Propósito
Las cartelas son barras con una sección de altura variable. En estructuras de acero se utilizan preferentemente en estructuras de pórtico en las esquinas de pórtico, es decir, donde el diagrama de momentos flectores crece fuertemente. Una evolución de la sección adaptada al diagrama de momentos permite estructuras económicas.
El procedimiento general para el modelado de cartelas se muestra en la siguiente FAQ:
A continuación se muestra, utilizando RFEM 6, el modelado de diferentes variantes. La siguiente gráfica muestra una vista general de las variantes.
Variante 1: Tipo de distribución "Con cartela al inicio de la barra"
La viga se define mediante el tipo de distribución "Con cartela al inicio de la barra". En el inicio de la barra se utiliza un IPE 450 y en el extremo de barra un IPE 240. Los perfiles normalizados provienen de la base de datos de perfiles. RFEM interpola ambas secciones. La particularidad aquí es que la cartela se interpola no solo en la altura, sino también en el ancho de la viga de B1 = 190 mm a B2 = 120 mm. Para la práctica en estructuras de acero hay que tener especialmente en cuenta que también se interpolan los espesores de placa del alma tw y de las alas tf. Esto no es representable de esta forma en la realidad. La entrada en el programa se realiza primero mediante la elección del tipo de distribución "Con cartela al inicio de la barra". Las secciones se definen en el inicio de la barra (punto i) y en el extremo de barra (punto j). Una entrada en el punto interior k no es posible en esta variante. Con este tipo de distribución, en el punto interior k, es decir, en la transición del perfil de cartela al perfil de alas paralelas, se genera un nudo del tipo "En barra".
Variante 2.1: Tipo de distribución "Con cartela al inicio de la barra y desplazada"
La viga se define mediante el tipo de distribución "Con cartela al inicio de la barra y desplazada". Las demás entradas corresponden a la variante 1. Entrada en el programa: Las secciones se definen en el inicio de la barra (punto i) y en el extremo de barra (punto j). Una entrada en el punto interior k es posible en esta variante, pero aquí no se utiliza para una entrada separada. Por lo tanto, la variante 2.1 corresponde, desde el punto de vista del análisis estructural, a la variante 1.
Variante 2.2: Tipo de distribución "Con cartela al inicio de la barra y desplazada"
La viga se define mediante el tipo de distribución "Con cartela al inicio de la barra y desplazada". A diferencia de la variante 2.1, las secciones para la cartela no se toman como secciones laminadas de la base de datos de perfiles, sino que se definen como secciones "Paramétrico - Pared delgada" con el tipo de fabricación "Soldado". Las dimensiones corresponden al IPE 450 y al IPE 240 utilizados en las variantes mencionadas, pero sin radios de laminación. La sección fuera de la cartela se define como sección laminada IPE 240 para el extremo de barra j. Debido al cambio de sección en el final de la cartela k, aquí se requiere una entrada.
Variante 3: Tipo de distribución "Lineal"
La barra con cartela (tipo de distribución "Lineal") y la barra con sección de alas paralelas (tipo de distribución "Uniforme") se introducen por separado. Para el cálculo, ambas barras se agrupan en un conjunto de barras. De este modo, la variante 3 corresponde, desde el punto de vista del análisis estructural, a la variante 1.
Variante 4.1: Tipo de distribución "Lineal", sección compuesta de RSECTION 1
La barra con cartela (tipo de distribución "Lineal") y la barra con sección de alas paralelas (tipo de distribución "Uniforme") se introducen por separado. Para el cálculo, ambas barras se agrupan en un conjunto de barras. Las secciones para la barra con cartela se crean en RSECTION 1. El tipo de sección es un perfil compuesto por un IPE 240 y una sección restante variable en altura de un IPE 450. La altura total máxima de la cartela se fija en 450 mm, la altura mínima es de aproximadamente 280 mm. La definición de la sección se explica abajo en la variante 4.2. A diferencia de las variantes mencionadas, esta cartela no es variable ni en el ancho ni en el espesor de placa. El ala inferior del IPE 240 discurre a lo largo de toda la longitud de la cartela. Hay que tener en cuenta que al final de la cartela la altura no puede reducirse a 240 mm (aquí en el nudo n.º 13). La razón es que el programa debe encontrar secciones al inicio y al final de la barra en las que el número de puntos de tensión coincida.
Variante 4.2: Tipo de distribución "Lineal", sección compuesta de RFEM 6
La variante 4.2 corresponde a la variante 4.1. La única diferencia es el lugar de creación de las secciones, aquí en RFEM 6. A continuación se muestra la sección alta de la barra con cartela (sección n.º 7). La sección n.º 8 se crea de forma análoga, donde la altura hT se reduce al mínimo de 40,6 mm.
Variante 5.1: Tipo de distribución "Lineal", sección soldada, sección de RFEM 6
La variante 5.1 corresponde a la variante 4.2. La diferencia radica en la elección de las secciones. Ambas secciones para la barra con cartela se definen como tipo de sección "Paramétrico - Pared delgada" y tipo de fabricación "Soldado". La sección baja (n.º 5) corresponde en sus dimensiones a un IPE 240, y la sección alta (n.º 6) se modela igualmente de forma análoga a un IPE 240, aunque con una altura de perfil de 450 mm. La ventaja de esta variante es que la cartela no es variable ni en el ancho ni en el espesor de placa. Además, a diferencia de las variantes 4.1 y 4.2, la altura al final de la cartela puede reducirse a una altura de 240 mm. Sin embargo, la capacidad de carga de esta cartela es menor que en las variantes 4.1 y 4.2, porque la parte recortada (en realidad un IPE 450) se forma con las placas más delgadas y más estrechas de un IPE 240.
Variante 5.2: Tipo de distribución "Lineal", sección soldada, sección de RFEM 6
La variante 5.2 corresponde a la variante 5.1. En la zona de alas paralelas se insertó un nudo adicional n.º 23. A la izquierda se utilizó el IPE 240 como sección soldada y a la derecha el IPE 240 como sección laminada. De este modo, la transición entre perfiles con y sin radio de laminación se desplazó de la zona de transición de la cartela a la zona de alas paralelas.
Resumen y valoración
Se han mostrado diferentes variantes, de las cuales algunas son inadecuadas para la práctica de estructuras de acero. Otras subestiman la capacidad de carga real. Desde el punto de vista del análisis estructural, parece ventajosa una combinación de la variante 2.1 en cuanto al modelado y de la variante 4.2 en cuanto a la elección de las secciones. Esta se muestra en la variante 6. En la zona de transición entre la cartela y el perfil de alas paralelas, sin embargo, permanece el inevitable salto en la altura del perfil.
También es desventajoso el hecho de que la parte recortada, al elegir el perfil, consiste en una sección laminada. En la práctica, se fabricaría probablemente la cartela a partir de placas. Para compensar esta desventaja, solo queda la definición de las secciones mediante RSECTION 1. Aquí se puede modelar el perfil recortado como compuesto por placas, ajustando tanto los espesores de placa a las normas de suministro como los anchos a valores redondeados. Esto se muestra en la variante 7. Aquí la imagen de la sección alta n.º 9:
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