AS 4100. Ejemplo 2: Determinación de la capacidad de momento del elemento de cálculo de una viga universal sin arriostramiento lateral
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 prueba comparativa AS 4100 se centra en la determinación de la capacidad de momento del miembro de diseño de una viga no restringida lateralmente. Diseccionaremos los parámetros de entrada, el modelado de AEF (abordando las posibles limitaciones del software) y la configuración de SDC Verifier 2024 R1. Verá cómo se comparan los resultados con los cálculos teóricos, obteniendo información clave para un cumplimiento preciso del código.
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 I2, 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 – 300 MPa, y un valor diferente para el alma – 320 MPa, por lo que se eligió el valor menor.
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 (2024 ∗103 mm3 frente a 2070∗103 mm3, es decir, en torno a un 2,2%), debido a las limitaciones mencionadas del software de AEF.
También podemos ver la bandera Es la sección comp acta 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 2,2% que se perdió debido a esta imprecisión en el módulo de la sección plástica, obtendríamos valores que coinciden completamente(607223 Nm∗102,2 %=621kNm).
Para calcular la longitud efectiva se han definido los siguientes factores en la sección Características del SDC Verifier según el ejemplo:
Además, se ha definido que el segmento no tiene una restricción lateral completa, de lo contrario, siguiendo la lógica de la norma, la capacidad de momento nominal del miembro Mb se tomaría como la capacidad de momento nominal de la sección Ms de la sección crítica.
Como podemos ver, el valor de la longitud efectiva coincide completamente.
Tanto el momento de pandeo de referencia Ms como el factor de reducción de la esbeltezas se calculan internamente (no se muestran en las tablas), pero pueden comprobarse en los detalles del cálculo:
Como podemos ver, el valor del momento de pandeo de referencia coincide completamente y el valor del factor de reducción de la esbeltez es ligeramente superior al del ejemplo debido a la utilización en su cálculo del valor subestimado de la capacidad de la sección de momento nominal.
El factor de modificación del momentoam se define como otra característica:
Al calcular la capacidad de momento nominal de la barra(M_bx), SDC Verifier sigue también la lógica de la norma, por lo que la multiplicación por el factor de capacidad ? se produce posteriormente al compararla con el momento flector de diseño.
Por ello, el valor obtenido en la tabla debe reducirse adicionalmente en ? a efectos de los cálculos de este ejemplo:
ф∗Mbx=0,9∗321778 N=290kNm
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 el módulo de la sección plástica pudiera modificarse para representar con precisión el valor del ejemplo, el valor obtenido de la capacidad de momento nominal del miembro coincidiría completamente.
Conclusión
A pesar de las pequeñas discrepancias debidas a las limitaciones del software de AEF, este punto de referencia destaca cómo SDC Verifier se alinea con la norma AS 4100 para el cálculo de la Capacidad de Momento del Miembro de Diseño para vigas no restringidas lateralmente. Al comprender estos matices, podrá validar con confianza sus diseños y garantizar la integridad estructural.
Este post utiliza capturas de pantalla del documento Estructuras de acero: problemas resueltos de muestra según AS 4100
