Uniones metálicas con elementos de contacto y shell no lineales
CSI Spain
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Unión viga-pilar (ejemplo)
5.50 m
3.50 m
Frame
Frame
Frame
Shell
Shell
Shell
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Unión viga-pilar (ejemplo)
Chapa 15mm
Chapa 12mm
Chapa 15mm HEA 240
6 Tornillos M20Clase 8.8
HEB 260
Acero S235
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Conectividad frame / shell
WELDGeneración de múltiples constraints de cuerpo rígido
Utilización del constraint tipo WELD – nos ahorramos la necesidad de definición de 3 constreñimientos independientes para cada una de las transiciones frame/shell.
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Elementos de contacto
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Modelado de tornillos
Área de la sección lisa del tornillo – A = px202/4 = 314.2 mm2
Área de la sección resistente – As = 244.8 mm2≈ px17.72/4
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Modelado de tornillos
8
Modelado de tornillos
9 Comportamiento no lineal de las chapasShell – Layered/Nonlinear
Para las chapas con esfuerzos significativos de flexión fuera del plano (ej. chapa frontal y alas de los perfiles), aumentar la discretización a lo largo del espesor de los elementos.
10 Rigidez de las conexiones viga-pilar modeladas
a través de frames
Cálculo de la relación momento rotación de la unión modelada con elementos Shell (diapositivas anteriores):• Obtención de la variación de rotaciones entre el pilar y la viga en la zona de unión para los
diferentes Steps de un análisis no lineal, a través de la definición de un Generalized Displacement;• Obtención del momento flector en el extremo de la viga para los diferentes Steps del mismo análisis
no lineal, a través de la definición de un Section Cut.
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Análisis lineal:
• Cálculo de la rigidez secante de la unión obtenida en el final de un análisis no lineal;• Asignación de un Frame Release con la rigidez secante al extremo de la viga en cuestión;• Asignación de End Length Offsets automáticos a la viga para que la rótula elástica sea modelada en
la cara del pilar;• Repetir los pasos 1 y 2 hasta que los momentos obtenidos en las uniones modeladas con frames y
shells coincidan.
Sj = 82.6428 / 0.011952 = 6914.56 kN/rad
Rigidez de las conexiones viga-pilar modeladasa través de frames
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Análisis no lineal:
• Utilizar dos análisis pushover para determinar las relaciones momento rotación completas para momentos positivos y negativos;
• Definir un elemento Link de comportamiento MultiLinear con las relaciones calculadas en el paso anterior;
• Dibujar el link para unir todas las piezas del modelo con un tipo de unión similar;
• Como alternativa, podemos modelar la unión como una rótula plástica (hinge momento-rotación), asumiendo simplificadamente un comportamiento bi o trilineal.
Alternativa - Hinge
Rigidez de las conexiones viga-pilar modeladasa través de frames
13 Resultados
14 Tornillos
1er filaDeformación plástica = 0.2mm
(0.6%)
6 tornillos M20 – 8.8 sin pretensar
Esfuerzos axiles (kN) Esfuerzos cortantes (kN)
15 Tornillos
1er filaDeformación plástica = 0.9 mm
(2.8%)
2º filaDeformación plástica = 0.2mm
(0.6%)
6 tornillos M16 – 8.8 sin pretensar
Esfuerzos axiles (kN) Esfuerzos cortantes (kN)
16
1er filaDeformación plástica = 0.25mm
(0.8%)
6 tornillos M20 – 8.8 pretensados (F = 0.8xFp,c = 109.7 kN)
Esfuerzos axiles (kN) Esfuerzos cortantes (kN)
Tornillos
17 Reacciones de contacto chapa/pilar
Chapas con comportamiento no lineal (Shell NL)Chapas con comportamiento lineal (Shell)
Aumento general de las reacciones, suavizado de la reacción de pico en la zona del rigidizador y consecuente reducción del brazo debido a la plastificación de las chapas.
18 Tensiones en los elementos shell
Cara superior Cara inferior
Cara derechaCara izquierda
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Cara superior Cara inferior
Cara inferiorCara superior
Tensiones en los elementos shell
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Chapas con comportamiento linealChapas con comportamiento no lineal (Shell NL)
Tensiones en los elementos shell
Cara media
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Suavizado general de los picos de tensiones y consecuente redistribución de esfuerzos
Chapas con comportamiento no lineal (Shell NL)Chapas con comportamiento lineal
Tensiones en los elementos shell
22 Relación momento-rotación de la unión
Excel