Anclajes de celosía - consejos y trucos
Sobre las estructuras de celosía
El modelo global está construido predominantemente a partir de elementos de celosía que cubren únicamente tracción/compresión. Esto significa que la flexión y el cortante en los elementos están completamente suprimidos. Desde una perspectiva del Método de los Elementos Finitos, la matriz de rigidez está dominada por términos axiales, eliminando los grados de libertad (GDL) de flexión y cortante.
- Convertir la flexión en fuerzas axiales
- Maximizar la utilización del material
- Proporcionar caminos de carga claros
- Permitir grandes luces
- Simplificar la evaluación de estabilidad
Modelo global
El sistema de celosía en voladizo está fijado a la columna de hormigón prefabricado. La estructura de celosía está acoplada con una viga mediante un par de uniones articuladas. Todas las fuerzas se transfieren a través de anclajes en tracción y cortante, y el hormigón bajo compresión.
01) Modelo global de celosía y camino de carga claro
Checkbot
Este tipo de estructuras se importan en Checkbot con nodos pareados o múltiples que, por su naturaleza, no pueden exportarse a IDEA StatiCa Connection en un conjunto. En el primer paso, se eliminará el nodo del cordón superior. El elemento del cordón superior no estará relacionado con ningún nodo existente y debe conectarse al nodo del cordón inferior, que fusiona los elementos diagonales y del cordón inferior. Una vez completado el proceso, todos los elementos quedarán unificados bajo un nodo principal. Esto abre el camino para controlar de manera más efectiva más elementos con el conjunto de desplazamiento.
02) Modelo de Checkbot + fusión de elementos en un nodo
IDEA StatiCa Connection
El modelo construido comprende una secuencia de perfiles doble L. Los cordones superior e inferior de la celosía están conectados a la columna prefabricada mediante placas de arandela hormigonadas in situ, complementadas por una placa base y una placa de unión pre-soldada para facilitar el montaje eficiente en la obra.
03) Descripción del modelo de anclaje diseñado
En el análisis global, generalmente se asume que las fuerzas axiales actúan a través del centroide de la sección transversal. Sin embargo, si el grupo de tornillos en la unión real no está alineado con el centro de gravedad de la sección, se introduce una excentricidad. Esta excentricidad genera momentos flectores secundarios en los elementos conectados.
Estos efectos no se capturan en un modelo FEA global estándar a menos que la geometría de la unión y la introducción de cargas se modelen explícitamente. En la práctica, el momento adicional derivado de la excentricidad de la fuerza axial se manifiesta como un aumento de la tensión de flexión, que posteriormente contribuye a la evaluación final de la tensión de von Mises en la verificación normativa detallada de la unión.
Para la configuración de celosía investigada, la restricción N–Vy–Vz proporciona una representación más realista de la transferencia de fuerzas. Esta afirmación no pretende ser una recomendación universal para todos los sistemas de celosía, sino una conclusión específica para esta disposición estructural.
Estas restricciones suprimen la deformación rotacional en la junta, resultando en momentos de reacción residuales. Además, la diagonal vertical restringe la flexión del cordón, reforzando la suposición de que la restricción N–Vy–Vz refleja mejor el comportamiento real de la unión en este caso.
Desde la perspectiva de la mecánica de la unión, esta condición de contorno se considera por tanto más cercana a la realidad física.
04) Cordones y diagonales restringidos
El modelo de alambre ilustra las trayectorias de las cargas y las líneas de centro de gravedad para cada sección.
05) Modelo de alambre y camino de carga claro
La forma deformada y las visualizaciones de tensiones proporcionan información y una verificación de coherencia sobre si las cargas se aplican correctamente. La tracción en el cordón superior y la compresión en el cordón inferior indican que el modelo sustituto funciona bien.
06) Verificaciones normativas y forma deformada
La interacción de fuerzas no se tiene en cuenta en el bloque de hormigón debido a las hipótesis simplificadas que son válidas para el medio de hormigón en la aplicación Connection. La utilización es solo del 38%, y la verificación del anclaje falla. ¿Por qué ocurre esto?
FYI:
Los grupos de anclajes en placas base separadas interactúan entre sí en un bloque de hormigón. Esto está fuera del alcance de las normas de diseño de anclajes. El arrancamiento del hormigón en tracción y el arranque por palanca del hormigón no se verifican. El fallo del hormigón en borde no se verifica. (CEB-FIB: Bulletin 58 - Design of anchorages in concrete (2011) – Chapter 1.2: Figure 1.2-8 and Figure 1.2-9) .
Esto dirige al usuario a la verificación normativa de IDEA StatiCa 3D Detail, ya que la normativa es insuficiente para la configuración mencionada.
