AS 4100. Ejemplo 3: Diseño de una viga 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.
Dimensione con precisión vigas para aplicaciones sin sujeción lateral según las normas AS 4100. Esta referencia le guiará a través del proceso de diseño, incluidos los cálculos preliminares, el modelado FEA (teniendo en cuenta las limitaciones del software) y la configuración de SDC Verifier 2024 R1.
Aprenderá a conseguir un diseño satisfactorio con un análisis detallado del factor de utilización.
En la primera parte del ejemplo, se hacen algunas suposiciones y cálculos preliminares para elegir una viga potencial que se ajuste a los requisitos del diseño.
Basándose en lo anterior, las siguientes Características se definieron:
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 I1e 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 – 280 MPa, y un valor 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:
Las cargas se multiplican por los factores correspondientes utilizando el SDC Verifier Conjunto de cargas creador:
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 el alma) se elige el que rige como esbeltez de la sección(Lambda_s en la tabla anterior).
Aunque el ejemplo sólo calcula el valor de la esbeltez del ala, podemos ver que, siguiendo la lógica de la norma, la esbeltez del alma es el valor que rige. No obstante, la esbeltez del ala puede comprobarse en los detalles del cálculo, como se presenta a continuación.
El valor del módulo de sección efectivo(Z_e) es inferior al del ejemplo (3635 ∗103 mm3 frente a 3680∗103 mm3, es decir, en torno a un 1,2%), 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 1,2% que se perdió debido a esta imprecisión en el módulo de la sección plástica, obtendríamos valores que coinciden completamente(1017807 Nm∗101,2 %=1030kNm).
Además, podemos ver que la longitud efectiva también coincide con el valor obtenido en los cálculos preliminares:
Tanto el momento de pandeo de referencia Mo como el factor de reducción de 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.
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 eso, el valor obtenido en la tabla debe reducirse adicionalmente en ф a efectos de los cálculos de este ejemplo:
ф∗Mbx=0,9∗244866 Nm=220,4 kNm
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.
Si la sección elegida es satisfactoria se confirma en el SDC Verifier obteniendo un factor de utilización (Uf) con un valor inferior a 1, que se indica además con el resalte verde en la tabla anterior
Gane confianza en sus cálculos de dimensionamiento de vigas AS 4100
Este punto de referencia demostró el uso de SDC Verifier para agilizar el proceso de dimensionamiento de vigas para aplicaciones sin sujeción lateral. Incluso con pequeñas variaciones debidas a las limitaciones del software de AEF, la comprensión de estos matices garantiza unos resultados fiables y el cumplimiento del código AS 4100.
Este post utiliza capturas de pantalla del documento Estructuras de acero: problemas resueltos de muestra según AS 4100
