Lista de contenidos
- ¿Qué es una viga en voladizo?
- Ecuaciones de vigas en voladizo y cálculos manuales
- Diseño de viga en voladizo
- Software de viga en voladizo
Definición de viga en voladizo: ¿Qué es una viga en voladizo?
Una viga en voladizo es un elemento estructural que se extiende horizontalmente y se apoya en un solo extremo. El extremo sin apoyo se conoce como voladizo., y se extiende más allá del punto de apoyo. Las vigas en voladizo se utilizan a menudo en la construcción para soportar balcones, cubiertas, y otros voladizos. También se pueden usar en puentes y otras estructuras para extender la plataforma sobre un canal u otro obstáculo..
Las vigas en voladizo son miembros que se apoyan solo en un lado – típicamente con soporte fijo. Para asegurar que la estructura es estática, el soporte debe fijarse de modo que pueda soportar todas las fuerzas y momentos en todas las direcciones. Una viga en voladizo generalmente se modela así, siendo el extremo izquierdo el soporte y el extremo derecho el extremo en voladizo:
Ecuaciones de viga en voladizo
Hay una variedad de ecuaciones para calcular las fuerzas y deflexiones de vigas en voladizo. Estos se pueden simplificar en una simple fórmula de viga en voladizo, basado en lo siguiente:
Deflexiones de vigas en voladizo
Tomado de nuestra fórmula y ecuación de deflexión de una viga página de referencia. Las ecuaciones de la viga en voladizo se pueden calcular a partir de la siguiente fórmula, dónde:
- W = carga
- L = longitud del miembro
- E = Módulo de Young
- I = Momento de inercia de la viga
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Momentos de viga en voladizo
Entonces, ¿cómo calculamos la fuerza máxima del momento de flexión de una viga en voladizo? Puede hacerlo usando el mismo método que se muestra en nuestro como calcular el momento flector en una viga artículo. sin embargo, hay ecuaciones manuales cortas que puede usar. Por ejemplo, la ecuación para el momento de flexión en cualquier punto x a lo largo de una viga en voladizo está dada por:
\(M_x = -Px)
dónde:
\(M_x \) = momento flector en el punto x
\(PAG \) = carga aplicada al final del voladizo
\(x \) = distancia desde el extremo fijo (punto de apoyo) al punto de interés a lo largo de la viga.
Para una carga distribuida, la ecuación cambiaría a:
\(M_x = – ∫wx) sobre la longitud (x1 a x2)
dónde: w = carga distribuida x1 y x2 son los límites de integración.
Esta ecuación es válida para una viga en voladizo simple con una carga puntual o una carga uniformemente distribuida aplicada en el extremo libre de la viga. Debe tenerse en cuenta que las vigas en voladizo pueden tener cargas y condiciones de contorno complejas., como cargas puntuales múltiples, cargas distribuidas variables, o incluso cargas inclinadas, en esos casos, la ecuación anterior podría no ser válida, y podría ser necesario un enfoque más complejo, es donde FEA es útil.
Tensión de viga en voladizo
¿Cómo calcular la tensión en una viga en voladizo? La tensión en voladizo se calcula a partir de la fuerza de flexión y depende de la sección transversal de la viga. Por ejemplo, si un miembro es bastante pequeño, no hay mucha área de sección transversal para que la fuerza se extienda, entonces el esfuerzo será bastante alto. La tensión de la viga en voladizo se puede calcular a partir de nuestro tutorial sobre cómo calcular la tensión de una viga o usando Software SkyCiv Beam – que mostrará el esfuerzo de tu viga.
Es útil tener en cuenta que las vigas en voladizo generalmente generan tensión en las fibras superiores de la viga.. Esto significa que en el caso de una viga en voladizo de hormigón, Normalmente se requiere un refuerzo primario de tracción a lo largo de la superficie superior.. Esto contrasta con una viga de hormigón convencional apoyada en ambos extremos., donde normalmente existiría un refuerzo de tracción primario a lo largo de la superficie inferior de la viga.
