Herramientas de asistencia para estructuras con cables

Artículo técnico sobre el tema del análisis de estructuras usando de Dlubal Software

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Artículo técnico

RFEM y RSTAB son programas para el análisis de estructuras de barras y análisis por el método de elementos finitos (MEF) que pueden cubrir un gran número de ramas del campo de la industria de la edificación y construcción. El cálculo de estructuras con cables también es posible en ambas soluciones de software. A continuación, se van a presentar algunas herramientas de asistencia para modelar y calcular.

Generador de catenaria

Una forma inicial realista del cable tiene un efecto positivo en la estabilidad del cálculo. El esfuerzo para el "ajuste fino" también se reduce hasta que se consigue el estado final deseado. Si se encuentra la geometría del cable para un cable con cargas uniformes, en relación con la longitud verdadera, se puede usar el generador de catenaria. Se puede abrir a través del menú "Herramientas" → "Generar modelo - Barras" → "Arco ...".

Imagen 01 - Generar catenaria

Además de los números de barras y de la sección, se deben definir los parámetros de la catenaria. Aquí, las alturas representan la distancia desde los nudos a la parte superior de la catenaria. El "parámetro" corresponde al radio de curvatura en el vértice. Por lo tanto, se puede generar cualquier sección de la catenaria.

Desplazamiento de nudos con RRF-IMP/RSIMP

La geometría del cable no siempre se corresponde con la forma de la catenaria. Este es más bien un caso único. En general, la geometría del cable está relacionada con la curva del momento. Un cable que, por ejemplo, solo tiene una carga en el medio, tendrá una forma triangular. Si actúan dos cargas individuales sobre el cable, el resultado tendrá una forma trapezoidal.

Imagen 02 - Forma del cable similar a la línea de momento

En caso de una carga arbitraria y, por lo tanto, también con una forma más compleja, aquí se puede usar el módulo adicional RF-IMP o RSIMP. Al usar este módulo, la geometría del cable se puede desplazar análogamente a la deformación. Al hacer esto, se puede generar un modelo relativamente rápido, que se aproxima a la forma buscada.

Imagen 03 - Deformación previa con desplazamiento de los nudos

Ajuste fino al cambiar la longitud

Los métodos mostrados arriba siempre definen el estado inicial para el cálculo real. Este continuará deformandose debido a las cargas que actúan en el cable. Normalmente, el estado final bajo carga está predefinido.

Una cierta flecha será ejemplar bajo una carga definida. Ahora, lo difícil es definir la forma inicial que da como resultado la forma deseada con la carga aplicada. Sin el uso de herramientas de la búsqueda de forma, esto generalmente sólo se puede lograr mediante un cálculo iterativo. Un planteamiento para obtener la solución podría ser modificar el estado inicial hasta que se encuentre la flecha buscada. Modelar de nuevo el estado inicial con las posibilidades mencionadas anteriormente es una opción, pero debido al proceso iterativo es muy voluminoso. Otra opción es alargar o acortar el cable mediante la carga en barra "Deformación axial". El cable se va a alargar o acortar, y se va a sobreponer con las otras cargas. Si no se consigue el estado de búsqueda, se puede realizar otro paso de cálculo modificando de nuevo la "deformación axial". Si se logra la flecha deseada, se puede agregar la longitud inicial de los cables (función "Centro de gravedad e información") modificando las longitudes. Por lo tanto, la suma corresponde a la longitud del cable descargado.

En este punto, se debe mencionar la interfaz COM. Se podría vincular una rutina de optimización definida específicamente, p. ej. en Excel, con RFEM o RSTAB.

RF-FORM-FINDING

RFEM con su módulo adicional RF-FORM-FINDING ofrece la posibilidad de encontrar automáticamente la forma buscada bajo una carga definida. Solo es necesario introducir la barra, la carga y los parámetros buscados.

Imagen 04 - Parámetros del cable para la búsqueda de forma

No se tienen que definir en detalle la forma inicial y las divisiones de las barras. Después del cálculo, el módulo muestra gráficamente la forma del cable encontrado, los esfuerzos y la longitud del cable con la carga y sin la carga.

Comparación

A continuación, se van a comparar las opciones entre sí. Aquí se requiere una flecha de 100 cm para un cable con una distancia entre los apoyos de 20 m bajo una carga definida. La opción manual de una estructura pre-deformada con RF-IMP (estructura 1) se va a comparar con la solución con RF-FORM-FINDING (estructura 2).

Estructura 1: el cable ya se ha deformado previamente 40 cm de forma análoga a la deformación. Por lo tanto, se necesita otra deformación de 60 cm. El cálculo da como resultado sólo 6,1 cm. Por lo tanto, es necesario alargar el cable. La modificación relacionada de la longitud se debe definir iterativamente, y da como resultado 10,2 cm, que se distribuye uniformemente en todas las barras.

Imagen 05 - Estructura 1: resultado

La longitud del cable resultante sin carga se corresponde con la suma de la longitud de los cables más la extensión del cable: (20,02 + 0,102) m = 20,122 m

Estructura 2: la estructura 2, donde la búsqueda de forma se realiza automáticamente en el fondo, calcula una longitud de cable sin carga de 20,12 m, de modo que se obtiene un resultado de una flecha de 100 cm bajo la carga definida. Este resultado es idéntico a los valores determinados manualmente. Aquí se necesita menos esfuerzo, ya que la forma inicial sólo se ha definido como una barra recta y se omite todo el proceso iterativo.

Imagen 06 - Sistema 2:

Resumen

Si se trata del cálculo de estructuras con cables, existen otras maneras de hacerlo en RFEM y RSTAB. Siempre se debe estimar el esfuerzo, que puede resultar de un proyecto. Si se calculan estructuras más complejas, donde también se incluyen la rigidez de las subestructuras o se lleva a cabo una interacción entre los cables, el trabajo será relativamente poco económico. En estos casos, RFEM junto con su módulo adicional RF-FORM-FINDING ofrece una solución una solución fácil de usar y potente.

Autor

Dipl.-Ing. (FH) Lukas Sühnel

Dipl.-Ing. (FH) Lukas Sühnel

Product Engineering & Customer Support

El Sr. Sühnel es responsable de la garantía de calidad de RSTAB, también participa en el desarrollo de productos y proporciona asistencia técnica a nuestros clientes.

Palabras clave

Cables Estructuras con cables Búsqueda de forma IMP Catenaria

Referencia

[1]   Stranghöner, N.; Saxe, K.; Uhlemann, J.: Essener Membranbau Symposium 2016. Herzogenrath: Shaker, 2016

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  • Actualizado 27. octubre 2021

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