10-F.1 Ámbito de Aplicación
El chequeo de estructuras de acero según la norma metálica china GB50017 en CivilFEM consiste en la comprobación de estructuras formadas por perfiles laminados o armados sometidos a solicitaciones de esfuerzos axiles, cortantes y flectores en 3D.
Los cálculos realizados por CivilFEM corresponden a las prescripciones de la GB50017 según lo especificado en los siguientes apartados:
|
Apartado 4 |
Cálculo de elementos flectados |
|
Apartado 5 |
Cálculo de estructuras sometidas a esfuerzos axiles y a axiles con flexión |
10-F.2 Tipos de Chequeo Abordados
Mediante CivilFEM se pueden abordar los siguientes tipos de análisis y chequeos:
· Comprobación de secciones sometidas a:
- Flexión GB50017 Art. 4.1.1
- Esfuerzo cortante GB50017 Art. 4.1.2
- Flexión y cortante GB50017 Art. 4.1.4
- Axil GB50017 Art. 5.1.1
- Flexión compuesta GB50017 Art. 5.2.1
- Compresión con pandeo GB50017 Art. 5.1.2
10-F.3 Tipos de Elementos Soportados
Los tipos de elemento soportados por CivilFEM son las barras y vigas 2D y 3D de ANSYS siguientes:
2D Barra LINK1
3D Barra LINK8
3D Barra LINK10
2D Viga BEAM3
3D Viga BEAM4
3D Viga BEAM44
2D Viga Sec. Variable BEAM54
3D Viga Pared Delgada BEAM24
3D Tubo Elástico PIPE16
3D Tubo Plástico PIPE20
3D Viga de deformación finita lineal BEAM188
3D Viga de deformación finita cuadrática BEAM189
Además es posible chequear secciones sólidas capturadas de modelos 2D o 3D cuya sección transversal esté clasificada como tipo “structural steel”.
10-F.4 Tipos de Sección Soportados
Los tipos de sección soportados por CivilFEM a efectos de chequeo según la GB50017, son:
- Todos los perfiles laminados incluidos en las librerías del programa (ver librería de perfiles y comando ~SSECLIB).
- Perfiles armados en doble T, en canal o U, en T simple, en cajón, angulares de lados iguales y desiguales y tubulares (comando ~SSECDMS).
- Perfiles armados definidos por chapas (comando ~SSECPLT).
- Perfiles provenientes de secciones sólidas cuya sección transversal esté clasificada como “structural steel” (comando ~SLDSEC).
10-F.5 Bases de Cálculo
10-F.5.1 Datos de la Sección
Los datos de la sección del elemento deberán estar contenidos en la base de datos de CivilFEM. Al definir la sección transversal o capturar la sección sólida, automáticamente se obtienen todas sus propiedades geométricas y mecánicas. A continuación se resumen los datos de sección necesarios para el chequeo según la norma GB50017:
Tabla 10-F.5‑1 Datos de la Sección
|
Datos |
Descripción |
|
A |
Área de la sección |
|
Iy |
Momento de inercia según el eje Y |
|
Iz |
Momento de inercia según el eje Z |
|
Iyz |
Producto de inercia respecto YZ |
|
y |
Coordenada Y de la fibra considerada |
|
z |
Coordenada Z de la fibra considerada |
|
iy |
Radio de giro respecto al eje Y |
|
iz |
Radio de giro respecto al eje Z |
|
Yws |
Área resistente a cortante según el eje Y |
|
Zws |
Área resistente a cortante según el eje Z |
Los datos de la sección bruta corresponden a las propiedades nominales de la sección transversal.
De la sección neta se considera sólo el área y se obtiene descontando del área de la sección bruta, los agujeros para tornillos, roblones y otros aligeramientos. (Dicha área es introducida con el parámetro AHOLES del comando ~SECMDF).
10-F.5.2 Propiedades a nivel de pieza
Para el chequeo con la GB50017 se considera el conjunto de propiedades a nivel de pieza descritos en la siguiente tabla, todos ellos, se almacenan en la base de datos en unidades de usuario y en ejes CivilFEM. (Parámetros GAMMAy, GAMMAz, TSECy, TSECz, L, KY, KZ del comando ~MEMBPRO ).
