Una guía para longitudes sin arriostramiento, Esbeltez y determinación de K
Herramienta de análisis y modelado 3D de SkyCiv, SkyCiv Estructural 3D , permite a los usuarios no solo ejecutar análisis lineales y no lineales, pero también es compatible con el análisis de pandeo, que a veces puede ser una ocurrencia tardía en el proceso de ingeniería estructural. permite a los usuarios no solo ejecutar análisis lineales y no lineales, y cómo se ve en SkyCiv Structural 3D. Si bien hay otras formas de pandeo como el pandeo lateral-torsional, pandeo de la placa, etc., Este artículo analizará estrictamente el pandeo en miembros de compresión..
Pandeo es una forma de falla en los miembros de compresión, que suelen ser columnas. Considere el ejemplo simple de una lata de refresco – cuando la lata se comprime desde cualquier extremo, a una fuerza dada, Habrá una desviación repentina y colapsará sobre sí misma en algún punto a lo largo de la lata.. Esto se debe a la aparición de pandeo.. Para elementos estructurales, este modo de falla debe ser considerado, ya que puede tener consecuencias nefastas en la integridad estructural de toda la estructura.
Relación de esbeltez
Los elementos en los que el pandeo se convierte en el mecanismo de falla que gobierna suelen ser largos y delgados en relación con su sección transversal.. Usamos algo llamado relación de esbeltez para describir cómo “esbelto” un miembro es. La relación de esbeltez es una relación rápida y bastante simple para calcular el fenómeno de pandeo que ocurre en un miembro de compresión.. Se define como:
relación de esbeltez = KL / r
Dónde K es el factor de longitud efectivo, l es la longitud no arriostrada del miembro y r es el radio de giro. El producto KL se conoce simplemente como la longitud efectiva. El radio de giro se encuentra de la siguiente manera:
r = raíz cuadrada(Ig / Ag)
Nota: Como aproximaciones, es posible usar r = 0,3 h para secciones cuadradas y rectangulares, y r = 0,25 h para tramos circulares.
Control de longitudes no arriostradas y restricciones en el software
Longitud sin refuerzos (longitud no admitida) es la distancia más grande a lo largo del miembro entre los puntos de riostra, o puntos en los que el miembro se arriostra contra la deflexión en la dirección dada. Entonces, para columna autoportante, la longitud sin arriostramiento sería la altura / longitud total. En muchas instancias, la longitud no arriostrada de un miembro es menor que la longitud total ya que hay miembros u otros mecanismos vigorizante junto con el miembro. Se consideran dos longitudes de arriostramiento clave para los dos ejes de los miembros. En el software SkyCiv, nos referimos a estos como Lz (eje mayor) y ly (eje menor). Estos se rellenan previamente en el software y se pueden modificar en el Miembros tabla en los módulos de diseño de miembros:
Por ejemplo, la columna de abajo tiene una longitud total de 20 pies, pero la longitud sin refuerzos en ambas direcciones del eje mide 10 pies, ya que hay una viga que la arriostra desde ambas direcciones en el punto medio de la columna.
En los módulos de SkyCiv Design — Diseño de miembros y diseño de RC — la longitud sin arriostramiento se calcula automáticamente y se completa en el Miembros mesa. Los ingenieros pueden ajustar y manipular estos valores manualmente en caso de que ocurra alguna situación personalizada o se hagan suposiciones especiales..
Factor de longitud efectiva
Ahora que sabemos cuál es la longitud no arriostrada de un miembro, podemos averiguar cuál es el factor de longitud efectivo. En SkyCiv Structural 3D, la longitud efectiva de un miembro se determina durante un análisis de pandeo, donde se calcula el valor propio de cada miembro para determinar las fuerzas críticas de pandeo.
Básicamente, esto solo significa que el solucionador encontrará la longitud efectiva de un miembro basado en el análisis de elementos finitos. sin embargo, Los valores empíricos de K se utilizan de forma rutinaria en la práctica y se pueden inferir de la tabla que se ve comúnmente a continuación..
