150X50X15
En este capítulo se documentará los resultados de los modelos de elementos finitos de vigas-columnas sometidas a la acción de una carga axial unitaria. Se empleará un buckling analysis para saber cuál es el factor de carga crítico para una viga-columna: con soldadura continua; con una soldadura de 5 cm y 36 de espaciamiento; con una soldadura de 10cm y 30cm de espaciamiento; con una soldadura de 23cm y 15cm de espaciamiento; y finalmente un análisis con los 2 perfiles sin conexión alguna. Se comparará los efectos de la cantidad de longitud soldada a lo largo de la viga-columna analizando la variación del factor de carga crítico de pandeo para cada caso. Esto nos servirá para tener una idea del funcionamiento e influencia de este tipo de sistema constructivo dentro de un elemento estructural. Todas las columnas a analizar tienen una longitud de 250cm y se aplica restricciones del tipo articulado-articulado en los extremos de las columnas.
Análisis de pandeo de la sección cajón proveniente de dos perfiles 150x50x15 con soldadura intermitente, espaciamiento 36cm y cordón de 5cm
Se ensambló una columna con 14828 elementos Shell S4R, lo que da un total de 15468 nodos cada uno con 6 grados de libertad. Se consideró el radio de curvatura de los
perfiles G. El espesor de la columna es de 4 mm. En la siguiente figura se muestra la configuración de este sistema de soldadura, las circunferencias de color tomate representan la conexión:
Figura 51. Configuración de soldadura intermitente. 36 cm espaciamiento con 5 cm de soldadura. Fuente: Elaboración propia
En la siguiente figura se muestra una vista isométrica de la deformada del análisis de pandeo y su correspondiente factor de carga.
Figura 52. Vista isométrica. Primer modo de pandeo. Espaciamiento 36cm. Fuente: Elaboración propia
En la figura 52 se puede observar que el modo de pandeo dominante es global, o pandeo flexionante. El factor de carga crítico es de 8.47399E+5. La exageración de la imagen deformada está a una escala de 0.1: 1.
En la siguiente imagen podemos observar como las deformaciones en el eje X (U1) se concentran principalmente en los puntos de la columna que no poseen soldadura. Este fenómeno ocasiona que la rigidez de la columna en el plano XZ no sea constante a lo largo de la misma.
Figura 53. Vista lateral. Primer modo de pandeo. Espaciamiento 36cm. Fuente: Elaboración propia
En la figura 54 se puede observar la parte interior de la columna. Es fácil notar que en las partes donde no existe soldadura se generan desplazamientos en el eje X. Se puede observar que los labios de los perfiles G ligeramente se separan.
Figura 54. Vista interior de columna. Labios se separan en secciones que no existe soldadura. Fuente: Elaboración propia
Análisis de pandeo de la sección cajón proveniente de dos perfiles 150x50x15 con soldadura intermitente, espaciamiento 30cm y cordón de 10cm
Se ensambló una columna con 14828 elementos Shell S4R, lo que da un total de 15468 nodos cada uno con 6 grados de libertad. Se consideró el radio de curvatura de los perfiles G. El espesor de la columna es de 4 [mm]. En la siguiente figura se muestra la configuración de este sistema de soldadura, las circunferencias de color tomate representan la conexión:
Figura 55. Configuración de soldadura intermitente. 30 cm espaciamiento con 10 cm de soldadura. Fuente: Elaboración propia
En la siguiente figura se muestra una vista isométrica de la deformada del análisis de pandeo y su correspondiente factor de carga.
Figura 56. Vista isométrica. Primer modo de pandeo. Espaciamiento 30cm. Fuente: Elaboración propia
En la figura 56 se puede observar que el modo de pandeo dominante es global, o pandeo flexionante. El factor de carga crítico es de 8.60332E+5. La exageración de la imagen deformada está a una escala de 0.25: 1.
En la siguiente imagen podemos observar como las deformaciones en el eje X (U1) se concentran principalmente en los puntos de la columna que no poseen soldadura. Este fenómeno ocasiona que la rigidez de la columna en el plano XZ no sea constante a lo largo de la misma.
