Fuerza de palanca y alta fuerza de tracción en los pernos
¿Por qué la fuerza de tracción en un perno es mayor de lo esperado por un cálculo manual? ¿Por qué hay fuerzas de tracción en los pernos en una unión con placa de aleta? ¿Por qué las fuerzas de tracción en los pernos son a veces diferentes para cada grado de perno?
La respuesta común es el modelo CBFEM utilizado en las aplicaciones de IDEA StatiCa. La deformación de las placas y otras partes se calcula como parte del análisis de elementos finitos, y por ello las fuerzas de palanca entran en acción. Las fuerzas de palanca son las cargas adicionales que también se introducen en los pernos. Lea más sobre las fuerzas de palanca en una entrada de blog dedicada.
Como resultado de las fuerzas de palanca, las fuerzas de tracción resultantes en los pernos pueden variar mucho dependiendo del diseño de la unión, la resistencia de las partes de la unión y los efectos de carga aplicados.
Fuerzas de tracción en los pernos de una unión con placa de aleta
En la mayoría de los casos, las placas de aleta utilizan una sola placa para conectar el elemento. La consecuencia de esto es que aplicamos una pequeña excentricidad a la unión. Esta excentricidad causará fuerzas de palanca adicionales en las placas, lo que induce tracción en los pernos.
Si se utiliza una placa de aleta de doble cara y la unión es simétrica, las únicas fuerzas de tracción en los pernos aparecen debido a la deformación de las placas de aleta, ya que con las deformaciones se produce una excentricidad adicional.
Mayores fuerzas de tracción en los pernos de una unión con placa de testa
Cuanto más delgada es la placa de testa, mayor es la deformación bajo los efectos de carga dados. Esto añade la acción de palanca y se aplican fuerzas de tracción adicionales a los pernos. Si la placa de testa es gruesa y, por tanto, suficientemente rígida, las fuerzas de palanca se eliminan. Vea este efecto demostrado en un ejemplo sencillo:
a) Placa de testa - espesor 10 mm, fuerza de tracción aplicada 200 kN
Fuerza de tracción resultante en 4 pernos: 61,5 x 4 = 246 kN
b) Placa de testa - espesor 40 mm, fuerza de tracción aplicada 200 kN
Fuerza de tracción resultante en 4 pernos: 49,9 x 4 = 200 kN
Diferentes fuerzas de tracción en los pernos según el grado del perno
Cada grado de perno tiene un diagrama de trabajo diferente y diferentes valores de límite elástico. En una unión con placa de testa de dos vigas cargadas por un momento flector, se demuestra la comparación de tres grados de perno diferentes (8.8, 10.9 y 5.6) de un perno M20.
Para efectos de carga relativamente bajos, las fuerzas de tracción resultantes en los pernos por cada grado muestran valores similares.
Pero para efectos de carga que resultan en una alta utilización de los pernos (y plastificación en los pernos), la fuerza de tracción varía dependiendo del grado del perno. Cuanto mayor es el grado del perno, mayor es la fuerza de tracción resultante.
Para más información, consulte los antecedentes teóricos y la grabación en vídeo.