Ejemplo de uso de tipos de barras y articulaciones en cerchas

Artículo técnico

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Al modelar estructuras, RSTAB y RFEM ofrecen varias opciones para controlar la transferencia de esfuerzos internos en los puntos de conexión de las barras. Por un lado, puede usar los tipos de barra para definir si sólo actúan fuerzas o momentos en las barras conectadas. Por otro lado, puede excluir ciertos esfuerzos internos de la transferencia utilizando articulaciones. Una forma especial son las articulaciones de tijera, que permiten un modelado realista de estructuras de cubiertas, por ejemplo.

Tipos de barra y articulaciones

Al modelar estructuras de barras simples, se suelen utilizar los siguientes tipos de barras.

  • Barra de la viga: Barra rígida que transfiere todos los esfuerzos internos
  • Cercha: Barra de viga con un momento de articulación en ambos extremos
  • Barra de tracción: Barra con rigidez EI que falla en el caso de una fuerza de compresión
  • Barra de compresión: Barra con rigidez EI que falla en el caso de un esfuerzo de tracción
  • Barra de pandeo: Barra con rigidez EI que falla si se sobrepasa la carga de pandeo

En el manual en línea de RFEM se describen otros tipos de barras.

Además, las propiedades no lineales son posibles tanto para barras como para articulaciones. Esto le permite especificar criterios de fallo especiales o relaciones no lineales entre esfuerzos y deformaciones. Este artículo técnico presenta algunas opciones para el modelado con tipos de barras y articulaciones utilizando un ejemplo simple.

Cubierta

Se analiza el sistema de cubierta de un granero cuya estructura de soporte similar a una cercha se construyó estructuralmente incorrectamente: En el caso de la cercha, se "olvidó" una diagonal de forma que se produjeron deformaciones visibles incluso bajo la carga de peso propio. Esta barra, que es indispensable para la capacidad de carga, se añadió posteriormente. De esta forma, se podrían evitar los daños.

El modelo de RFEM representa una sección de la estructura de la cubierta. Se supone que las correas de la base son apoyos fijos, la cumbrera y las correas centrales como apoyos laterales con un pequeño muelle de torsión. La aplicación de la carga se simplifica por medio de las vigas con las áreas de captación correspondientes. Como ejemplo, sólo se analizan los casos de carga "Peso propio y estructura" y "Nieve".

Modelo de celosía con articulaciones de tijera

La estructura se modela con barras de vigas, las cuales reciben las articulaciones correspondientes en las posiciones con liberaciones de momento. Un modelo de celosía puro no sería correcto porque algunas barras pasan por los puntos de intersección y, por lo tanto, transfieren momentos. El tipo de barra "Cercha (sólo N)" sólo se usa para los dos encabezados. Las diagonales que faltan se pueden mostrar en el modelo con el tipo "Barra nula". No se tienen en cuenta en el cálculo.

Las articulaciones generalmente están relacionadas con los ejes locales xyz de la barra. En el caso de estructuras de barras espaciales, esto le permite controlar la transferencia de esfuerzos y momentos a las barras conectadas al nudo común. En el modelo, las articulaciones de momento locales se utilizan para los extremos de aquellas barras que no transfieren momentos debido a las conexiones simples de madera, por ejemplo, los postes en la parte superior e inferior. Para las barras continuas tales como vigas y postes mencionados anteriormente, sin embargo, se usan las llamadas "articulaciones de tijera". Aseguran la acción continua para los momentos en los respectivos pares de barras transversales. Las articulaciones de tijera siempre están relacionadas con el sistema de ejes global XZY.

El uso de articulaciones de tijera también se describe en las preguntas frecuentes 000177001438 .

Ciertos tipos de barras, como cerchas o barras de compresión, están provistas de articulaciones por definición, de forma que no es necesario definirlas adicionalmente; los campos de entrada correspondientes están bloqueados.

Después de calcular el modelo, ya se pueden ver deformaciones relativamente grandes para el CC 1 (cargas permanentes).

El cálculo de la combinación de cálculo de CO2 finaliza con un mensaje de inestabilidad.

Modelo de celosía con articulación de acción no lineal

Además, se analizará el siguiente escenario para el ejemplo. Si la conexión del poste central al ala inferior se diseñara como una conexión de espiga pura, la conexión se aflojaría debido a la fuerza de tracción en el poste. Este efecto se puede determinar en el modelo mediante una articulación de fuerza normal que actúa de forma no lineal, que solo permite que la conexión sea efectiva en el caso de esfuerzos de compresión.

El CC 1 se calcula en varias iteraciones. Debido a las fuerzas de tracción en el poste central, se libera la conexión en el ala inferior de modo que el sistema se desacopla allí.

Se podría realizar un modelado alternativo en forma de la llamada liberación de nudo (ver manual en línea ).

Modelo de la cercha renovada

Las dos barras nulas se reemplazan por barras deformadas en la estructura renovada. Actúan como barras de celosía, pero fallan en el caso de esfuerzos de compresión más allá de la carga de pandeo. El cálculo de la combinación de cálculo CO 2 según el análisis de segundo orden ahora se ejecuta sin interrupción.

La figura de deformación de la viga de celosía muestra el efecto del relleno. Las flechas de las vigas son causadas por el modelado de la introducción de carga que se seleccionó para esta sección estructural. No son objeto de investigación.

Conclusión

Usando el ejemplo de una viga de celosía simple, se mostró cómo se pueden usar los tipos de barras y las articulaciones para representar la distribución de esfuerzos internos en un modelo. Las llamadas articulaciones de tijera juegan un papel importante aquí, facilitando el modelado de cruces de vigas en estructuras de madera. También puede asignar propiedades no lineales a barras y articulaciones. Con barras nulas, es posible analizar variantes del modelo de una manera que ahorra tiempo.

Palabras clave

cercha Tipo de barra liberación articulación de tijera Barra a pandeo barra nula no linealidad Cabios montante Cruce de vigas

Referencia

[1]   Eurocódigo 5: Proyecto de estructuras de madera. Parte 1-1: Reglas generales y reglas para edificación; versión alemana EN 1995-1-1:2004 + AC:2006 + A1:2008. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2008.
[2]   Manual de RFEM. Tiefenbach: Dlubal Software, marzo de 2016.
[3]   Manual de RSTAB. Tiefenbach: Dlubal Software, abril de 2013.

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  • Actualizado 12. enero 2021

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