Figura 57. Vista lateral. Primer modo de pandeo. Espaciamiento 30cm. Fuente: Elaboración propia
En la figura 58 se puede observar la parte interior de la columna. Es fácil notar que en las partes donde no existe soldadura se generan desplazamientos en el eje X. Se puede observar que los labios de los perfiles G ligeramente se separan.
Para fines de observación se muestra el segundo modo de pandeo en la figura 59. Para que se pueda observar como los perfiles se separan en un punto en particular donde no existe soldadura debido al espaciamiento.
Figura 58. Vista interior de columna. Labios se separan en secciones que no existe soldadura. Fuente: Elaboración propia
Figura 59. Segundo modo de pandeo. Columna con espaciamiento 30cm y soldadura 10cm. Fuente: Elaboración propia
Análisis de pandeo de la sección cajón proveniente de dos perfiles 150x50x15 con soldadura intermitente, espaciamiento 15cm y cordón de 23cm
Se ensambló una columna con 14828 elementos Shell S4R, lo que da un total de 15468 nodos cada uno con 6 grados de libertad. Se consideró el radio de curvatura de los perfiles G. El espesor de la columna es de 4 [mm]. En la siguiente figura se muestra la configuración de este sistema de soldadura, las circunferencias de color tomate representan la conexión:
Figura 60. Configuración de soldadura intermitente.15 cm espaciamiento con 23 cm de soldadura. Fuente: Elaboración propia
En la siguiente figura se muestra una vista isométrica de la deformada del análisis de pandeo y su correspondiente factor de carga.
Figura 61. Vista isométrica. Primer modo de pandeo. Espaciamiento 15cm. Fuente: Elaboración propia
En la figura 61 se puede observar que el modo de pandeo dominante es global, o pandeo flexionante. El factor de carga crítico es de 9.0216E+5. La exageración de la imagen deformada está a una escala de 0.1: 1.
En la siguiente imagen podemos observar como las deformaciones en el eje X (U1) se concentran principalmente en los puntos de la columna que no poseen soldadura. Sin embargo, se puede observar que los desplazamientos se distribuyen con mayor suavidad que en los casos anteriores. Los casos de columnas con espaciamientos de 36 y 30 [cm]
muestran concentraciones de desplazamientos más pronunciadas en estas regiones. Estos últimos son menores en casi un sexto, comparado con la columna con espaciamiento de 30cm
Figura 62. Vista lateral. Primer modo de pandeo. Espaciamiento 15cm. Fuente: Elaboración propia
En la figura 63 se puede observar la parte interior de la columna. A diferencia de los casos anteriores, esta columna tiene una separación de labios mucho menor lo cual es favorable, debido a que la rigidez a lo largo del elemento no varía significativamente. Esto aporta a que se rigidice adecuadamente al elemento frente a fallas locales en los patines.
Figura 63. Vista interior de columna, espaciamiento 15cm. La separación de los labios es mínima. Fuente: Elaboración propia
Análisis de pandeo de la sección cajón proveniente de dos perfiles 150x50x15 con soldadura continua, esto es 0cm de espaciamiento
Se ensambló una columna con 14828 elementos Shell S4R, lo que da un total de 15468 nodos cada uno con 6 grados de libertad. Se consideró el radio de curvatura de los perfiles G. El espesor de la columna es de 4 [mm]. En la siguiente figura se muestra la configuración de este sistema de soldadura, las líneas de color rojo representan la conexión:
Figura 64. Configuración de soldadura continua. Fuente: Elaboración propia
En la siguiente figura se muestra una vista isométrica de la deformada del análisis de pandeo y su correspondiente factor de carga.
Figura 65. Vista isométrica. Primer modo de pandeo. Soldadura continua. Fuente: Elaboración propia
En la figura 65 se puede observar que el modo de pandeo dominante es global, o pandeo flexionante. El factor de carga crítico es de 9.07399E+5. La exageración de la imagen deformada está a una escala de 0.25: 1. Es la columna con mayor carga crítica de pandeo, esto es coherente puesto que la soldadura continua brinda la mayor rigidez que el resto de sistemas.