Tabla 10-F.5‑2 Propiedades a nivel de pieza
|
Descripción |
Datos |
Apartado |
|
Datos de entrada: 1.- Coeficiente de desarrollo plástico en eje Y 0.0: no definido (por defecto) 2.- Coeficiente de desarrollo plástico en eje Z 0.0: no definido (por defecto) 3.- Tipo de sección según el eje Y 0: No definido (defecto) 1: Tipo a 2: Tipo b 3: Tipo c 4: Tipo d 4.- Tipo de sección según el eje Z 0: No definido (defecto) 1: Tipo a 2: Tipo b 3: Tipo c 4: Tipo d 5.- Longitud no arriostrada de la pieza 6.- Factor de pandeo en el eje Y 7.- Factor de pandeo en el eje Z
|
GAMMAy
GAMMAz
TSECy
TSECz
L KY KZ |
5.2
5.2
Tabla 5.1.2-1 y Tabla 5.1.2-2
Tabla 5.1.2-1 y Tabla 5.1.2-2
5.1.2 5.1.2 5.1.2 |
10-F.5.3 Clasificación de los tipos de secciones
El tipo de sección viene determinado por el valor introducido en las propiedades TSECY y TSECZ de las propiedades a nivel de pieza (ver comando ~MEMBPRO ). En caso de no definirse se determinarán a partir de la siguiente tabla 10-F.5‑3 :
Tabla 10-F.5‑3 Clasificación de los tipos de secciones ( para espesor de chapa t<40 mm)
|
TIPO DE SECCIÓN |
Y |
Z |
|||
|
Doble T
|
Sección de librería |
Si |
b |
a |
|
|
Si
|
b |
b |
|
||
|
Sección por dimensiones |
b |
b |
|||
|
Canal |
Sección por librería o dimensiones |
b |
b |
|
|
|
Circular
|
Por librería |
a |
a |
||
|
Por dimensiones |
b |
b |
|||
|
L ángulo |
Por Librería |
b |
b |
||
|
Tubular rectangular o cajón
|
Por librería o dimensiones si
|
c |
c |
|
|
|
T simple
|
Por librería o dimensiones |
b |
b |
|
|
Tabla 10-F.5‑4 Clasificación de los tipos de secciones ( para espesor de chapa t>=40 mm)
|
TIPO DE SECCIÓN |
Y |
Z |
||
|
Doble T
|
Sección de librería |
Si
|
c |
b |
|
Si
|
d |
c |
||
|
Sección por dimensiones (por defecto) |
b |
b |
||
|
Tubular rectangular o cajón
|
Por librería o dimensiones si
|
b |
b |
|
|
Por librería o dimensiones si
|
c |
c |
||
10-F.5.4 Propiedades del material
En el chequeo según la GB50017 se utilizan las siguientes propiedades del material:
Tabla 10-F.5‑5 Propiedades del Material
|
Descripción |
Propiedad |
|
Límite elástico |
|
|
Tension última |
|
|
Tension a cortante |
|
|
Módulo de elasticidad |
E |
10-F.5.5 Esfuerzos
Los esfuerzos para los extremos del elemento se obtienen directamente del fichero de resultados de CivilFEM (file .RCV) para el load step y substep seleccionado.
Tabla 10-F.5‑6 Esfuerzos
|
Esfuerzo |
Descripción |
|
|
Axil de cálculo |
|
|
Cortante de cálculo según Y |
|
|
Cortante de cálculo según Z |
|
|
Torsor de cálculo sección |
|
|
Flector de cálculo según Y |
|
|
Flector de cálculo según Z |
10-F.6 Proceso de Chequeo
Los pasos para el proceso de chequeo son los siguientes:
a) Obtención de los datos de la sección correspondientes al elemento.
b) Chequeo específico de la sección de acuerdo al tipo de solicitación.
c) Obtención de los resultados. CivilFEM da los resultados del chequeo para cada extremo del elemento, agrupándolos en una alternativa en el fichero de resultados .RCV, de forma que el usuario pueda acceder a ellos indicando el número de la alternativa mediante el comando ~CFSET.
En los apartados correspondientes a los distintos tipos de chequeo se describen los datos disponibles correspondientes a cada tipo de solicitación.
10-F.6.1 Chequeo a Flexión
La comprobación de elementos de directriz recta sometidos a flexión según la norma GB50017 en CivilFEM se realiza en cada uno de los extremos de aquellos elementos seleccionados del modelo o secciones sólidas cuyo tipo de sección transversal sea metálica. En la comprobación se siguen los siguientes pasos:
10-F.6.1.1 Cálculo de la Tensión Normal Máxima
La máxima tensión normal se calcula a partir de la expresión general para una sección sometida a unos momentos flectores según unos ejes, no necesariamente principales de inercia:
Siendo:
|
|
Momento flector según el eje Y |
|
|
Momento flector según el eje Z |
|
|
Momento de inercia según el eje Y |
|
|
Momento de inercia según el eje Z |
|
|
Producto de inercia respecto YZ |
Los coeficientes de desarrollo
plástico 
se obtienen de las
propiedades a nivel de pieza asociadas (ver
comando ~MEMBPRO ). En caso de no estar definido se calculan a partir de la
siguiente tabla 10-F.6.1 :
Tabla 10-F.6.1 Coeficientes de desarrollo plástico
|
Tipo de Sección |
|
|
|
|
1.20 |
1.05 |
|
|
|
1.05 |
|
|
||
|
|
1.15 |
1.15 |
|
|
1.05 |
1.05 |
|
|
1.20 |
|
|
|
||
|
En otro caso |
1.00 |
1.00 |
10-F.6.1.2 Cálculo del Criterio GB50017
La tensión de comparación obtenida se divide por la resistencia de cálculo del acero su para obtener un valor que es almacenado como el parámetro CRT_TOT en el fichero de resultados de CivilFEM. Este valor deberá estar comprendido entre 0.0 y 1.0 para que el elemento se considere válido desde el punto de vista de la norma GB50017, es decir, se debe cumplir que la tensión de comparación sea inferior a la resistencia de cálculo del acero.
