Base de conocimiento

Mejoras del modelo de análisis en IDEA StatiCa versión 21.0

Steel

Connection

Member

AISC (USA)

CBFEM

EN (Eurocode)

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Traducido por IA del inglés

Para IDEA StatiCa Connection y Member, el modelo se mejoró mediante la inserción de un elemento condensado en los extremos de los muñones de los elementos. El elemento condensado simula el comportamiento elástico de la parte del elemento. Los muñones de los elementos simulados mediante elementos de lámina pueden ser ahora más cortos, lo que conduce a un menor tiempo de cálculo.

El modelo de la unión se mejora considerablemente mediante la inserción del elemento condensado. Este elemento se añade detrás del extremo del elemento y tiene las mismas propiedades que el modelo elástico de lámina del elemento. Es solo un elemento pero permite que cualquier deformación elástica y tensión se desarrolle en los extremos del elemento. Debido a esto, la parte del elemento formada por elementos de lámina puede ser más corta y aun así mejorar el comportamiento del modelo. La longitud predeterminada de las secciones abiertas y huecas modeladas por elementos de lámina se reduce a 1,25 × la mayor de las dimensiones exteriores de la sección transversal. La longitud del elemento condensado es 4 × la mayor de las dimensiones exteriores de la sección transversal (el superelemento no es visible para el usuario final). La única diferencia es para los análisis lineales de pandeo y rigidez, donde la longitud del elemento condensado es 0,5 × la mayor de las dimensiones exteriores de la sección transversal. La razón es mantener las formas de los modos de pandeo en las placas internas de la unión en lugar de en los elementos.

Los principales beneficios de este cambio son:

Tiempos de cálculo un 30 % más rápidos (en promedio en un gran número de proyectos)
Visualización más rápida de resultados
Modelado más preciso de uniones de secciones huecas

Este cambio se realizó originalmente para mejorar el análisis de uniones de secciones huecas, pero los beneficios son aplicables a todos los modelos.

¿Cuáles son las principales consecuencias? Algunos resultados cambian entre versiones; no obstante, IDEA StatiCa ejecuta un gran número de pruebas automatizadas. En la gran mayoría, la diferencia en los resultados fue inferior al 1 %. Sin embargo, en algunos casos, las diferencias son mayores. Estos casos son:

La sección transversal se deforma en el extremo del modelo de lámina

Este efecto fue la razón principal por la que se realizó el cambio. La sección transversal puede ahora deformarse en los extremos del modelo formado por elementos de lámina. Las juntas de secciones huecas requieren elementos relativamente largos, de hasta 10 veces el diámetro de la sección transversal. De lo contrario, las condiciones de contorno pueden afectar a la resistencia de carga de la junta. Al introducir el elemento condensado detrás de la parte del modelo formada por elementos de lámina, el cálculo es mucho más rápido con la misma precisión.

Tenga en cuenta que el elemento condensado solo tiene propiedades elásticas. Las deformaciones plásticas no deben alcanzar los extremos del elemento. De lo contrario, pueden afectar a la resistencia de la unión.

Los muñones de elementos más cortos no fluyen en los extremos

Este es un problema con, por ejemplo, ménsulas de columna cargadas fuertemente a cortante por una fuerza muy próxima a la unión. Al tener elementos más cortos, el momento flector en el extremo del elemento se reduce.

Si el muñón del elemento sigue fallando a flexión, la solución alternativa es modelar el elemento mediante el elemento rigidizador y utilizar un elemento ficticio para aplicar la fuerza cortante.

Torsión

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. Ahora, el elemento condensado desplaza las restricciones más lejos y el elemento es capaz de deformarse. Esto resulta en un mayor bimomento (momento de alabeo) en la unión.

Este suele ser el caso de una junta unilateral de la viga secundaria a la viga principal. Tenga en cuenta que el diseño del elemento debe realizarse en otro lugar y también que el bimomento causado por el alabeo es muy frecuentemente ignorado por los paquetes de software, pero debe tenerse en cuenta. La resistencia al alabeo de los elementos de sección abierta es sorprendentemente baja.

