Comparación de los factores de carga críticas para el pandeo lateral según diferentes métodos y módulos

Artículo técnico

El coeficiente crítico para el pandeo lateral o el momento crítico de pandeo de una viga de vano simple se compararán según los distintos métodos de análisis de estabilidad.

Sistema estructural y cargas

Se da una viga de vano simple con una longitud de 15 m. La sección de la viga de vano simple es IPE 400 hecha de S355. La carga es de 5 kN/m. Se desprecia el peso propio.

Figura 01 - Sistema estructural y cargas

Cálculo sin estabilización

La verificación se puede llevar a cabo con los ajustes estándar (viga de vano simple con coacciones laterales y torsionales) del módulo adicional RF-/STEEL EC3 según el Anejo Nacional alemán, y no se lleva a cabo.

El momento crítico de pandeo es de tan solo 72,61 kNm, y este valor se confirma con las fórmulas comunes de la documentación técnica.

Figura 02 - Cálculo sin estabilización

Cálculo con estabilización en el cordón superior

Se fija el desplazamiento del cordón superior, que se conecta mediante una barra transversal virtual en el medio del mismo.

Esta estabilización se puede realizar en RF-/STEEL EC3 por medio de una coacción intermedia lateral, sin tener que dividir la barra para este propósito.

Figura 03 - Coacción lateral intermedia

El cálculo posterior según la Sección 6.3.2.3 EN 1993-1-1 [1] conduce a una verificación con éxito y a un momento crítico de pandeo de 209,52 kNm.

Figura 04 - Cálculo con estabilización

Comparación con el método general como cálculo de conjuntos de barras

En el siguiente paso se realiza la verificación según el método general como cálculo de conjuntos de barras. Para ello, se puede copiar la barra en la dirección Y, incluyendo los apoyos y la carga, dividir una vez por la mitad y crear un conjunto de barras.

Figura 05 - Conjunto de barras

En un nuevo caso de cálculo en RF-/STEEL EC3, ahora se ha seleccionado un conjunto de barras para el cálculo. En lugar de la ventana "1.5 Longitudes eficaces - barras", se visualiza la ventana "1.7 Apoyos en nudos". De manera predeterminada, se han definido dos apoyos con apoyo φ x' y uy' al principio y al final del conjunto de las ménsulas calculadas.

Para que se estabilice en la mitad, se debe crear otro apoyo provisto de una excentricidad de -200 mm en la dirección local z.

Los apoyos se pueden visualizar fácilmente mediante el botón en la ventana de la vista parcial.

Figura 06 - Entrada del apoyo en nudo

La verificación es favorable y se calcula un coeficiente crítico de 1,49.

Figura 07 - Cálculo según el método general

Al utilizar el momento máximo, se puede determinar el momento crítico de pandeo de 209,54 kNm, que corresponde al último cálculo.

Figura 08 - Cálculo del momento de pandeo lateral-torsional

La relación de esbeltez de la viga se da como 1,488 y es necesaria para aplicar la imperfección en la siguiente sección.

Comparación con el análisis de alabeo

En el próximo paso, se comparará el coeficiente crítico con el análisis de alabeo, lo que significa que se usan siete grados de libertad en lugar de cuatro.

Es necesario seleccionar la opción "Realizar análisis de alabeo" en el cuadro de diálogo "Detalles", en la pestaña "Torsión de alabeo".

Figura 09 - Activación de la torsión de deformación

Al igual que con el método según 6.3.4 UNE-EN 1993-1-1, es necesario comprobar los apoyos en nudos y, si es necesario, ajustarlos.

Figura 10 - Entrada de apoyos en nudos para el análisis de deformación

En la ventana 1.13 se proporciona un valor de imperfección de L/400.

El cálculo posterior es más favorable y conduce a un coeficiente crítico de 1,489, que se corresponde muy bien con los cálculos anteriores.

Figura 11 - Resultados del análisis de torsión de deformación

Comparación con el módulo adicional RF-/FE-LTB

En el último paso, la viga de vano simple (conjunto de barras) se diseñará con el módulo adicional RF-/FE-LTB y aquí se comparará nuevamente el coeficiente crítico.

En RF / FE-LTB, se importan directamente los apoyos en nudos que se definen en el conjunto de barras.

Figura 12 - Definición de los apoyos en nudo RF-/FE-LTB

Sin embargo, no es posible definir una excentricidad, por lo que la restricción intermedia no se define como un apoyo en nudo sino como un muelle en el extremo de la barra en la ventana 1.6.

Figura 13 - Introducción del apoyo del cordón superior como muelle en extremo de barra con excentricidad

Al introducir la carga, preste atención a la aplicación de la excentricidad, ya que de lo contrario se realiza un cálculo demasiado favorable.

Figura 14 - Excentricidad de carga en RF-/FE-LTB

La imperfección se aplica manualmente a 1,875 cm para el primer modo propio.

Figura 15 - Entrada de la imperfección

El cálculo final da como resultado un coeficiente crítico de 1,489 y se corresponde con todos los cálculos anteriores.

Figura 16 - Visualización del factor de carga crítica

Palabras clave

Pandeo lateral torsional Análisis de alabeo Estructuras de acero EC3

Referencia

[1]   Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero - Parte 1-1: Reglas generales y reglas para edificios; EN 1993-1-1:2010-12

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  • Actualizado 10. noviembre 2020

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