10-F.6.2 Chequeo a Cortante
El chequeo de elementos sometidos a cortante según la norma GB50017 en CivilFEM se realiza en cada uno de los extremos de aquellos elementos seleccionados del modelo o secciones sólidas cuyo tipo de sección transversal sea metálica.
10-F.6.2.1 Cálculo de la Tensión Tangencial Máxima
Las tensiones tangenciales máximas de cortante y torsión en cada extremo se calculan a partir de los esfuerzos cortantes y de las propiedades mecánicas de la sección, mediante la siguiente expresión:
Siendo:
|
|
Esfuerzo cortante en la dirección Y |
|
|
Esfuerzo cortante en la dirección Z |
|
|
Área resistente a cortante según el eje Y. |
|
|
Área resistente a cortante según el eje Z. |
10-F.6.2.2 Cálculo del Criterio GB50017
La tensión de comparación obtenida se divide por la resistencia de cálculo del acero su para obtener un valor que es almacenado como el parámetro CRT_TOT en el fichero de resultados de CivilFEM. Este valor deberá estar comprendido entre 0.0 y 1.0 para que el elemento se considere válido desde el punto de vista de la norma GB50017, es decir, se debe cumplir que la tensión de comparación sea inferior a la resistencia de cálculo del acero.
10-F.6.3 Chequeo a Flexión y Cortante
La comprobación de elementos de directriz recta sometidos a flexión y cortante según la norma GB50017 en CivilFEM se realiza en cada uno de los extremos de aquellos elementos seleccionados del modelo o secciones sólidas cuyo tipo de sección transversal sea metálica. En la comprobación se siguen los siguientes pasos:
10-F.6.3.1 Cálculo de la Tensión Normal Máxima
La máxima tensión normal se calcula a partir de la expresión general para una sección sometida a unos momentos flectores según unos ejes no necesariamente principales de inercia:
Siendo:
|
|
Momento flector según el eje Y |
|
|
Momento flector según el eje Z |
|
|
Momento de inercia según el eje Y |
|
|
Momento de inercia según el eje Z |
|
|
Producto de inercia respecto YZ |
10-F.6.3.2 Cálculo de la Tensión Tangencial Máxima
Las tensiones tangenciales máximas de cortante y torsión en cada extremo se calculan a partir de los esfuerzos cortantes y de las propiedades mecánicas de la sección, mediante la siguiente expresión:
Siendo:
|
|
Esfuerzo cortante en la dirección Y |
|
|
Esfuerzo cortante en la dirección Z |
|
|
Área resistente a cortante según el eje Y. |
|
|
Área resistente a cortante según el eje Z. |
10-F.6.3.3 Cálculo de la Tensión de Comparación Máxima
La tensión de comparación s* se calcula mediante la siguiente expresión:
La tensión de comparación máxima en cada uno de los extremos se almacena en el fichero de resultados de CivilFEM como el parámetro SCEQV.
10-F.6.3.4 Cálculo del Criterio GB50017
La tensión de comparación obtenida se divide por la
resistencia combinada de cálculo del acero 
para
obtener un valor que es almacenado como el
parámetro CRT_TOT en el fichero de resultados de CivilFEM. Este valor deberá
estar comprendido entre 0.0 y 1.0 para que el elemento se considere válido
desde el punto de vista de la norma GB50017, es decir, se debe cumplir que la tensión de comparación sea inferior a
la resistencia de cálculo del acero.
Siendo 
el factor
de amplificación de la resistencia amplificada. Si 
y 
son
de diferente signo se toma = 1.2 y si
no = 1.1
10-F.6.4 Chequeo a Axil
El chequeo de elementos sometidos a axil (sin considerar pandeo) según la norma GB50017 en CivilFEM se realiza en cada uno de los extremos de aquellos elementos seleccionados del modelo o secciones sólidas cuyo tipo de sección transversal sea metálica.
