es necesario especificar las excentricidades en el modelo principal. El uso de excentricidades relativas es especialmente útil para secciones asimétricas con distancias desiguales al centro de gravedad. Dado que se requiere un espacio de al menos 6 mm entre el ala inferior de la correa y el ala superior de la viga, las correas exteriores obtienen una excentricidad relativa y absoluta en la dirección del eje z local de -6 mm con respecto al ala superior de la viga. Luego, se asigna a las correas centrales una desviación transversal relacionado con las correas exteriores de adicionalmente e_y = -4 mm y e_z = -2 mm. El mismo tipo de excentricidad también se asigna a las zapatas de correas, pero para ellas la desviación adicional es e_y = -80,5 mm y e_z = 6 mm.

Carga

Caso de carga para el peso propio: carga adicional de paneles sándwich de 0,15 kN/m² Caso de carga para nieve: 0,68 kN/m² Caso de carga para la succión de viento: simplificado por -0,45 kN/m² actuando en toda el área de la cubierta

Todas las cargas se aplican a las correas acopladas utilizando el asistente para cargas "Cargas en barras a partir de cargas superficiales".

Los casos de carga se combinan en dos combinaciones de carga de la siguiente manera:

• CO1 = 1,35 × CC1 + 1,5 × CC2
• CO2 = 0,9 × CC1 + 1,5 × CC3

Introducción de uniones de acero

En el ejemplo, la conexión se introduce en un nudo para el que se tienen en cuenta las siete barras.

El tipo de barra se establece como "Continua" para todas las barras, y se establecen los dos extremos de la viga principal para que estén apoyados. Puede ocurrir un contacto de presión en el área de solapamiento de las correas acopladas. Se puede modelar por medio de los componentes "Medios de fijación" estableciendo el número de tornillos en 0, lo que da como resultado un contacto de superficie que actúa solo con fallo por tracción. Por lo tanto, en el presente ejemplo se necesitan en total cinco componentes del mismo tipo "Medios de fijación".

• Atornillado del soporte de la correa al ala de la viga
• Atornillado del soporte de la correa a las dos correas acopladas
• Filas de tornillos exteriores en extremos de solapamiento
• Contacto entre ambas alas superiores de correas acopladas
• Contacto entre ambas alas inferiores de correas acopladas

En el caso de elementos de paredes delgadas, no se recomienda realizar un cálculo con la deformación límite plástica predeterminada del 5%. Por lo tanto, el valor límite se reduce al 1%. Además, se debe realizar un análisis de pandeo.

Resultados

El resultado del análisis de tensiones es el siguiente:

La tabla de capacidad de carga de Wirth alemana especifica una carga uniformemente distribuida admisible de 3,43 kN/m. Por el contrario, el modelo está sometido a una tensión de 3,75 kN/m. Como consecuencia, o bien se debe reducir la distancia de las correas o se debe seleccionar una mayor resistencia del material o una sección más fuerte. La tercera opción se aplica al modelo y el espesor de la chapa de la sección se incrementa a 2,5 mm. También es necesario cambiar la excentricidad núm. 2 a e_y = -3,5 mm y e_z = -2,5 mm, y la excentricidad núm. 3 a e_y =-80,25 mm y e_z = 6 mm.

Al realizar el análisis de pandeo simplificado, aparecerá un problema de estabilidad. Las dos primeras deformadas de los modos están más allá del nudo de conexión; sin embargo, las deformadas de los modos números 3 y 4 están dentro de la zona de conexión y, por lo tanto, requieren un análisis más detallado.

Por ejemplo, se puede realizar un análisis GMNIA (Análisis geométrico y materialmente no lineal con imperfecciones incluidas) en el submodelo, que está más allá del alcance de este artículo técnico.

Modelo en 3D

• Visor 3D | Google
• Visor 3D | Babylon
• Realidad virtual

Modelo | Correas en Z en cubierta a un agua