Fuerzas de reacción de vigas en voladizo
Los voladizos se deflectan más que la mayoría de los tipos de vigas, ya que solo se apoyan en un extremo.. Esto significa que hay menos soporte para la carga a transferir. Deflexión de viga en voladizo se puede calcular de diferentes maneras, incluido el uso de ecuaciones de vigas en voladizo simplificadas o calculadoras y software de vigas en voladizo (Más información sobre ambos abajo). La ecuación para la reacción en un soporte fijo de una viga en voladizo está dada simplemente por:
Fuerza de reacción en Y \( = R_y = P)
Momento Fuerza sobre Z \( = {F}_ _{y} =Px)
dónde:
\(F_y \) = fuerza de reacción en la dirección Y en el apoyo A (el soporte fijo)
\(M_z \) = momento de reacción con respecto a Z en el apoyo A (el soporte fijo)
\(PAG \) = la carga aplicada al final de la viga en voladizo
\(x \) = distancia de la carga puntual desde el apoyo
Esta ecuación se aplica cuando la carga es una carga puntual en un voladizo. Cuando la carga se distribuye, es la suma de todas las fuerzas en la dirección vertical que debe ser cero. La ecuación se convierte:
\(∑F_x = 0\)
Donde la fuerza de reacción sería la suma algebraica de todas las fuerzas verticales que actúan sobre la estructura. Esta ecuación asume que el soporte es un soporte fijo, lo que significa que no tiene ninguna rotación o traslación. Si el apoyo tiene algunos grados de libertad, la ecuación cambiaría y se volvería más compleja. Es importante tener en cuenta que esta ecuación es solo un paso en el análisis de una estructura., en el proceso de diseño de una estructura real, varias consideraciones tales como combinaciones de carga, factores de seguridad, las propiedades del material, etc.. se tendrá en cuenta antes de finalizar un diseño.
Diseño de viga en voladizo
Al diseñar una estructura en voladizo, varios factores importantes deben ser considerados:
- Cargas: El voladizo debe ser capaz de soportar las cargas aplicadas, incluyendo el peso de la estructura en sí y cualquier carga adicional como el viento, nieve, y cargas sísmicas. Las cargas deben analizarse y distribuirse adecuadamente en toda la estructura..
- Fuerza y rigidez: El voladizo debe ser lo suficientemente fuerte y rígido para resistir la deflexión., pandeo, y otros tipos de fallas. Las propiedades de los materiales utilizados., como el módulo de elasticidad y el límite elástico, afectará la resistencia y rigidez de la estructura.
- Concentración del esfuerzo: La concentración de tensión en el extremo fijo del voladizo debe tenerse en cuenta en el diseño para evitar fallas.. La concentración de tensión se puede reducir usando secciones transversales más grandes o usando filetes o esquinas redondeadas.
- Deflexión: La deflexión del voladizo bajo carga debe analizarse para garantizar que permanece dentro de los límites aceptables., tanto por seguridad estructural como por razones estéticas.
- Durabilidad: La estructura debe estar diseñada para durar la vida útil prevista con un mantenimiento mínimo requerido. Esto incluye considerar factores como la corrosión, fatiga, y los efectos del clima.
- Factores de seguridad: Los factores de seguridad deben considerarse e incluirse en el diseño para garantizar que la estructura pueda soportar cargas inesperadas u otras circunstancias imprevistas..
- Construcción métodos: El diseño debe tener en cuenta el método de construcción a utilizar, ya sea prefabricado, Los cimientos de pilotes se usan comúnmente para proyectos que se encuentran en profundidades de suelo débil o saturada donde la profundidad de excavación no es factible para cimientos poco profundos., etc.. Esto afectará el tipo de conexiones y el diseño general de la estructura..
- Costo: El diseño debe considerar tanto el costo inicial como los costos de mantenimiento a largo plazo.
- Códigos y reglamentos de construcción: El diseño debe cumplir con los códigos y reglamentos de construcción pertinentes en la jurisdicción donde se construirá la estructura.. Por ejemplo, si la viga es de acero y está basada en los EE. UU., debe cumplir con los requisitos de AISC 360 Verificaciones de diseño
Es importante tener en cuenta que esta no es una lista exhaustiva, y los requisitos y consideraciones específicos para un diseño en voladizo pueden variar según la estructura particular y el uso previsto. Un ingeniero estructural con experiencia en diseño en voladizo tendría en cuenta todos estos factores y más, para garantizar que el diseño sea seguro y eficaz.
Software de viga en voladizo
Software de análisis de vigas de SkyCiv permite a los usuarios analizar estructuras de vigas en voladizo con facilidad y precisión. Puede obtener un análisis simplificado de su miembro de viga, incluyendo reacciones, fuerza de cortante, momento flector, deflexión, tensiones, y vigas indeterminadas en cuestión de segundos. Aplique cualquier combinación de cargas y complete un diseño completo según America, Europa, Australia, Estándares canadienses, para nombrar unos pocos!
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