Diseño estructural y verificación normativa de un pórtico de acero (EN)
1 Nuevo proyecto
Comience lanzando IDEA StatiCa y seleccione la aplicación Member (descargue la versión más reciente).
Cree un nuevo proyecto, escriba su nombre y seleccione una carpeta donde se guardará. A continuación, elija el código de diseño, las propiedades del material de partida y el tipo de topología. Añada las coordenadas de los nodos del detalle estructural y agregue los elementos dentro de estos nodos. Finalmente, haga clic en Crear proyecto y comience a modelar el detalle estructural.
2 Elementos analizados
Aquí puede ver y cambiar los parámetros de los elementos añadidos para el análisis. Cambie la sección transversal de la columna AM1 a HEB260.
3 Elementos relacionados
Para añadir elementos relacionados, que actúan como apoyos y partes de transferencia de carga para el detalle estructural, haga clic en el cubo de nodo en la escena 3D o seleccione el CON# en la lista de árbol. Aquí puede añadir elementos relacionados terminados o continuos haciendo clic en las direcciones de los ejes X, Y, Z según el sistema de coordenadas global. Añada 2 elementos terminados en la dirección Y.
A continuación, seleccione el elemento relacionado RM4 en la escena 3D o en la lista de árbol y modifique sus propiedades como la sección transversal, la longitud, la orientación y los apoyos en los extremos libres.
Y modifique el elemento relacionado RM5 en consecuencia.
4 Cargas
En el menú Cargas, puede añadir y modificar efectos de carga. Un efecto de carga representa un grupo al que puede añadir una o más cargas distribuidas en cualquier elemento analizado o relacionado. Alternativamente, dentro de un efecto de carga, puede introducir fuerzas internas nodales en los extremos de los elementos.
Se ha generado automáticamente un efecto de carga que contiene un conjunto de cargas lineales para todos los elementos. Elimine 2 de ellos haciendo clic con el botón izquierdo del ratón en cada fila de la pestaña y seleccionando Eliminar o haciendo clic en el icono de la cinta.
A continuación, asigne una carga distribuida al elemento AM2 y modifique su magnitud a -300 kN/m y el ancho a 300mm para que coincida con la viga.
5 Uniones
A continuación, puede diseñar las juntas. Seleccione un cubo de nodo en la escena 3D o seleccione un CON# en la lista de árbol y haga clic en Editar unión.
Comience con la junta CON1 en la base de la columna izquierda. Se abre el módulo de aplicación IDEA StatiCa Connection y puede diseñar la junta seleccionando una de las plantillas predefinidas.
En este caso, haga clic en el botón Proponer en la cinta y seleccione la primera plantilla paramétrica.
Después, configure los parámetros según la imagen a continuación y cierre la aplicación Connection.
A continuación, elija la junta CON2 y haga clic en 'Editar unión' dentro del módulo IDEA StatiCa Connection.
Basándose en las capturas de pantalla a continuación, defina la unión. En primer lugar, añada la operación Corte.
Luego seleccione Placa de testa.
Defina los Angulares de unión.
Añada Ensanchador.
Defina los Rigidizadores.
En consecuencia, su unión debería tener el aspecto que se muestra en la siguiente imagen.
Continúe editando la junta CON3.
Aquí, añada solo una operación Corte y establezca el método de corte en Corte en inglete para crear una unión rígida.
Por último, edite la junta CON4. Aunque el software nos ofrece simplemente replicar el mismo diseño que para CON1, editaremos la unión para crear una diferente.
Añada la operación Placa base y modifique los parámetros según la siguiente imagen.
Añada Ensanchadores a todas las partes.
6 Verificación
Procedamos a la pestaña Verificación y realicemos el análisis. El análisis en IDEA StatiCa Member se calcula en tres pasos utilizando la tecnología CBFEM. Primero, analice el MNA (análisis no lineal material) para verificar la capacidad estructural, luego calcule el LBA (análisis de bifurcación lineal) para investigar la estabilidad estructural y finalmente introduzca las imperfecciones iniciales en las formas de pandeo apropiadas y calcule el GMNIA (análisis no lineal geométrico y material).
En primer lugar, para este proyecto complejo en particular, debe aumentar el Número de iteraciones de análisis a 40 y el Recuento de iteraciones divergentes a 10 en la Configuración del código para proporcionar suficiente capacidad computacional para el cálculo.
Y luego seleccione el análisis MNA y pulse Calcular.
Se muestran los resultados del análisis MNA y puede comprobar el estado de cada parte estructural así como los resultados en la ventana 3D, por ejemplo, la distribución de deformaciones en la parte analizada de la estructura.
A continuación, cambie al análisis LBA y repita el Cálculo.
Puede leer los factores de forma de pandeo en la pestaña y ver la primera forma de pandeo 1.
Puede explorar la visualización de las otras formas de pandeo seleccionándolas en la pestaña, por ejemplo, la forma de pandeo 6.
Dado que al menos uno de los factores de forma de pandeo es inferior a 15, cambie al GMNIA para realizar el análisis no lineal de la estabilidad estructural. Según EN 1993-1-1, elija la forma de pandeo más crítica o una combinación de formas de pandeo e introduzca la imperfección inicial de la viga crítica. En este caso, elija la primera forma de pandeo 1 como la más crítica. Cambie a la pestaña GMNIA en el panel derecho y determine la imperfección de 9 mm (0,5xL/300 = 0,5*5400/300 = 9 mm), que introduce como la Amplitud en la columna 1.
A continuación, haga clic de nuevo en el botón Calcular. En este caso, el análisis puede tardar varios minutos.
Al explorar los resultados, puede observar que las cargas aplicadas del GMNIA no han alcanzado el 100%, lo que significa que bajo las cargas dadas, la estructura pierde estabilidad. Para superar las verificaciones de estabilidad, es necesario reforzar el pórtico.
7 Operaciones
Vuelva a la pestaña Diseño y en el menú de árbol, navegue hasta Operaciones, haga clic con el botón derecho en AM2, y añada rigidizadores transversales para reforzar la esquina del pórtico más solicitada y reducir los efectos de pandeo.
En la operación STIFF T1, establezca el espesor en 20mm y la posición X en 5200 mm como se muestra en la siguiente imagen.
A continuación, modifique los parámetros del rigidizador y añada otro rigidizador transversal a la misma viga AM2 y otro a la columna AM3 y colóquelos en la posición correcta.
Copie la operación STIFF T1 y establezca las nuevas propiedades según la imagen a continuación.
Cree una nueva operación de rigidización para AM3 y establezca las propiedades como se muestra en la siguiente imagen.
Ahora vuelva a la pestaña Verificación y repita el cálculo en tres pasos - MNA, LBA, GMNIA. El pórtico diseñado superó las verificaciones normativas de estabilidad con las imperfecciones iniciales aplicadas, y puede explorar los resultados como la distribución de deformaciones y el diagrama de fuerzas internas.
8 Informe
Por último, vaya a la pestaña Informe. IDEA StatiCa ofrece un informe totalmente personalizable para imprimir o guardar en un formato editable.
Ha diseñado, optimizado y realizado la verificación normativa de un pórtico de acero como detalle estructural según el Eurocódigo (EN).