unión metálica

Uniones metálicas con elementos de contacto y shell no lineales

CSI Spain

2

Unión viga-pilar (ejemplo)

5.50 m

3.50 m

Frame

Frame

Frame

Shell

Shell

Shell

3

Unión viga-pilar (ejemplo)

Chapa 15mm

Chapa 12mm

Chapa 15mm HEA 240

6 Tornillos M20Clase 8.8

HEB 260

Acero S235

4

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.

5

Elementos de contacto

6

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