Análisis de estabilidad de un pilar de acero según UNE-EN 1993-1-1

Artículo técnico

Este artículo trata sobre el análisis de estabilidad de un pilar de acero con compresión axial según UNE-EN 1993-1-1 Sección 6.3.1. Además, se realiza un estudio de la variación con el objetivo de optimizar el acero.

La estructura

La sección del pilar es un tubo cuadrado de acero. El sistema estructural y la carga de cálculo se muestran en la Figura 01.

Figura 01 - La estructura

El cálculo

Los pilares de acero mostrados en la Figura 1 están sujetos a cargas específicas y se analizará su pandeo por flexión. Puesto que en el caso presente existe compresión axial, el cálculo se puede realizar según UNE-EN 1993-1-1 apartado 6.3.1. El cálculo según el análisis de segundo orden con curvatura debería ser también una opción.

El objetivo es llegar a la conclusión en términos de eficiencia y examinar la aplicación de resistencias mayores de acero.

La tabla siguiente muestra los diseños correspondientes con el cálculo manual.

SecciónQHP 260x8QHP 300x6QHP 250x6.3
MaterialS 235S 235S 550
Clasificación
c/t28,54635,68
Área de la sección [cm²]79,9570,1760,99
Tensión [kN/cm²]-12,51-14,25-16,40
Razón de tensiones1,01,01,0
Factor de material1,01,01,0
max. c/t Clase 1333321,57
max. c/t Clase 2383824,84
max. c/t Clase 3424227,45
Clase de sección144
Propiedades de sección eficaz
${\mathrm\lambda}_\mathrm p\;=\;\frac{\displaystyle\frac{\mathrm b}{\mathrm t}}{28.4\;\cdot\;\mathrm\varepsilon\;\cdot\;\sqrt{{\mathrm k}_\mathrm\sigma}}$ 0,810,97
$\mathrm\rho\;=\;\frac{{\mathrm\lambda}_\mathrm p\;-\;0.188}{\mathrm\lambda_\mathrm p^2}\;\leq\;1.0$ 0,890,8
beff = ρ ∙ b [cm] 24,8117,98
A y Aeff [cm²]79,9563,5149,79
Cálculo de pandeo por flexión
${\mathrm N}_\mathrm{cr}\;=\;\frac{9.87\;\cdot\;\mathrm E\;\cdot\;{\mathrm I}_\mathrm z}{\mathrm L^2}$ [kN]1.745,662.089,141.246,46
Npl = A ∙ fy bzw. Aeff ∙ fy [kN]1.878,831.492,492.738,45
$\mathrm\lambda\;=\;\sqrt{\frac{{\mathrm N}_\mathrm{pl}}{{\mathrm N}_\mathrm{cr}}}$1,040,851,48
Factor de imperfección α0.21 (BC a)0.21 (BC a)0.13 (BC a0)
Φ = 0.5 ∙ [1 + α (λ - 0.2) + λ²]1,130,931,68
$\mathrm\chi\;=\;\frac1{\mathrm\Phi\;+\;\sqrt{\mathrm\Phi²\;-\;\mathrm\lambda²}}$0,6390,7690,404
${\mathrm N}_{\mathrm b,\mathrm{Rd}}\;=\;\frac{\mathrm\chi\;\cdot\;{\mathrm A}_\mathrm{eff}\;\cdot\;{\mathrm f}_\mathrm y}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm M1}}$ [kN]1.091,41.043,41.005,8
$\mathrm\eta\;=\;\frac{{\mathrm N}_\mathrm{Ed}}{{\mathrm N}_{\mathrm b,\mathrm{Rd}}}$0,920,960,99

Los tres pilares son capaces de soportar la carga especificada. El pilar de en medio tiene dimensiones externas más grandes, pero es más esbelto con respecto a las dimensiones de la sección. La sección se clasifica por tanto como clase de sección 4 y el cálculo tiene que realizarse con el área de la sección eficaz según UNE-EN 1993-1-5. Resulta en una reducción de 11 % debida al pandeo local. Sin embargo, las dimensiones externas más grandes tiene un efecto positivo en la carga crítica Ncr. Como resultado, este pilar tiene una esbeltez más favorable para pandeo por flexión.

En el pilar de en medio (barra 2), alrededor de un 12% del área de la sección puede compararse con el pilar de la izquierda, el cual tiene el mismo tipo de acero.

En el caso del pilar de la derecha (barra 3), alrededor de un 13 % del área de la sección puede todavía reducirse en comparación con el pilar de en medio. Las dimensiones menores tienen un efecto negativo en la carga crítica. Alrededor de un 20% del área de la sección también es inefectiva debido al pandeo local. La esbeltez de este pilar es significativamente peor que en el caso de otros pilares, aunque se permite calcular Ncr con el área real de la sección. Sin embargo, el cálculo se cumple debido al límite elástico mayor.

Los resultados de cálculo con RF-/STEEL EC3 se muestran en la Figura 02.

Figura 02 - El cálculo en RF-/STEEL EC 3

Palabras clave

pandeo por flexión, estabilidad, estructura de acero

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