Introducción de coacciones laterales intermedias y sus efectos en RF-/STEEL EC3

Artículo técnico

En el cálculo y dimensionado de pilares o vigas de acero, normalmente es necesario realizar análisis de las secciones y de estabilidad. En la mayoría de los casos, el cálculo de las secciones puede realizarse sin dar más detalles; sin embargo, el cálculo de estabilidad necesita especificaciones adicionales definidas por el usuario. Hasta cierto punto, la barra se suprime de la estructura y por lo tanto se tienen que especificar las condiciones del apoyo. Esto es especialmente importante para determinar el momento crítico elástico ideal Mcr para el pandeo lateral. Además, se tienen que definir las longitudes eficaces Lcr adecuadas. Estas son necesarias para el cálculo interno de las relaciones de esbeltez.

Este artículo muestra la introducción de estos dos parámetros de control por medio de un ejemplo y explica sus efectos en los resultados. Echamos un vistazo más de cerca a la siguiente estructura.

Estructura

Figura 01 - Estructura

Una barra de acero con una longitud de 6 m tiene una coacción lateral y torsional fija en ambos extremos. Se conecta perpendicularmente una barra de acoplamiento en la mitad de la barra. Esta no introduce esfuerzos en la estructura, sino que sólo sirve como apoyo contra el pandeo lateral. La viga principal se carga por flexión y compresión simple.

El cálculo se lleva a cabo en RF-/STEEL EC3. Se presta especial atención al cálculo según el 6.3.3 (elementos estructurales uniformes sujetos a flexión y compresión). Se analizan varios casos de módulos al especificar las condiciones de contorno en una base de caso por caso. El propósito es señalar los efectos de la configuración en el cálculo. Se define un conjunto de barras para la viga principal que está seleccionada para el cálculo. Ya que el módulo siempre asume una viga de vano simple con apoyos articulados fijos sin tener en cuenta la situación dada, se guarda la longitud correcta de la barra de 6 m para el pandeo vertical.

Estudio del caso

Caso 1: Cálculo de un conjunto de barras sin apoyo intermedio

En el primer caso no se considerará el apoyo lateral. Los ajustes manuales no son necesarios. Las longitudes eficaces están incluidas en el cálculo con 6 m, que se ha configurado automáticamente.

Figura 02 - Ventana "1.4 Coacciones laterales intermedias"

Tampoco se va a considerar la ventana de entrada para los apoyos laterales intermedios.

Figura 03 - Ventana "1.6 Longitudes eficaces - Conjuntos de barras"

La fuerza elástica de pandeo por flexión alrededor del eje z Ncr,z así como el momento crítico elástico para el pandeo lateral Mcr se han tomado para comparar los resultados. Estos resultados intermedios están incluidos como control en el cálculo de los coeficientes de reducción Χz y ΧLT así como los coeficientes de interacción kyz y kzz que se pueden encontrar en cálculo de fórmulas según el 6.3.3. En el caso 1 resultan en:

Ncr,z = 347.6 kN
Mcr = 78.7 kNm
razón = 99 %

Caso 2: cálculo de un conjunto de barras con ajuste de la longitud eficaz Lcr,z = 0.5 ⋅ L

El caso 2 considera que la viga principal no va a pandear sobre el eje z en su longitud total debido a la barra acoplada, sino que es posible tener un modo de pandeo sinusoidal. Por lo tanto, la longitud eficaz Lcr,z se reduce hasta 0.5 ⋅ L = 3 en la ventana 1.6. De todas formas siguen sin introducirse datos en las coacciones laterales intermedias.

Ncr,z = 1,390.5 kN
Mcr = 78.7 kNm
razón = 77 %

Está claro que la fuerza elástica de pandeo por flexión Ncr,z se incrementa debido a la modificación de la longitud eficaz. En otras palabras, esto significa que al reducir a la mitad la longitud eficaz, la barra pandearía lateralmente sólo con un esfuerzo axial mucho más grande. Está claro que Mcr es igual. Se puede concluir que una adaptación de la longitud eficaz no cambia el sistema estructural (lo que es la base para el cálculo de Mcr).

Caso 3: cálculo de un conjunto de barras con la definición de una coacción lateral intermedia Uy a los 3 m

Se basa en el caso 1 pero sólo se define una coacción lateral intermedia en la ventana 1.4 para el caso 3. Se aplica un apoyo definido por el usuario al final de la barra 1 sólo donde se activa el apoyo lateral uy . Al igual que en el caso 1, las longitudes eficaces son de 6 m.

Ncr,z = 347.6 kN
Mcr = 187.0 kNm
razón = 76 %

Al compararlo con el caso 2, está claro que definir el soporte lateral intermedio tiene un efecto sobre el Mcr. En un segundo plano, se ha cambiado el sistema estructural de una viga de vano simple sencilla a una viga de vano simple con un apoyo lateral en el centro. Al mismo tiempo, se puede afirmar que al definir una coacción lateral intermedia no tiene necesariamente un efecto en la fuerza elástica de pandeo por flexión. Ncr,z corresponde de nuevo con el resultado del caso 1.

Caso 4: cálculo del conjunto de barras incluyendo la coacción lateral intermedia y la longitud eficaz ajustada

En el caso 4, se combinan los ajustes de los casos 2 y 3. Esto resulta en los siguientes valores intermedios:

Ncr,z = 1,390.5 kN
Mcr = 187.0 kNm
razón = 53 %

Se basan, como se esperaba, en los resultados de los dos casos anteriores. De todas formas, debido a su combinación la razón se reduce de nuevo desde el 76 % y 77 % al 53 %.

Resumen

Incluso si el desarrollo de la razón a través de los casos sólo se pudiese representar como una foto para este caso especial, sin embargo, se debería destacar que la barra como un todo se tiene que considerar correctamente para el cálculo. Esto significa que se comprueban las longitudes eficaces y el sistema de estructura interno está apoyado adecuadamente. En este ejemplo sólo se describe en detalle la longitud eficaz sobre el eje z y el apoyo por coacciones laterales intermedias. Si la estructura básica no tiene ninguna viga de vano simple con coacciones laterales y torsionales en los puntos de extremo, las condiciones de apoyo se tienen que definir en detalle aquí. Encuentre más información sobre ello en el manual o en los enlaces de los artículos más abajo.

Palabras clave

Estabilidad, Coacción lateral intermedia, Apoyo

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