10-F.6.4.1 Cálculo de la Tensión Axial Máxima
La máxima tensión axial se calcula a partir de la expresión general para una sección asimétrica sometida a un momento de eje contenido en el plano yz:
Siendo:
|
|
Fuerza axil |
|
|
Área de la sección neta |
|
|
Número de tornillos de alta resistencia |
|
|
Número de tornillos en la sección |
En CivilFEM el coeficiente 
viene dado por el factor RTB que puede ser modificado mediante el
comando ~SECMDF.
10-F.6.4.2 Cálculo del Criterio GB50017
La tensión de comparación obtenida se divide por la resistencia de cálculo del acero f para obtener un valor que es almacenado como el parámetro CRT_TOT en el fichero de resultados de CivilFEM. Este valor deberá estar comprendido entre 0.0 y 1.0 para que el elemento se considere válido desde el punto de vista de la norma GB50017, es decir, se debe cumplir que la tensión de comparación sea inferior a la resistencia de cálculo del acero.
10-F.6.5 Chequeo a Flexión Compuesta
El chequeo de elementos sometidos a flexión y axil según la norma GB50017 en CivilFEM se realiza en cada uno de los extremos de aquellos elementos seleccionados del modelo o secciones sólidas cuyo tipo de sección transversal sea metálica.
10-F.6.5.1 Cálculo de la Tensión de Comparación Máxima
La tensión de comparación s* se calcula mediante la siguiente expresión:
Siendo:
|
|
Momento flector según el eje Y |
|
|
Momento flector según el eje Z |
|
|
Momento de inercia según el eje Y |
|
|
Momento de inercia según el eje Z |
|
|
Producto de inercia respecto YZ |
|
|
Fuerza Axil |
|
|
Área de la sección neta |
Los coeficientes plásticos se obtienen de las propiedades a nivel
de pieza asociadas (ver comando ~MEMBPRO ).
En caso de no estar definido se calculan a partir de la tabla 10-F.6.1
anteriormente definida.
10-F.6.5.2 Cálculo del Criterio GB50017
La tensión de comparación obtenida se divide por la resistencia de cálculo del acero f para obtener un valor que es almacenado como el parámetro CRT_TOT en el fichero de resultados de CivilFEM. Este valor deberá estar comprendido entre 0.0 y 1.0 para que el elemento se considere válido desde el punto de vista de la norma GB50017, es decir, se debe cumplir que la tensión de comparación sea inferior a la resistencia de cálculo del acero.
10-F.6.6 Chequeo a compresión a pandeo
El chequeo de elementos sometidos a pandeo según la norma GB50017 en CivilFEM se realiza en cada uno de los extremos de aquellos elementos seleccionados del modelo o secciones sólidas cuyo tipo de sección transversal sea metálica y se encuentren sometidos a compresión.
10-F.6.6.1 Cálculo de la Tensión de Comparación Máxima
La tensión de comparación s* se calcula mediante la siguiente expresión:
Siendo 
el
coeficiente de estabilidad para piezas en compresión a pandeo.
El cálculo de se realiza
a partir de la esbeltez 
:
Siendo:
|
L |
Longitud no arriostrada a la pieza (ver comando ~MEMBPRO) |
|
|
Coeficiente de pandeo según el eje y (ver comando ~MEMBPRO) |
|
|
Coeficiente de pandeo según el eje z (ver comando ~MEMBPRO) |
|
|
Radio de giro respecto el eje Z |
|
|
Radio de giro respecto el eje Z |
En secciones no simétricas se toman como ejes los correspondientes a las direcciones principales de inercia.
Para el cálculo de 
:
a) Para 
tomamos
b) Para otros
valores de 
tomamos:
Escogiendo los coeficientes 
de
la siguiente tabla
Tabla 10-F.6.2 Coeficientes 
|
Tipo Sección |
|
|
|
|
|
a |
0.410 |
0.986 |
0.152 |
|
|
b |
0.650 |
0.965 |
0.300 |
|
|
c |
|
0.730 |
0.906 |
0.595 |
|
|
1.216 |
0.302 |
||
|
d |
|
1.350 |
0.868 |
0.915 |
|
|
1.375 |
0.432 |
||
El tipo de sección se determina según lo expuesto en las tablas del apartado 10-F.5.3.
10-F.6.6.2 Cálculo del Criterio GB50017
La tensión de comparación obtenida se divide por la resistencia de cálculo del acero f para obtener un valor que es almacenado como el parámetro CRT_TOT en el fichero de resultados de CivilFEM. Este valor deberá estar comprendido entre 0.0 y 1.0 para que el elemento se considere válido desde el punto de vista de la norma GB50017, es decir, se debe cumplir que la tensión de comparación sea inferior a la resistencia de cálculo del acero.