Métodos de soporte de placas por columnas

Artículo técnico

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En el caso de estructuras de placas, siempre es necesario considerar las condiciones de soporte de definición realistas. Dependiendo de la forma de definir la flexibilidad de los soportes, pueden aparecer diferencias claras en los resultados.

Por ejemplo, las columnas se deben modelar con barras. Dado que los elementos de placa no tienen grados de libertad de giro, no es posible considerar los muelles de giro. Por lo tanto, es importante modelar la conexión de la barra lo más cerca posible de la realidad.

El ejemplo descrito en este artículo proporciona una comparación de diferentes modelos de columnas. El modelo es una placa de hormigón C25/30 con unas dimensiones de 0,24 m ∙ 6,5 m ∙ 2,5 m. Las columnas tienen las dimensiones de 0,24 m ∙ 0,45 m ∙ 2,5 m.

Modelo 1

Este modelo aplica un acoplamiento rígido sobre el ancho de la columna utilizando elementos de barra. En el medio de este acoplamiento, hay un apoyo en nudo con las siguientes rigideces elásticas.

Fuerza axial:

$${\mathrm C}_{\mathrm u,\mathrm z'}\;=\;\frac{{\mathrm E}_\mathrm c\;\cdot\;{\mathrm A}_\mathrm c}{\mathrm I}\;=\;\frac{30,5\;\mathrm{kN}/\mathrm m²\;\cdot\;106\;\cdot\;(0,24\;\mathrm m\;\cdot\;0,45\;\mathrm m)}{2,5\;\mathrm m}\;=\;1.317.600\;\mathrm{kN}/\mathrm m$$

Muelle rotacional:

$${\mathrm C}_{\mathrm\varphi,\mathrm y'}\;=\;\frac{4\;\cdot\;{\mathrm E}_\mathrm c\;\cdot\;{\mathrm I}_\mathrm c}{\mathrm I}\;=\;\frac{4\;\cdot\;30,5\;\cdot\;106\;\cdot\;0,24\;\cdot\;0,453\;/\;12}{2,4}\;=\;88.938\;\mathrm{kNm}/\mathrm m$$

La ventaja de este modelo es que no es necesario introducir las columnas por sí mismas. Además, puede evitar fácilmente las singularidades utilizando apoyos en nudos. Sin embargo, los valores de muelle del apoyo en nudo se deben determinar de antemano manualmente.

Figura 01 - Modelo 1

Modelo 2

En este modelo, los miembros de los apoyos continúan en uno o dos conjuntos de elementos de la red de malla de elementos finitos en la superficie del muro. El objetivo es determinar la conexión entre el apoyo y la superficie del muro aproximadamente cerca de la realidad. La ventaja de este método es que no es necesario determinar los muelles manualmente y la conexión se puede modelar muy rápidamente. Sin embargo, dado que las distribuciones de fuerza interna en la zona de conexión de los apoyos a menudo se alteran en la placa, esta opción solo se puede recomendar dependiendo del modelo.

Figura 02 - Modelo 2

Modelo 3

A diferencia del modelo 2, los apoyos no se extienden en la superficie de la pared, sino que se conectan a la placa de la misma manera que en el modelo 1. La rigidez del acoplamiento se debe definir suficientemente alta. La ventaja de este modelo es que el modelado es relativamente rápido y simple. Además, en este caso, no es necesario determinar manualmente los valores del muelle por adelantado. También puede evitar las desventajas del modelo 2.

Figura 03 - Modelo 3

Modelo 4

En el modelo 4, las columnas se modelan utilizando superficies con las dimensiones correspondientes. Para ver la comparación de la distribución de momentos en todos los modelos, los miembros de resultados se definen en el medio de las columnas. Por lo tanto, los resultados de la superficie se integran y se obtienen las fuerzas internas resultantes. También es posible diseñar estos elementos en el módulo adicional RF-CONCRETE Members, por ejemplo.

Figura 04 - Modelo 4

Conclusión

En términos generales, todos los modelos deben evitar las singularidades utilizando apoyos en nudos. Todos los modelos se pueden crear muy cerca de la realidad al modelar que las columnas en la placa se representan muy cerca de la realidad como un apoyo en nudo. La diferencia entre los resultados en el modelo 1 se puede explicar por el hecho de que se omite por completo la rigidez horizontal de la columna.

Bibliografía

[1]Werkle, H .: Finite Elemente in der Baustatik - Statik und Dynamik der Stab- and Flächentragwerke, 3ª edición. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2008
[2] Rombach, G .: Anwendung der Finite-Elemente-Methode im Betonbau - Fehlerquellen und ihre Vermeidung, 2ª edición. Berlin: Ernst y Sohn, 2006

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  • Actualizado 26. octubre 2020

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