CBFEM - cómo funciona, cumplimiento normativo, validación y verificación
El CBFEM es un método único para el diseño y la verificación normativa de uniones de acero, elementos y anclajes. Puede utilizarse para la mayoría de las juntas, anclajes y detalles con diversas topologías.
El Método de los Elementos Finitos Basado en Componentes (CBFEM) es:
- Suficientemente general para ser utilizable en la mayoría de las juntas, cimentaciones y detalles en la práctica de la ingeniería.
- Suficientemente simple y rápido en la práctica diaria para proporcionar resultados en un tiempo comparable al de los métodos y herramientas actuales.
- Suficientemente completo para proporcionar a los ingenieros estructurales información clara sobre el comportamiento de la junta, la tensión, la deformación, las reservas de los componentes individuales y sobre la seguridad y fiabilidad global.
La verificación de una junta en un método estándar basado en componentes y en el CBFEM utilizado en IDEA StatiCa Connection se basa en la comprobación de todas las partes de la junta: los componentes. Los componentes pueden ser tornillos, anclajes, soldaduras, placas y hormigón en la cimentación.
El CBFEM divide toda la junta en los componentes separados mencionados anteriormente. A continuación, el modelo de análisis es creado automáticamente por el software a partir de cada componente.
La verificación en sí consta de dos pasos:
- Se calculan las fuerzas en cada componente de la junta
- Cada componente se verifica mediante las ecuaciones de la normativa
Cálculo de fuerzas
El CBFEM implementado en IDEA StatiCa Connection simplifica el comportamiento de cada componente. ¿Cómo?
El modelo consiste en elementos a los que se aplica la carga y operaciones de fabricación (incluidos los elementos de rigidización), que sirven para conectar los elementos entre sí.
El modelo FEM analizado se genera automáticamente. El proyectista no crea el modelo FEM, sino que crea la junta mediante operaciones de fabricación.
Gracias a ello, las fuerzas se calculan sin hipótesis simplificadoras. Y los demás efectos, como la interacción de los componentes, etc., también se calculan.
Además, debido a la consideración de la rigidez real de los componentes, los resultados incluyen la fuerza de palanca. Nada se desprecia.
Verificación y evaluación de resultados
El análisis de resistencia es el análisis más importante de las juntas. Las comprobaciones de deformación de las placas junto con las verificaciones normativas de los componentes se realizan mediante análisis elasto-plástico.
El análisis de juntas es materialmente no lineal. Los incrementos de carga se aplican gradualmente y se busca el estado de tensiones.
Verificación de placas
Las placas se modelan con material elasto-plástico con una pendiente nominal de la meseta de fluencia según EN 1993-1-5, Par. C.6, (2), tan-1 (E/1000).
El comportamiento del material se basa en el criterio de plastificación de von Mises. Se supone que es elástico antes de alcanzar el valor de cálculo del límite elástico fyd.
El criterio del estado límite último para regiones no susceptibles de pandeo es alcanzar el valor límite de la deformación principal de membrana. Se recomienda un valor del 5 % (p. ej., EN 1993-1-5, App. C, Par. C.8, Nota 1).
Partes específicas de los Fundamentos Teóricos para cada una de las normas nacionales admitidas:
- Verificación normativa de placas según EN (Eurocódigo)
- Verificación normativa de placas según AISC (norma americana)
- Verificación normativa de placas según CISC (norma canadiense)
- Verificación normativa de placas según AS (norma australiana)
- Verificación normativa de placas según IS (norma india)
- Verificación normativa de placas según GB (norma china)
- Verificación normativa de placas según HKG (Código de Práctica de Hong Kong)
- Verificación normativa de placas según SP (norma rusa)
Verificación de otros componentes
Las verificaciones se realizan para las fuerzas calculadas mediante las mismas ecuaciones que en la normativa en todos los métodos. Las ecuaciones utilizadas para los tornillos, anclajes, soldaduras y bloque de hormigón se presentan en la aplicación y pueden revisarse exhaustivamente.
Verificación de tornillos
Los tornillos en IDEA StatiCa Connection se verifican según las normas correspondientes. Para más información, lea el artículo Tornillos y uniones atornilladas.
