Superelementos condensados - invisibles pero esenciales

Hasta que se lanzó la versión 21, no había muchas formas de modelar las uniones de elementos de acero de manera más realista que usando la aplicación IDEA StatiCa. Sin embargo, todavía había situaciones en las que los valores de tensión en los bordes eran inexactos y no correspondían al comportamiento real de los elementos de acero. No era fácil encontrar la forma correcta de mantenerse enfocado en el diseño de la unión, resolver solo el área cercana al nodo estructural y al mismo tiempo tener en cuenta el comportamiento del resto de los elementos conectados. 

Pero el equipo de desarrollo logró encontrar la manera. Han ampliado el modelo drásticamente añadiendo partes de elementos que no son visibles pero son esenciales para el modelo completo. Estas partes se denominan superelementos condensados y realizan todo el trabajo duro en la mejora del comportamiento. 

Este cambio garantiza que los extremos de los elementos visibles en la escena del modelo no son los extremos en absoluto. En versiones anteriores, las secciones extremas estaban fijadas en su plano y a menudo podían desarrollarse picos de tensión no realistas. Ahora, pueden desplanearse: pueden deformarse no solo dentro del plano de la sección transversal sino también perpendicularmente a este plano.

Especialmente en las uniones de secciones huecas, los resultados muestran una mejor concordancia con los ensayos experimentales y las formulaciones de los códigos de diseño.

Por otro lado, este cambio también significa que los picos de tensión originalmente ubicados en las secciones extremas pueden y se moverán más cerca del nodo de la unión. En algunos casos, los elementos de la unión pueden estar expuestos a fuerzas mayores en los 'tiempos de superelementos condensados'.  

Tres beneficios para usted

Esta mejora también trae efectos secundarios muy convenientes: los tramos cortos de elementos simulados por elementos de lámina pueden ser ahora más cortos. Los principales beneficios de este cambio son:  

• Tiempos de cálculo un 30% más rápidos en promedio  
• Visualización más rápida de resultados 
• Modelado más preciso de uniones de secciones huecas  

Otras nuevas características y mejoras importantes introducidas en la versión 21 se especifican en nuestras detalladas Notas de la versión.

Nuevas longitudes de elementos

Nuestros usuarios están acostumbrados a las longitudes predeterminadas de los elementos en el modelo de diseño de la unión. Dependían del tipo de sección transversal (hueca / abierta).

Ahora la longitud predeterminada se establece en el mismo valor de 1,25 x la mayor de las dimensiones exteriores de la sección transversal para ambos tipos. La longitud de los superelementos condensados es 4 x la mayor de las dimensiones exteriores de la sección transversal para el análisis estándar de tensión-deformación. Dado que queríamos mantener las formas de los modos de pandeo dentro de las placas internas de la unión y no en los elementos, la longitud de los superelementos para el análisis lineal de pandeo y rigidez se establece en 0,5 x la mayor de las dimensiones exteriores de la sección transversal.

Aunque estos cambios se realizaron originalmente para mejorar las uniones de secciones huecas, también ayudaron a otros tipos de uniones a acercarse más al comportamiento real.

Puede preguntarse, ¿cuáles son las principales consecuencias? Sin duda, se producirán algunos cambios en los resultados entre versiones. En la gran mayoría de las uniones, las diferencias en los resultados son inferiores al 1%. 

Los casos con mayores diferencias ponen de relieve el tema donde la práctica choca con la teoría. Este tema está relacionado con los efectos de torsión en perfiles de sección abierta. Por varias razones, estos efectos son ignorados por los ingenieros estructurales y tampoco están incorporados en las aplicaciones de análisis global por el Método de los Elementos Finitos.  

Efectos de torsión 

Bueno, no es ciencia espacial, pero tampoco tiene que ser obvio. Así que, introduzcamos algo de teoría:

Dependiendo del tipo de sección transversal abierta, las condiciones de contorno del elemento y el tipo de carga, pueden producirse dos tipos de comportamiento a torsión, considerando la hipótesis de Vlasov: 

• Torsión pura (de St. Venant) 
• Torsión mixta combinada de torsión pura y torsión de alabeo
  • la torsión pura se caracteriza por la fuerza interna T_t (momento de torsión pura) con la tensión de cortante pura resultante τ_t 
  • la torsión de alabeo se caracteriza por las fuerzas internas B (bimomento) y T_w (momento de torsión de alabeo) con la tensión normal (longitudinal) de alabeo resultante σ_w y la tensión de cortante de torsión de alabeo τ_w

En IDEA StatiCa Connection versión 21.0, el alabeo estaba restringido por las restricciones multipunto que conectan el nodo con el extremo de la viga. Estas restricciones se utilizan para imponer cargas en el modelo. El nuevo superelemento condensado empuja las restricciones más lejos y el elemento puede deformarse. Esto resulta en un mayor bimomento en la unión. 

Aquí puede ver algunos ejemplos de uniones donde estos cambios resultaron en un resultado significativamente diferente: 

El tramo corto de viga bajo torsión

Unión viga-viga con placa de extremo unilateral

Unión viga-columna

Cuando se enfrenta a tales casos, especialmente si compara resultados entre versiones, debe tener en cuenta que los modelos de cálculo no son los mismos. Los elementos son más largos y la rigidez de la unión es menor. Por lo tanto, las diferencias en los resultados pueden ser esperables en algunos elementos de la unión.

Pero siempre tiene algunas opciones que verificar para evitar resultados incorrectos. A partir de la versión 21, es más importante que nunca utilizar la función 'Cargas en equilibrio'. 

A menudo puede querer verificar el modelo de unión creado en la versión anterior en la más reciente. Entonces no debe olvidar establecer los parámetros en la Configuración de código con los nuevos valores predeterminados, para no mezclar peras con manzanas.

Sin embargo, si desea estar 100 % seguro de que su aplicación IDEA StatiCa versión 21.0 funciona con los mejores datos posibles, entonces modele todo el modelo de cálculo en la versión 21 desde cero.

Si está interesado en el trasfondo teórico detrás de las mejoras introducidas en la versión 21, puede encontrar información muy útil y minuciosamente preparada por nuestros especialistas en este artículo de la base de conocimiento.