Figura 66. Vista lateral. Primer modo de pandeo. Soldadura continua. Fuente: Elaboración propia
En la figura 66 se muestra una vista lateral de la columna. Los efectos de las concentraciones de desplazamientos alrededor de las zonas sin soldadura de los casos anteriores desaparecen. La deformación se muestra uniforme.
La figura 67 muestra el interior del perfil, los labios de los perfiles G están totalmente pegados. No existe separación entre ellos a lo largo de la columna; esto colabora a la estabilidad de la columna.
Figura 67. Vista interior de columna, soldadura continua. Labios compactos. Fuente: Elaboración propia
Análisis de pandeo de la sección cajón proveniente de dos perfiles 150x50x15 sin ningún tipo de soldadura
Se ensambló una columna con 14828 elementos Shell S4R, lo que da un total de 15468 nodos cada uno con 6 grados de libertad. Se consideró el radio de curvatura de los perfiles G. El espesor de la columna es de 4 [mm]. En la siguiente figura se muestra una vista lateral de la deformada del análisis de pandeo y su correspondiente factor de carga.
Figura 68. Vista Lateral. Primer modo de pandeo. Sin soladura. Fuente: Elaboración propia En la figura 68 se puede observar que el modo de pandeo dominante es global, o pandeo flexionante. El factor de carga crítico es de 4.8744E+5. La exageración de la imagen deformada está a una escala de 0.25: 1. Se pudo notar que la forma de pandeo no se asemeja a la clásica curva definida por Euler (primer armónico), el valor de Pcr/P es menor casi a la mitad del valor con soldadura completa.
En la siguiente imagen podemos observar como las deformaciones en el eje X (U1) se concentran en el centro de la viga; esto es justo en la junta de los 2 perfiles. Debido a que no existe soldadura alguna, los labios de los perfiles intentan resbalar el uno sobre el otro.
Figura 69. Vista lateral. Primer modo de pandeo. Sin soldadura. Fuente: Elaboración propia
En la figura 70 se puede observar la parte interior de la columna. Claramente se puede observar como los labios de los perfiles se deslizan el uno con el otro.
Figura 70. Vista interior de columna, sin soldadura. Los labios se deslizan Fuente: Elaboración propia
Influencia del espaciamiento de soldadura en el comportamiento de pandeo de la columna
La tabla 11 agrupa los valores de la variación en porcentaje del factor de carga con respecto a la columna de soldadura continua (La mejor sección cajón del estudio) versus el espaciamiento de soldadura. Primero, el factor de carga de la columna sin soldar varía en un 86.15%. Segundo, la columna con un espaciamiento de 36cm varía en un 7.08%. Tercero, la columna con un espaciamiento de 30cm varía en un 5.47%. Mientras que la columna con un espaciamiento de 15cm muestra una variación del 0.58%. Esta última se
acerca rápidamente al comportamiento de la columna de soldadura continua. Para
mayor claridad, ver figura 71 y 72.
Tabla 11. Variación del factor de carga con respecto a espaciamiento de soldadura. Fuente: Elaboración propia
Longitud total sin soldadura Espaciamiento
de soldadura Factor de Carga
Variación con respecto a soldadura continua 250 250 4,87E+05 86,15 % 216 36 8,47E+05 7,08 % 180 30 8,60E+05 5,47 % 90 15 9,02E+05 0,58 % 0 0 9,07E+05 0,00 %
Figura 71. % Variación del factor de carga vs. Longitud total sin soldadura. Fuente: Elaboración Propia
Figura 72. Factor de carga vs. Longitud total sin soldadura. Fuente: Elaboración propia 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 0 50 100 150 200 250 300
% Variación del factor de carga vs.
Longitud total sin soldadura
% Variación del factor de carga vs. Longitud total sin soldadura
0,00E+00 2,00E+05 4,00E+05 6,00E+05 8,00E+05 1,00E+06 0 50 100 150 200 250 300
Factor de carga vs. Longitud total sin
soldadura
CAPÍTULO V. SIMULACIÓN PUSHOVER DE ABAQUS Y ANÁLISIS DE