Verificación de soldaduras
También en el caso de las soldaduras, la verificación se realiza según las normas correspondientes.
La información detallada sobre la verificación de soldaduras en la aplicación Connection se puede encontrar en el artículo Soldadura/Soldaduras en IDEA StatiCa.
Verificación del bloque de hormigón
Los principios del cálculo del bloque de hormigón se explican en el artículo Modelo estructural de un bloque de hormigón.
Partes específicas de los Fundamentos Teóricos para cada una de las normas nacionales admitidas:
- Verificación normativa de un bloque de hormigón según EN (Eurocódigo)
- Verificación normativa de un bloque de hormigón según AISC (norma americana)
- Verificación normativa de un bloque de hormigón según CISC (norma canadiense)
- Verificación normativa de un bloque de hormigón según AS (norma australiana)
- Verificación normativa de un bloque de hormigón según IS (norma india)
- Verificación normativa de un bloque de hormigón según GB (norma china)
- Verificación normativa de un bloque de hormigón según HKG (Código de Práctica de Hong Kong)
- Verificación normativa de un bloque de hormigón según SP (norma rusa)
¿Cómo puede el CBFEM cumplir con la normativa y el comportamiento real al mismo tiempo?
El FEA orientado al diseño (CBFEM) está optimizado para ofrecer resultados relevantes para la verificación normativa, cubriendo al mismo tiempo el comportamiento real de la estructura. Al mismo tiempo, considera el margen de seguridad definido por la normativa.
Vea el vídeo y encuentre la respuesta a sus preguntas.
Características clave del análisis CBFEM
¿Ha oído alguna vez los acrónimos MNA o GMNA implementados en el software, pero no está seguro de lo que significan? Las propiedades del análisis, la no linealidad del material o la geometría. ¿Qué recomienda y realiza el CBFEM?
Vea el siguiente vídeo y aprenda sobre los enfoques.
Validación y verificación
Originalmente, dos equipos universitarios dedicaron más de tres años a la verificación y validación del método CBFEM.
Con el tiempo, se han realizado múltiples nuevos estudios de verificación en colaboración con universidades de todo el mundo (EE. UU., Países Bajos, Alemania, Suiza, América del Sur y más).
¿Qué significan exactamente la validación y la verificación? El proceso de validación y verificación confirma que los resultados del software son correctos.
La verificación es una comparación con un método analítico, incorporado con mayor frecuencia en el código de construcción (p. ej., AISC, EN, etc.).
Los métodos analíticos en las normas están lastrados por simplificaciones, y los resultados entre la normativa y el CBFEM para uniones complicadas pueden variar, especialmente en los límites del rango de validez. En ese caso, una comparación del CBFEM con un modelo avanzado validado por experimentos demuestra que el CBFEM es seguro aunque las resistencias sean superiores a las determinadas por la normativa.
La validación es una comparación de un modelo numérico con un experimento.
El modelo numérico es frecuentemente muy avanzado, incluyendo no linealidades materiales y geométricas. La geometría y las propiedades del material son las mismas que las medidas en el experimento. Cuando los resultados —típicamente curvas carga-desplazamiento y tensión-deformación— del modelo numérico son próximos a los del experimento, el modelo numérico queda validado. Las propiedades del material del modelo numérico se cambian entonces a valores nominales, las imperfecciones se incrementan según las tolerancias de fabricación, y pueden realizarse varios estudios de sensibilidad modificando parámetros, p. ej., el espesor de las placas o el límite elástico del material.
Finalmente, los resultados del modelo numérico se comparan con los del CBFEM. Los resultados no necesitan coincidir perfectamente, pero deben ser seguros y las diferencias deben estar dentro de un rango aceptable.
Los ejemplos de verificación y validación más importantes fueron publicados en el libro "Diseño de uniones de acero mediante el método de los elementos finitos basado en componentes."
En nuestro Centro de Soporte, puede encontrar numerosos estudios de verificación así como comparaciones con ensayos de laboratorio. Encuéntrelos mediante el enlace a continuación.