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

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

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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.

Sistema

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

Imagen 01 - Sistema

El dimensionamiento estructural

Los pilares de acero mostrados en la Figura 1 están sujetos a cargas específicas y se analizará su pandeo por flexión. Dado que hay compresión axial en el caso actual, el cálculo se puede llevar a cabo según 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 una conclusión en términos de eficiencia y examinar la aplicación de aceros de alta resistencia.

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

SecciónQHP 260x8QHP 300x6QHP 250x6.3
Material y propiedades de visualizaciónS 235S 235S 550
Clase de
c/t28,54635,68
Área de la sección transversal [cm²]79,9570,1760,99
Tensión [kN/cm²]-12,51-14,25-16,40
Razón de tensiones1,01,01,0
Material Factor1,01,00.65
Max c/t para clase 1333321,57
Max c/t para clase 2383824,84
Max c/t para clase 3424227,45
Clase de sección144
Propiedades de la sección eficaz

Fórmula 1

λp = bt28,4 · ε · kσ

 0,810,97

Fórmula 2

ρ = λp - 0,188λp2  1,0

 0,890,8
beff = ρ ∙ b [cm] 24,8117,98
A o Aeff [cm²]79,9563,5149,79
Diseño de pandeo por flexión
${\mathrm N}_\mathrm{cr}\;=\;\frac{9.87\;\cdot\;\mathrm E\;\cdot\;{\mathrm I}_\mathrm z}{\mathrm L^2}$ [kN]1.745,662089,141.246,46
Npl = A ∙ fy o Aeff ∙ fy [kN]1.878,831.492,492.738,45

Fórmula 4

λ = NplNcr

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

Fórmula 5

χ = 1Φ  Φ² - λ²

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

Fórmula 7

η = NEdNb,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 tienen un efecto positivo en la carga crítica Ncr. Como resultado, este pilar tiene una relación de esbeltez más favorable para el 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 más pequeñas 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 relación de esbeltez de esta columna es significativamente peor que en el caso de las otras columnas, 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.

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

Autor

Dipl.-Ing. (FH) Frank Sonntag, M.Sc.

Dipl.-Ing. (FH) Frank Sonntag, M.Sc.

Ventas y atención al cliente

El Sr. Sonntag coordina la oficina de Dlubal Software en Leipzig y es responsable de ventas y atención al cliente.

Palabras clave

pandeo por flexión estabilidad estructura de acero

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  • Actualizado 27. octubre 2021

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