Rigidizador del alma del pilar

Descripción

El objetivo de este estudio es la verificación del método de los elementos finitos basado en componentes (CBFEM) de un rigidizador del alma del pilar de clase 4 en una unión viga-pilar con un modelo FEA de investigación (RFEM) creado en el software Dlubal RFEM y el método de componentes (CM).

Modelo FEA de investigación

El modelo FEA de investigación (RFEM) se utiliza para verificar el modelo CBFEM. En el modelo numérico se aplican elementos de lámina cuadriláteros de 4 nodos con nodos en sus esquinas. Se aplica un análisis geométrica y materialmente no lineal con imperfecciones (GMNIA). Las imperfecciones geométricas equivalentes se derivan del primer modo de pandeo, y la amplitud se establece según el Anexo C de EN 1993-1-5:2006. El modelo numérico se muestra en la Fig. 6.3.1.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.1 Research FEA model of a beam-to-column joint with slender column web stiffener}}}$$

CBFEM

El procedimiento de cálculo para placas esbeltas se describe en la sección 3.10. El análisis lineal de pandeo está implementado en el software. El cálculo de las resistencias de cálculo se realiza según el procedimiento de cálculo. F_CBFEM es interpolado por el usuario hasta que ρ ∙ α_ult,k/γ_M1 es igual a 1. Se estudia una unión viga-pilar con un rigidizador del alma del pilar esbelto. Se utiliza la misma sección transversal para la viga y el pilar. El espesor del rigidizador del alma del pilar varía. La geometría de los ejemplos se describe en la Tab. 6.3.1. La unión está cargada por momento flector.

Tab. 6.3.1 Resumen de ejemplos

Comportamiento global y verificación

El comportamiento global de una unión viga-pilar con un rigidizador del alma del pilar esbelto de 3 mm de espesor descrito por el diagrama momento-rotación en el modelo CBFEM se muestra en la Fig. 6.3.2. La atención se centra en las características principales: resistencia de cálculo y carga crítica. El diagrama se completa con un punto donde comienza la plastificación y la resistencia con un 5 % de deformación plástica.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.2 Moment-rotation curve of example t3}}}$$

Verificación de la resistencia

La resistencia de cálculo calculada por el software CBFEM Idea StatiCa se compara con RFEM. La comparación se centra en la resistencia de cálculo y la carga crítica. Los resultados se ordenan en la Tab. 6.3.2. El diagrama de la Fig. 6.3.3 c) muestra la influencia del espesor del rigidizador del alma del pilar sobre las resistencias y las cargas críticas en los ejemplos examinados.

Tab. 6.3.2 Resistencias de cálculo y cargas críticas de RFEM y CBFEM

Los resultados muestran una muy buena concordancia en la carga crítica y la resistencia de cálculo. El modelo CBFEM de la unión con rigidizador del alma de 3 mm de espesor se muestra en la Fig. 6.3.3a. El primer modo de pandeo de la unión se muestra en la Fig. 6.3.3b.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{a)}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{b)}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{c)}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.3 a) Geometrical model b) First buckling mode c) Influence of stiffener's thickness on resistances and critical loads}}}$$

Los estudios de verificación confirmaron la precisión del modelo CBFEM para la predicción del comportamiento del rigidizador del alma del pilar. Los resultados del CBFEM se comparan con los resultados del RFEM. Todos los procedimientos predicen un comportamiento global similar de la unión. La diferencia en la resistencia de cálculo es en todos los casos inferior al 10%.

Ejemplo de referencia

Datos de entrada

Viga

• Acero S235
• Espesor del ala t_f = 20 mm
• Ancho del ala b_f = 400 mm
• Espesor del alma t_w = 12 mm
• Altura del alma h_w = 600 mm

Pilar

• Acero S235
• Espesor del ala t_f = 20 mm
• Ancho del ala b_f = 400 mm
• Espesor del alma t_w = 12 mm
• Altura del alma h_w = 560 mm
• Altura de la sección h = 600 mm

Rigidizador del alma del pilar superior

• Acero S235
• Espesor del rigidizador t_w = 20 mm
• Ancho del rigidizador h_w = 400 mm

Rigidizador del alma del pilar inferior

• Acero S235
• Espesor del rigidizador t_w = 3 mm
• Ancho del rigidizador h_w = 400 mm

Configuración del código – Modelo y malla

• Número de elementos en el alma o ala del elemento más grande 24

Resultados

• Resistencia plástica CBFEM = 589 kNm
• Resistencia de cálculo al pandeo CBFEM (kNm) = 309 kNm
• Factor crítico de pandeo (para resistencia de cálculo al pandeo = 309 kNm) α_cr = 0,97
• Factor de carga con un 5 % de deformación plástica α_ult,k = Resistencia plástica CBFEM / Resistencia de cálculo al pandeo CBFEM = 589/309 = 1,91