Comparación del análisis de estabilidad de un pilar que contiene esfuerzos internos de combinaciones de carga con una combinación de resultados de envolvente

Artículo técnico

Este ejemplo va a mostrar qué se debe considerar cuando se realice el cálculo de un pilar a flexión y compresión respecto a los esfuerzos internos desde las combinaciones de carga y de resultados.

General

El cálculo de estructuras tales como modelos 3D es una práctica habitual en el análisis y cálculo de estructuras actual. Este considera muchas cargas variables como el viento, nieve, sobrecarga de uso y posibles cargas móviles alternativas. Esto genera un gran número de combinaciones de carga, que también se deben considerar para el análisis de estabilidad de un pilar de acero.

El siguiente ejemplo compara los resultados del análisis de estabilidad "Flexión y compresión" según EN 1993-1-1 Capítulo 6.3.3 respecto a los esfuerzos internos de las combinaciones de carga y una combinación de resultados envolvente. Se van a explicar las diferentes opciones disponibles en el módulo adicional RF-/STEEL EC3.

Modelo y carga

Se diseñará un pilar de esquina de una nave de acero. El pilar articulado tiene 10,85 m de altura y recibe cargas horizontales de las vigas de madera transversales conectadas a una altura de 8,20 m. Solo se consideran tres combinaciones de carga de siete casos de carga y una combinación de resultados.

El modelo estructural original tiene más de 340 combinaciones de carga para el estado límite último. No se van a enumerar por separado todos los siete casos de carga. Se han establecido como determinantes a partir de todo el análisis estructural y se incluyen en el archivo del ejemplo adjunto. Para simplificar el ejemplo, se han omitido deliberadamente los coeficientes parciales de seguridad y coeficientes de combinación. Las cargas se consideran cargas de cálculo.

Sección:
2IK HEM 800 + HE M 800 | - + DIN 1025-4:1994

Material:
Acero S 355 | DIN EN 1993-1-1: 2010-12

Combinaciones de carga:
CO1 = CC1 + CC2 + CC3
CO2 = CC1 + CC4 + CC5
CO3 = CC1 + CC6 + CC7

Combinación de resultados:
RC1 = CO1/s o CO2/s o CO3/s

Figura 01 - Modelo, dimensiones y cargas

Análisis de estabilidad con combinaciones de carga

La figura 02 muestra los esfuerzos internos N, My, y Mz de CO2. Según EN 1993-1-1 Capítulo 6.3.3, ecuación 6.6.2, estos tres esfuerzos internos dan como resultado una relación de cálculo máxima del 92%. En este análisis de estabilidad de la barra equivalente, se usan los coeficientes de interacción. Según el [1], capítulo 6.2.2 (2), nota 1, las fórmulas de interacción se basan en el modelo de una viga de vano simple con coacciones laterales y torsionales, con o sin apoyo intermedio, que está sometido a esfuerzos de compresión, momentos de contorno y cargas laterales. Al aplicar la tabla A.2 de [1], se tiene en cuenta la distribución del momento real al determinar los factores de interacción.

Figura 02 - Esfuerzos internos determinantes de la combinación de cargas 2

La figura 03 muestra cómo la distribución de momentos para My y Mz de CO2 se clasifica en RF- STEEL EC3 y los factores de momento equivalentes Cmi,0 se determinan según la tabla A.2 de [1].

Figura 03 - Determinación de los coeficientes del momento equivalente según la tabla A.2

Si se observa la evaluación de resultados detallada para el análisis de estabilidad en la figura 04, es evidente que el esfuerzo axil tiene un papel importante y que los momentos flectores son decisivos para el coeficiente de cálculo máximo.

Figura 04 - Evaluación de resultados detallada para el análisis de estabilidad de la combinación de carga 2

Análisis de estabilidad con combinación de resultados (envolvente)

Para ahorrar tiempo durante el cálculo, puede establecer el tipo de cálculo de combinaciones de resultados con tipo O en la segunda opción en la pestaña "General", en "Detalles" en RF-/STEEL EC3 durante la fase de cálculo. Aquí se debe aclarar que, cuando se selecciona esta opción, se usan los esfuerzos internos envolventes para realizar el análisis de estabilidad. La figura 05 muestra los resultados determinantes máx./mín. para la combinación de resultados 1.

Figura 05 - Resultados máx./mín. determinantes para la combinación de resultados 1

Otro punto importante es la determinación de los coeficientes de interacción. Ya que la distribución de momentos de una combinación de resultados envolvente representa el valor máximo o mínimo para cada ubicación en x, aquí no se puede esperar ninguna distribución de momentos real. Por lo tanto, se usa una distribución de momentos lineal con ψ = 1. Ver también la figura 06.

Figura 06 - Determinación de los coeficientes del momento equivalente según la tabla A.2 para una CR envolvente

La evaluación de resultados detallada del análisis de estabilidad para la combinación de resultados 1 como envolvente muestra una desventaja obvia de este método. Ya que se asumen los valores extremos absolutos para los momentos flectores y no los momentos correspondientes, este resultado se encuentra dentro del intervalo seguro. El valor máximo My = 1 752,42 kNm corresponde al CO2 y el valor mínimo Mz = 2 543,51 kNm pertenece a CO3. La solución conservadora con la envolvente da como resultado una relación de 131%.

Figura 07 - Evaluación de resultados detallada del análisis de estabilidad para la combinación de resultados 1

Análisis de estabilidad con combinación de resultados (predeterminado)

Si establece el tipo de cálculo de combinaciones de resultados con tipo O en la primera opción, que también es la configuración predeterminada, en la pestaña "General" de los "Detalles" en RF-/STEEL EC3, los resultados son comparables a los de los CC individuales.

Resumen

Aquí se muestra un modelo que es un ejemplo práctico y que tiene el objetivo de explicar las opciones para un cálculo rápido, así como decir qué limitaciones hay cuando se usan los resultados envolventes.

Palabras clave

Análisis de estabilidad Comparación CO CR Combinaciones de carga Combinación de resultados Envolvente

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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