Análisis de la torsión de alabeo según la guía de cálculo núm. 9 de AISC

Consejos y trucos

El cálculo de una viga con una carga torsional según la guía de cálculo núm. 9 de AISC se mostrará en base a un ejemplo de verificación. Se va a realizar el cálculo con el módulo adicional RF-STEEL AISC y la extensión del módulo para la torsión de alabeo en RF-STEEL con 7 grados de libertad.

El siguiente ejemplo de cálculo corresponde a H.6 según AISC Design Examples V15.0 [1].

Datos del modelo

En este ejemplo, la viga W10x49 hecha de ASTM A992 con un vano de 15 ft tiene cargas individuales en el centro. Las cargas actúan con una excentricidad de 6 in. La excentricidad de la carga se oculta mediante un momento de torsión.

Caso de carga 1: carga muerta (peso propio)

Figura 01 - Caso de carga 1

Caso de carga 2: carga viva (cargas variables)

Figura 02 - Caso de carga 2

Se crea una combinación de cargas para LRFD y ASD.

Caso de carga 1: 1,20 LC1 + 1,60 LC2

Figura 03 - Combinación de cargas 1 según LRFD

Caso de carga 2: 1,0 LC1 + 1,0 LC2

Figura 04 - Combinación de cargas 2 según ASD

Dado que el cálculo con la torsión de alabeo en RF-STEEL está diseñado para conjuntos de barras, es necesario crear un conjunto de barras.

Cálculo en RF-STEEL AISC con torsión de alabeo RF-STEEL

En el caso de cálculo 1, el cálculo se debe realizar según LRFD 2016. De modo que se selecciona la combinación de cargas 1 para el cálculo, así como se selecciona el conjunto de barras. El análisis de la torsión de alabeo se activa en "Detalles"→ "Torsión de alabeo". Hay diferentes opciones disponibles para introducir la carga y el método de análisis

El cálculo se debe realizar para la comparación manual de forma lineal según el análisis estático lineal y la aplicación de carga se debe llevar a cabo en el cordón superior. Las tablas posteriores se pueden confirmar hasta la tabla de entrada "1.8 Apoyos en nudos". Aquí se tienen que definir los apoyos en nudos. Junto con las articulaciones de barra, ambos forman las condiciones de contorno para determinar el factor de carga crítica. Los apoyos en nudos se pueden comprobar gráficamente en la vista parcial. Los apoyos de horquilla o articulados fijos están pensados para que se considere la viga en el cálculo.

Figura 05 - Entrada de los apoyos en nudo

Posteriormente, se puede realizar el cálculo.

Evaluación y comparación de resultados

Después de realizar el cálculo, se muestra el factor de carga crítica así como las tensiones individuales. Se puede abrir la deformada del modo determinada en una ventana separada y con la representación gráfica, es posible controlar las condiciones de contorno.

Figura 06 - Gráfico vista parcial de la deformada del modo

En el caso de que el pandeo lateral sea determinante, se reduce automáticamente el límite elástico Fy. En el ejemplo de cálculo, el pandeo lateral no va a ser determinante y, por lo tanto, se asigna el límite elástico del material A992 con un valor de Fy 50 ksi.

Una comparación con el ejemplo de verificación muestra que se reconocen los mismos puntos de cálculo de la torsión de alabeo en RF-STEEL AISC como determinantes y, por lo tanto, aparecen en la tabla.

Para el cálculo según LRFD, se calcula una tensión normal de 28,531 ksi para el punto de tensión 1, especificado con 28,0 ksi en el cálculo manual para el ejemplo de verificación.

Figura 07 - Tensiones normales en el punto determinante según LRFD

El cálculo de la tensión tangencial en el apoyo conduce a una tensión tangencial total de 11,282 ksi comparado con el cálculo manual de 11,4 ksi.

Figura 08 - Tensiones tangenciales en el punto determinante según LRFD

El cálculo se puede llevar a cabo según ASD, como en los pasos anteriores. Se determina la tensión normal máxima para el cálculo según ASD con un valor de 27,293 ksi en el punto de tensión 1 para la mitad del vano. El cálculo manual corresponde bien con 26,9 ksi. En la torsión de alabeo en RF-STEEL, la tensión tangencial máxima sobre el alma en el apoyo se determina con un valor de 7,522 ksi, mientras que mediante el cálculo manual se obtiene 7,56 ksi.

Conclusión

Para este ejemplo de verificación, es posible realizar el cálculo. El cálculo según el análisis de la torsión de alabeo con 7 grados de libertad permite un cálculo rentable de los componentes estructurales con un riesgo de torsión de alabeo según la guía de cálculo núm. 9 [2] de AISC.

Palabras clave

AISC torsión de alabeo

Referencia

[1]   AISC: Design Examples - Companion to the AISC Steel Construction Manual - Version 15.0. Chicago: AISC, 2017
[2]   Seaburg, P. A.; Carter, C. J.: Design Guide 9: Torsional Analysis of Structural Steel Members. Chicago: AISC, 1997
[3]   ANSI/AISC 360-16, Specification for Structural Steel Buildings

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