Puntos de referencia

AS 4100. Ejemplo 7: Determinar la capacidad de momento de cálculo para el eje principal de una sección sometida también a compresión axial

/ 15 Mar 2024 / por: Yurii Shumak

Este punto de referencia se preparó basándose en
Australian Steel Institute (ASI) Steel Structures – Sample Worked Problems to AS 4100
utilizando
SDC for Femap y Simcenter Femap Versión 2022.2.

Esta comparativa se centra en la determinación de la Capacidad de Momento de Diseño (eje mayor) para un miembro bajo cargas tanto de compresión axial como de flexión. Conocerá los parámetros de entrada, las limitaciones del AEF y cómo SDC Verifier 2024 R1 se alinea con las normas AS 4100.

A partir de los parámetros de entrada presentados anteriormente se creó un modelo de viga con las siguientes definiciones de materiales y propiedades:

Nota: Debido a las limitaciones del software de AEF, la sección transversal se define sin filetes, por lo que cabe esperar ligeras diferencias en las propiedades geométricas.

Cuando ha sido posible, estos valores se han modificado manualmente (como en el caso de los momentos de inercia I1 e I1, la constante de torsión y la constante de alabeo de la tabla anterior), pero algunos se calculan internamente sin posibilidad de modificarlos (por ejemplo, el módulo de sección plástica).

Además, el límite elástico se define con un valor para la propiedad viga, por lo que es el mismo tanto para el alma como para el ala, mientras que en la definición del problema hay un valor para el ala – 280 MPa, y otro diferente para el alma – 300 MPa, por lo que se eligió el valor menor.

Las cargas y las restricciones se han definido de acuerdo con la definición del problema:

Los parámetros anteriores se comprueban dentro de una comprobación de propiedades, en este caso una definida para secciones transversales de vigas en I.

SDC Verifier sigue la lógica presentada en la norma, donde de los dos valores de esbeltez comprobados (para el ala y para el alma) se elige el que rige como esbeltez de la sección (Lambda_s en la tabla anterior).

El valor del módulo de sección efectivo (Z_e) es inferior al del ejemplo (1960*103^mm3 frente a 1930*103^mm3, es decir, en torno a un 1,5%), debido a las limitaciones mencionadas del software de AEF. También podemos ver la bandera Es la sección compacta que confirma que la sección es de hecho compacta (1,00=sí).

Como podemos ver, el valor obtenido es ligeramente inferior al del ejemplo, pero eso se debe a la ya mencionada falta de posibilidad de definir filetes para la sección transversal en el software de AEF. Si lo aumentáramos en el 1,5% que se perdió debido a esta imprecisión en el módulo de la sección plástica, obtendríamos valores que coinciden completamente (540481 Nm∗101,5 %=549kNm).

Los valores del factor de forma de la esbeltez se comprueban dentro de una comprobación de propiedades, en este caso una definida para secciones transversales de vigas en I.

La esbeltez del ala ya se calculó en una fase anterior y su valor coincide completamente, también se asigna como esbeltez de la sección, por lo que es el valor que aparece en la tabla anterior. La esbeltez del alma puede comprobarse adicionalmente en los detalles del cálculo, como se presenta a continuación. El valor del factor de forma coincide completamente.

Como podemos ver, la capacidad de compresión nominal de la sección también coincide con el valor del ejemplo.

SDC Verifier utiliza por defecto el método 2 para todos los casos posibles (en este ejemplo para una sección I compacta doblemente simétrica).

Como podemos ver, el valor obtenido es ligeramente inferior al del ejemplo, pero eso se debe a la ya mencionada falta de posibilidad de definir filetes para la sección transversal en el software de AEF. Si lo aumentáramos en el 1,5% que se perdió debido a esta imprecisión en el módulo de la sección plástica, obtendríamos valores que coinciden completamente(540481 Nm∗101,5 %=549kNm).

Al calcular la capacidad de momento de la sección reducida (M_rx ), SDC Verifier sigue también la lógica de la norma, por lo que la multiplicación por el factor de capacidad ф se produce posteriormente al compararla con el momento flector de cálculo. Por eso, el valor obtenido anteriormente debe reducirse adicionalmente en ф a efectos de los cálculos de este ejemplo:

ф∗Mrx=0,9∗549 kNm=494kNm

Como podemos ver, los valores coinciden completamente.

Gane confianza en los cálculos de carga combinada con SDC Verifier

Aunque las posibles limitaciones del software de AEF pueden causar pequeñas discrepancias, este punto de referencia demuestra cómo SDC Verifier se adhiere a la lógica de la norma AS 4100 en el cálculo de la capacidad de momento de diseño para escenarios complejos. Comprender estos matices ayuda a conseguir diseños fiables.

Este post utiliza capturas de pantalla del documento Estructuras de acero: problemas resueltos de muestra según AS 4100