Carga simplificada / Cargas en equilibrio

Al utilizar la carga simplificada y el elemento continuo se selecciona como portante, los esfuerzos internos son diferentes porque las longitudes de los elementos cambiaron de 1,5 × h a (1,25 + 4) × h.

Los esfuerzos internos son diferentes
El panel del alma del pilar a cortante está más cargado. No obstante, la opción de cargas en equilibrio es necesaria para capturar correctamente el comportamiento del elemento continuo.

Se recomienda siempre el uso de Cargas en equilibrio.

Resistencia a flexión de lámina reducida para secciones huecas

Las resistencias de carga de las juntas de secciones huecas en las normativas se determinan mediante el Método del Modo de Fallo que utiliza modelos de ajuste de curvas determinados a partir de experimentos y modelos numéricos avanzados. Este método de diseño está implementado en todas las normativas. En la actualidad, el estado del arte más reciente se encuentra en un borrador de la prEN 1993-1-8:2022. La estructura real contiene imperfecciones iniciales y tensiones residuales, que no son capturadas por los modelos de lámina en IDEA StatiCa Connection. Para lograr una mayor conformidad con los resultados de las normativas, la influencia de las tensiones residuales y las imperfecciones iniciales se introdujo en los modelos de IDEA StatiCa reduciendo la resistencia a flexión de las láminas de secciones huecas con una relación D/(2t) elevada. Esto permite reducir la resistencia de los modos de fallo de las juntas pero mantener la resistencia normal y a flexión de los elementos de sección hueca. La reducción en la resistencia plástica de los elementos de lámina depende del factor \(\gamma = \frac{D_0}{2t_0}\):

Estos cambios combinados nos permitieron lograr una buena concordancia con los resultados del Método del Modo de Fallo (FMM) contenido en las normativas de diseño. La conformidad entre IDEA StatiCa Connection y el FMM se muestra en las siguientes figuras.

Secciones huecas circulares

Junta T, fuerza normal, ángulo \(\theta = 90 ^\circ\)

Junta T, momento flector en el plano, ángulo \(\theta = 90 ^\circ\)

Junta T, momento flector fuera del plano, ángulo \(\theta = 90 ^\circ\)

Junta Y, fuerza normal, ángulo \(\theta = 60 ^\circ\)

Junta Y, momento flector en el plano, ángulo \(\theta = 60 ^\circ\)

Junta Y, momento flector fuera del plano, ángulo \(\theta = 60 ^\circ\)

Junta X, fuerza normal, ángulo \(\theta = 90 ^\circ\)

Junta X, fuerza normal, ángulo \(\theta = 60 ^\circ\)

Junta X, fuerza normal, ángulo \(\theta = 30 ^\circ\)

Junta K, fuerza normal, ángulo \(\theta = 45 ^\circ\)

Secciones huecas cuadradas

Junta T, fuerza normal, ángulo \(\theta = 90 ^\circ\)

Tenga en cuenta que la reducción de la resistencia debida a la carga en el cordón no se tiene en cuenta en el modelo FFM. Esa es la explicación de la diferencia en los resultados.

Junta T, momento flector en el plano, ángulo \(\theta = 90 ^\circ\)

Junta T, momento flector fuera del plano, ángulo \(\theta = 90 ^\circ\)

Junta Y, fuerza normal, ángulo \(\theta = 60 ^\circ\)

Tenga en cuenta que la reducción de la resistencia debida a la carga en el cordón no se tiene en cuenta en el modelo FFM. Esa es la explicación de la diferencia en los resultados.

Junta Y, fuerza normal, ángulo \(\theta = 30 ^\circ\)

Tenga en cuenta que la reducción de la resistencia debida a la carga en el cordón no se tiene en cuenta en el modelo FFM. Esa es la explicación de la diferencia en los resultados.