07) ¿Por qué falla en los anclajes?
El pandeo siempre debe verificarse cuando se examina la unión. La forma modal y el factor de pandeo se proporcionan como indicadores del margen de seguridad, y se puede identificar el modo con mayor probabilidad de volverse inestable primero.
Esto se relaciona con el análisis lineal de pandeo, en el que el contacto entre la placa de unión y las paredes de las secciones doble L se abre.
Contacto abierto (holgura):
Si las placas están separadas en el estado de equilibrio:
- El contacto está inactivo
- No se añade ninguna contribución de rigidez
- Las superficies se mueven de forma independiente en el modo de pandeo
Consecuencias en las uniones de acero prácticas:
En muchas uniones de acero:
- placas de unión
- angulares
- agujeros para tornillos
- arandelas
Los contactos solo están parcialmente activos en el estado de equilibrio.
Por lo tanto, en el LBA:
- Solo las zonas actualmente comprimidas contribuyen a la rigidez
- Los contactos futuros potenciales se ignoran
Esto puede llevar a:
- penetración local en los modos propios
- modos de pandeo excesivamente flexibles
- patrones de deformación no realistas.
Esto no es un error — es una limitación fundamental del pandeo por valores propios con contacto.
08) Modos de pandeo lineal y factor crítico
IDEA StatiCa 3D Detail
Para cerrar el ciclo de diseño y lograr una solución satisfactoria para todos los componentes — incluida la columna de hormigón prefabricado — es esencial tener en cuenta la disposición de armadura existente y evaluar el sistema considerando la interacción entre los anclajes y las barras de armadura.
El mecanismo de transferencia de carga no termina en la placa base. Las fuerzas de los anclajes deben redistribuirse en el elemento de hormigón armado mediante adherencia, confinamiento y acción de biela-y-tirante. Por lo tanto, la armadura debe incluirse explícitamente en el modelo de verificación.
Utilizando el enlace BIM de IDEA StatiCa Connection, la transferencia de datos es sencilla y eficiente. La siguiente información puede importarse directamente:
- Geometría de la columna de hormigón
- Configuración de la placa base y los anclajes
- Fuerzas resultantes en anclajes y soldaduras
Esto acelera significativamente el camino hacia la verificación normativa final.
Sin embargo, para obtener una evaluación físicamente coherente, los componentes obligatorios — en particular la disposición de armadura y las condiciones de contorno realistas — deben definirse en el modelo 3D Detail (CSFM). Solo entonces puede evaluarse correctamente el comportamiento compuesto del hormigón y la armadura, y los modos de fallo frágil (p. ej., arrancamiento del hormigón) pueden evaluarse en el contexto de un sistema armado.
El sistema de campo vectorial de fuerzas predefinido, derivado de la aplicación Connection, garantiza la redistribución significativa de las tensiones bajo la placa base.
09) Armaduras, condiciones de contorno + distribución de fuerzas
Es necesario realizar una verificación de coherencia e inspección visual para asegurarse de que el modelo se comporta como se espera. El flujo de tensiones de compresión exhibe el comportamiento esperado, y la tensión en la armadura garantiza la seguridad del diseño.
10) Verificación resumen, flujo de tensiones
La forma deformada debe ser el primer resultado, utilizado para verificar la corrección de las condiciones de contorno. La forma deformada describe el comportamiento anticipado.
11) Estado tensional de los anclajes, forma deformada
Conclusión y puntos clave
Modelo de celosía = idealización axial
Eficiente para el flujo global de fuerzas (solo tracción/compresión), pero los efectos de flexión y cortante están suprimidos y deben abordarse a nivel de la unión.
La hipótesis centroidal es crítica
La desalineación entre el grupo de tornillos y el centro de gravedad de la sección introduce flexión secundaria no capturada en el FEA global. Esto debe verificarse en un diseño detallado de la unión.
Las condiciones de contorno determinan la realidad
Para este caso, la restricción N–Vy–Vz refleja mejor el comportamiento de la junta. La restricción rotacional y la acción diagonal influyen significativamente en la respuesta del cordón.
Las verificaciones de anclajes en hormigón en masa son conservadoras
Las hipótesis normativas simplificadas pueden indicar fallo. La capacidad real depende de la interacción con la armadura y la redistribución de fuerzas en el elemento de hormigón.
La armadura cierra el ciclo
El camino de carga continúa más allá de la placa base. Solo un modelo 3D Detail (CSFM) con armadura y condiciones de contorno realistas captura el comportamiento compuesto y previene los modos de fallo frágil.
Verificar siempre la forma deformada
Si la deformación coincide con la intuición estructural, el modelo probablemente refleja el comportamiento físico.