Análisis de pandeo lineal para el diseño de uniones de acero

Durante este seminario web, utilizaremos modelos de uniones de IDEA StatiCa para explicar cómo usar el análisis de pandeo lineal durante su proceso de diseño. 

Los factores de carga de pandeo y las formas de modo de pandeo asociadas se derivan del análisis de pandeo lineal (a veces denominado análisis de pandeo por valores propios o pandeo de Euler). Este análisis es matemáticamente similar a un análisis modal. Sin embargo, no proporciona tensiones ni desplazamientos. Los modos de pandeo indican la forma de la estructura cuando pandea, ya que el pandeo es un estado de colapso, no una deformación. 

A partir de los resultados del análisis de pandeo lineal, le ayudaremos a identificar dónde se predice el pandeo y cuán grave es. 

El proyectista necesita criterio de ingeniería, e IDEA StatiCa proporciona resultados numéricos para que el usuario pueda tomar decisiones de diseño informadas. 

Los participantes que asistan al seminario web en directo recibirán un certificado de asistencia.

Diapositivas de la presentación

Encuentre el vídeo del seminario web al final del resumen del seminario web. 

Estados límite de pandeo para el diseño de uniones en AISC

El método de diseño tradicional utiliza ecuaciones matemáticas para calcular la resistencia de los elementos y sistemas estructurales. Aunque se han desarrollado ecuaciones precisas para la mayoría de las condiciones comunes, solo se dispone de ecuaciones empíricas o semiempíricas para algunos elementos de unión. No existe orientación de diseño para muchas situaciones que se encuentran en la práctica del diseño. En estos casos, se utilizan típicamente modelos simplificados para caracterizar el comportamiento de los elementos de unión. 

El capítulo J4 de la especificación de edificios AISC y el capítulo 9 del manual AISC proporcionan fórmulas para el diseño de placas y elementos que forman parte de las uniones.

En el capítulo J4 de AISC 360, las placas se clasifican por la relación de esbeltez, que discutiremos más adelante en este seminario web.

Análisis de pandeo lineal en IDEA StatiCa

IDEA StatiCa Connection puede realizar análisis de pandeo lineal de un modelo de junta. Los resultados se predicen en modos de pandeo. Para cada modo de pandeo se calcula la carga crítica a la que se produce el pandeo del modelo perfecto. La carga crítica se presenta mediante multiplicadores de la carga que actúa sobre la junta. El usuario puede determinar el diseño seguro frente al pandeo según el modo de pandeo y el multiplicador de carga crítica.

Formas de modo de pandeo

Las formas de modo de pandeo muestran los resultados del análisis elástico lineal por valores propios. Son vectores normalizados de modo que el desplazamiento máximo tiene una magnitud de 1 y no representa magnitudes reales de deformación en cargas críticas. Muestran la forma de pandeo predicha del modo propio y el punto crítico, y a partir de ahí se determina si se trata de un problema global o local en la unión.

Por defecto, se muestran seis formas de modo de pandeo, pero se pueden calcular más estableciendo el valor en la configuración de código. Para ver más formas, haga clic en las formas de la tabla.

¿Pandeo global o local?

En primer lugar, es necesario identificar el tipo de pandeo en las placas para evaluar si la unión fallará. Existen dos categorías principales: global y local.

La selección de la categoría depende de dónde se encuentra el punto rojo en las diferentes formas de modo; la primera forma de modo es siempre la más crítica. 

Factores límite de pandeo recomendados

Hemos definido factores límite para ayudar a los usuarios a tomar decisiones de diseño utilizando el análisis de pandeo lineal de IDEA StatiCa. Tomamos el estado límite de AISC del J4, utilizamos la relación de esbeltez límite y, a partir de ahí, obtuvimos los factores límite de pandeo crítico. Con esa relación de esbeltez, evitamos casos en los que el pandeo inelástico podría ser determinante.

La relación de esbeltez es igual a 25, por lo que la usamos en la fórmula de tensión crítica elástica. Obtenemos un valor de 458 ksi. Para el acero A36, la relación nos da un factor límite de 12,7. Así es como se determinaron los factores límite globales.

Utilizamos la relación anchura-espesor límite λr de AISC 360, Tabla B4.1a para los factores locales del elemento. Bo Doswell colaboró con nosotros para evaluar placas de ménsula de conexión. Esta investigación tenía como objetivo desarrollar directrices de diseño prácticas para la resistencia al pandeo de placas de ménsula que puedan implementarse con LBA. 

Se ha evaluado un límite de relación de carga de pandeo crítico de 3 para rigidizadores de apoyo (informe próximamente), vigas con entalladura, y uniones de viga sobre columna.

Las placas de unión se han identificado en la categoría de pandeo global; sin embargo, su estabilidad depende de cuántos bordes están restringidos.

El proceso de diseño en IDEA StatiCa, incluyendo el análisis de pandeo

1. Diseñar la unión: Ejecutar el análisis tensión-deformación regular y verificar que se cumplen todas las verificaciones normativas
2. Ejecutar el análisis de pandeo: Ir a la pestaña Verificación > Calcular > Pandeo
3. Analizar resultados y decidir: Revisar las formas de modo y los factores de carga de pandeo. Comparar con los factores recomendados. ¿Factor superior al recomendado? El diseño es correcto
4. Reiterar hasta que el pandeo sea correcto: Use su criterio de ingeniería para decidir la solución si los elementos de unión están por debajo de los factores recomendados. 

¿Qué hacer si el factor de pandeo está por debajo de los factores límite recomendados?

• ¡Use su criterio de ingeniería!
• Si es un problema de pandeo global (pandeo que ocurre en uno de los elementos de unión), rigidice la unión.
• Si es un problema local de placas del elemento, revise el diseño del elemento (aplicación IDEA StatiCa Member)
• Pandeo local en elementos de sección delgada/hueca, probablemente se requiere un análisis de pandeo no lineal (aplicación IDEA StatiCa Member)

Modelos de ejemplo

Vea la siguiente imagen para ver el primer modo de cada junta:

Dependiendo de dónde se encuentre la forma de pandeo crítica, la selección de los factores límite de pandeo recomendados:

Resumen

• La unión de IDEA StatiCa utiliza el análisis de pandeo lineal para proporcionar únicamente un factor de pandeo y se proporcionan factores límite recomendados
• Los factores límite recomendados garantizan el diseño no esbelto de las placas de unión
• El análisis de pandeo en IDEA StatiCa es una herramienta
• No proporciona un resultado de aprobado/reprobado
• Use su criterio y experiencia de ingeniería para decidir la solución de diseño
• Antes de ejecutar el análisis, asegúrese de que las cargas y el diseño de la unión son correctos