Análisis de pandeo de placas con refuerzos utilizando PLATE-BUCKLING

Artículo técnico

El análisis de pandeo de placas con refuerzos es una tarea única para los ingenieros. Para esto, EN 1993‑1‑5 proporciona tres métodos de cálculo:

  • Método de sección transversal efectivo, [1] , Capítulo 4‑7
  • Método de estrés reducido, [1] , Capítulo 10
  • Métodos de análisis de elementos finitos (FEM), [1] , Apéndice C

En PLATE-BUCKLING , se implementa el método de estrés reducido. Este artículo proporciona información que se puede usar para el diseño de paneles de pandeo rígidos.

Determinación de los valores de pandeo

En general, hay dos opciones para determinar los valores de pandeo de los paneles de pandeo rígidos. Primero, puede obtener los valores directamente de los diagramas utilizando las condiciones de contorno existentes de acuerdo con [2][3] . En segundo lugar, puede realizar un cálculo de valores propios. El cálculo del valor propio determina los factores de carga críticos para la tensión existente respectiva. Mediante el recálculo utilizando una tensión crítica de pandeo, puede obtener los valores de pandeo.

Selección de la forma del modo de gobierno

La evaluación de las formas de modo determinado es esencial para el diseño. El análisis de pandeo se debe realizar para el panel rígido y el modo de pandeo correspondiente mostrará el modo de falla global. La primera forma de modo determinada se puede utilizar para evaluar si hay un pandeo de un panel secundario, una sección de panel o una placa rígida. El siguiente ejemplo muestra la forma del primer modo para el subpanel de pandeo por encima y por debajo del refuerzo longitudinal.

Figura 01 - Pandeo local

En este punto, se debe decidir si los subpaneles correspondientes se analizarán por separado o si se debe seleccionar una forma de modo global de las formas de modo superior. PLATE-BUCKLING proporciona la opción de determinar hasta 50 formas de modo. La siguiente figura muestra el Modo de pandeo No. 17 para el fallo global del panel rígido.

Figura 02 - Pandeo Global

Determinación de las tensiones críticas de pandeo de placas

Basándose en el diseño de la placa rígida y utilizando la forma de modo global correspondiente, el cálculo de las tensiones críticas de pandeo de la placa según [1] , Apéndice A, se puede realizar utilizando los valores de pandeo y la tensión crítica de pandeo.

Como alternativa, existen las fórmulas analíticas para el cálculo de la tensión crítica de pandeo de la placa en el Apéndice A [1] . Sin embargo, las siguientes condiciones de contorno deben aplicarse al usar estas fórmulas:

  • Al menos tres refuerzos longitudinales que pueden aplicarse como placas ortotrópicas equivalentes.
  • Un refuerzo longitudinal en la zona de compresión de un panel de pandeo.
  • Dos refuerzos longitudinales en la zona de compresión de un panel de pandeo

El método de cálculo para uno o dos refuerzos longitudinales en la zona de compresión se basa en el miembro equivalente soportado elásticamente. Las tensiones críticas de pandeo determinadas por extrapolación al borde de compresión dan como resultado las tensiones críticas de pandeo.

Ejemplo de proceso de diseño

El siguiente ejemplo aplicará este proceso de diseño:

Figura 03 - Ejemplo

Como se mencionó anteriormente, la forma del primer modo muestra el modo de pandeo local y, por lo tanto, no rige para el diseño de la placa rígida. En este caso, ahora puede explorar un proceso de diseño alternativo.

Opción 1: Análisis de pandeo basado en subpaneles por encima y por debajo del refuerzo longitudinal

En un caso de diseño separado en PLATE-BUCKLING, el subpanel correspondiente se define con las dimensiones correspondientes, las condiciones de contorno y las cargas. El análisis de pandeo se realiza para el panel de pandeo sin refuerzo.

Figura 04 - Diseño del panel de pandeo local

Opción 2: Análisis de pandeo para la forma de modo global gobernante del subpanel

PLATE-BUCKLING permite no solo el análisis de hasta 50 formas de modo, sino que también puede ser útil para todos los análisis de pandeo correspondientes. En el siguiente ejemplo, la forma del modo de gobierno (Modo No. 17) se utiliza para el diseño del subpanel.

Figura 05 - Panel de pandeo global de diseño

Se debe tener en cuenta que, como alternativa a la Opción 2, puede realizar el análisis utilizando el método de cálculo analítico para determinar las tensiones críticas de pandeo y pandeo como se describe en el Apéndice A.2. Sin embargo, dado que la forma del modo global del subpanel podría definirse claramente, esto no es necesario para este ejemplo.

Resumen

Los cálculos manuales de paneles de pandeo rígidos pueden ser muy difíciles y consumir mucho tiempo.
En muchos casos, el análisis puede no ser posible sin cálculos numéricos extensos. El software PLATE-BUCKLING proporciona una solución para tales necesidades y permite realizar análisis de pandeo eficientes.

Referencia

[1] Comité Europeo de Normalización. (2016). Eurocódigo 3: Diseño de estructuras de acero. Parte 1‑5: Elementos estructurales chapados. EN 1993‑1‑5. Bruselas: CEN.
[2] Klöppel, K. y Scheer, J. (1960). Beulwerte ausgesteifter Rechteckplatten, Banda 1. Berlín: Verlag Wilhelm Ernst und Sohn.
[3] Klöppel, K. y Scheer, J. (1968). Beulwerte ausgesteifter Rechteckplatten, Banda 2. Berlín: Verlag Wilhelm Ernst und Sohn.

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