La longitud efectiva (K) El factor de un miembro en compresión depende de las condiciones de apoyo en cada extremo.. Cuanto mayor sea el factor K, cuanto más perjudican las condiciones de apoyo la resistencia del miembro al pandeo, y viceversa. Mirando la tabla de abajo, podemos ver los factores de longitud efectivos de situaciones de soporte comunes con columnas, u otros miembros compresivos:
Longitud efectiva simplificada (Factor K) mesa:
Longitud efectiva simplificada (Factor K) mesa:| Condición límite | Valor K recomendado |
|---|---|
| Fijo – Fijo | 0.65 |
| Fijo – Fijado | 0.8 |
| Fijo – Arrollado | 1.2 |
| Fijo – Gratis | 2.1 |
| Fijado – Fijado | 1 |
(tomado de skyciv Calculadora de pandeo de columnas)
Capacidad de pandeo
Ahora que podemos describir miembros usando la relación de esbeltez, ¿Cómo se comprueba realmente el pandeo?? El estrés crítico al que un miembro se doblegará y, en esencia,, su fuerza se puede describir con el Fórmula de Euler mostrada a continuación:
Donde vemos la longitud efectiva en el denominador, y el Módulo de Elasticidad y Momento de Inercia de la sección en el numerador. Esto nos dice que cuanto menor es la longitud efectiva de una sección, así como cuanto mayor sea el momento de inercia en el eje de análisis, resultará en una carga crítica más alta que doblaría el miembro.
Porque la mayoría de los miembros no son completamente simétricos en todas las direcciones, Los miembros generalmente se analizan en las dos direcciones principales de la sección.. En SkyCiv Structural 3D, las direcciones principales serían los ejes Y y Z de un miembro, que corresponde al eje vertical y horizontal de una sección, respectivamente, al mirarlo en vista de plano.
¿Es necesario revisar todos los miembros para ver si están pandeados??
El pandeo es un tipo de falla muy singular, y no debe olvidarse ni descartarse, pero hay algunas estipulaciones y prácticas generales en la industria que permiten a los ingenieros ignorar el pandeo como método de falla., solo porque ese miembro fallaría de otra manera antes de que se alcance su esfuerzo crítico de pandeo a través de un método de falla diferente. Estas estipulaciones dependen del módulo de elasticidad del miembro., y por lo tanto el material.
Si se considera una columna “largo”, entonces es susceptible a pandeo y debe revisarse. De lo contrario, las columnas se consideran “pequeño” o “intermedio” en ese caso, el pandeo es una amenaza menor. La clasificación de miembros como cortos, intermedio, o largo, se realiza utilizando la relación de esbeltez que calculamos anteriormente.
Para miembros de acero, una relación de esbeltez por debajo 50 puede ser considerado “pequeño”. Una relación de esbeltez mayor que 200 nos dice que el miembro es “largo”, y el pandeo por fuerzas de compresión debe considerarse. Los miembros con relaciones de esbeltez entre esos dos valores se consideran “intermedio”, donde se debe usar el juicio de ingeniería.
Para miembros de hormigón, la “pequeño” y “largo” El corte de designación ocurre en una relación de esbeltez de 10.
Para miembros de madera, el pandeo es más único, ya que el material en sí no es isotrópico (la resistencia del material varía). sin embargo, en la mayoría de los casos, miembros de madera con una relación de esbeltez por debajo 10 puede ser considerado “pequeño”.
En general, la verificación es bastante sencilla y rápida, por lo que la mayoría de los ingenieros son cautelosos. Afortunadamente, en SkyCiv Structural 3D, cuando los usuarios ponen en cola un análisis de pandeo, Estos controles se realizan para cada miembro en una fracción del tiempo..
Restricciones personalizadas para miembros
Algunos de nuestros nuevos módulos de diseño tienen una característica llamada Restricciones lo que permitirá a los usuarios ingresar restricciones ficticias o pseudo para cálculos de diseño más precisos. Estos están disponibles en el AS4100 – 2020 y el AS 4600 – 2018 Módulos de diseño.
A cada miembro se le da un identificación de restricción por defecto. Los usuarios pueden vincular miembros similares (mismo largo, misma sección) con una sola identificación de restricción para organizar miembros similares y evitar la entrada de datos múltiples. Esto se puede hacer automáticamente usando el Grupo automático , – que escaneará su modelo y asignará miembros similares con la misma identificación de restricción.
Adición de restricciones
Por defecto, el software detectará automáticamente los puntos de conexión y creará un inicio/final y cualquier restricción intermedia, si existe. En el ejemplo anterior, el miembro único está conectado a otros dos miembros en el punto medio, por lo que la tabla de restricción muestra una restricción de punto inicial/final y medio, con los códigos de restricción pertinentes (por ejemplo, la tabla a continuación está completamente restringido en los extremos para compresión mayor, pero es libre de girar en el punto medio):
Para agregar pseudo-restricciones (las restricciones no están siendo modeladas), ingrese el espacio entre ellos como una lista separada por comas. los usuarios pueden mover sus puntos de inserción a donde necesiten en el miembro. Para 6 m largo miembro, 1.5,1.5,1.5 añadiría restricciones en 1.5, 3, y 4.5. Alternativamente, puede usar el operador multiplicar para ingresar la misma información. los usuarios pueden mover sus puntos de inserción a donde necesiten en el miembro. 3*1.5 agregaría 3 sujeciones intermedias con 1.5 espaciado (1.5, 3, 4.5). También puede utilizar el < operador, que agregará tantas restricciones como puedan caber a lo largo del miembro al reducir el espacio inicial y final. los usuarios pueden mover sus puntos de inserción a donde necesiten en el miembro <1.5 también agregaría restricciones en 1.5, 3, 4.5
Al igual que con nuestro soporte y extremo de miembro códigos de fijeza, F = Fijo y R = Liberado. Para facilidad de uso, se han proporcionado consejos informativos claros y útiles:
Finalmente, los usuarios pueden anular o actualizar automáticamente ciertas restricciones con representaciones gráficas sencillas. Por ejemplo, si quiero anular la restricción del punto medio con una restricción fija completa (en términos de compresión mayor), Puedo marcar esa restricción y hacer clic en el ícono completamente arreglado. La celda cambiará y se resaltará en azul para reflejar este cambio.:
Finalmente, si quiero anular las restricciones por completo, y no usar esos códigos fijos, Puedo especificar el Lz y Kz para todo el miembro, que se utilizará para ese cálculo
Revisar el informe de cálculo, podemos ver que ahora se está utilizando en los cálculos:
Ejemplo
Digamos que desea restringir el ala superior de un miembro si desea restringir el ala superior, Creo que serías un “F” en la primera entrada. Podría agregar una restricción en esa ubicación, luego, en Columna lateral-torsional, el código sería FRRR, indicando Brida Superior Fija Z y liberada en Inferior, Torsión de sección y rotación de miembros (ver la imagen de abajo). O si quieres arreglar completamente todos esos, entrarías FFFF.
(nota la 4 valores en la esquina inferior izquierda)
Las restricciones continuas también pueden ser controladas por la última columna Continuo donde esas restricciones se aplicarán a lo largo del miembro hasta el siguiente punto de restricción. Entonces, por ejemplo, si agregó una restricción continua a la Parte superior restringiría el ala superior del punto 2 apuntar 3 en el siguiente ejemplo. Esto se mostrará gráficamente en la GUI:
En este ejemplo, el miembro está completamente restringido en todas las direcciones (bridas, web y todo) al comienzo del miembro (x = 0). Entonces hay una restricción lateral parcial en el punto medio (denotado por el SSRR), ya que es continuo en el ala superior, la restricción parcial continuará desde x = 5.099 a x = 10.198.
Software de diseño de miembros de madera y acero
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