IV. Pandeo y resistencia última de columnas

Documentos relacionados
III. Análisis de marcos

CURVATURA EN COLUMNAS

LISTA DE SÍMBOLOS. Capítulo 2 EJEMPLOS Y TEORIA DE LAS VIBRACIONES PARAMÉTRICAS 2.1 Introducción T - Periodo Ω - Frecuencia a- parámetro b- parámetro

Ejemplo: Uso del perfil IPE como correa simplemente apoyada

Nombre de la asignatura: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO

CURSO DE ESTRUCTURAS METALICAS Y CONEXIONES.

Ejemplo: Columna continua en un edificio de varias plantas utilizando secciones H o RHS

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO

N brd = χ A f yd. siendo:

C 6.1. ESTADOS LÍMITES PARA SOLICITACIONES DE FLEXIÓN Y DE CORTE

CAPÍTULO IV: ANÁLISIS ESTRUCTURAL 4.1. Introducción al comportamiento de las estructuras Generalidades Concepto estructural Compo

T P Nº 10 - DEFORMACIONES DE ELEMENTOS FLEXADOS

I.- DATOS DE IDENTIFICACIÓN Nombre de la asignatura Estructuras de Acero I. (480)

Diseño de estructuras de Concreto Reforzado 1. Ejercicios resueltos del capítulo 03 del libro de Arthur Nilson.

ELEMENTOS CON CHAPA CONFORMADA EN FRÍO. Secciones Tubulares. Secciones Abiertas

Introducción a las Estructuras

Calcular el momento en el apoyo central, y dibujar los diagramas de esfuerzos. 6 m

CÁLCULOS EN ACERO Y FÁBRICA

TRABAJO PRACTICO N 6 COLUMNAS ARMADAS

Tablas de Engranajes

ICNC: Diseño de sistemas de arriostramiento transversal y fuera de plano para estructuras aporticadas

Dr. Bernardo Gómez González

CFGS CONSTRUCCION METALICA MODULO 246 DISEÑO DE CONSTRUCCIONES METALICAS

RESOLUCIÓN DE UNA NAVE INDUSTRIAL

La transformada de Laplace como aplicación en la resistencia de materiales

YAMID RIVERA P0RRAS JUAN JAVIER MORA GONZALES WILMER MANUEL CONTRERAS ROA ROLAND RODRIGUEZ VILLAMIZAR PROFESOR : JOSÉ MANUEL RAMÍREZ QUINTERO

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES

2- El flujo de un campo vectorial se define para una superficie abierta o cerrada?

CÓDIGO TÉCNICO de la EDIFICACIÓN DB SE-A Seguridad Estructural: Acero

ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE ING. DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS ASIGNATURA: PROCEDIMIENTOS ESPECIALES DE CIMENTACION PLAN 83/84/ 6ºCURSO / AÑO 10/11

Anejo 1. Teoría de Airy. Solución lineal de la ecuación de ondas.

CAPÍTULO 2. RESISTENCIAS PASIVAS

Viga carril de puente grúa. Sección Doble Te de simple simetría. Aplicación Capítulos A, F, K y Apéndices B, F y K.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN DE LA INTEGRACIÓN APROXIMADA DE LAS ECUACIONES DIFERENCIALES DE EQUILIBRIO

Módulo 8 Inestabilidad elástica

MEMORIA ESTRUCTURAS METÁLICAS

4.-CALCULOS CONSTRUCTIVOS.

CENTRIFUGACIÓN. Fundamentos. Teoría de la centrifugación

Arcos planos. J. T. Celigüeta

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

Coeficiente de oscilación de la línea sumaria de contacto en los engranajes cilíndricos helicoidales

T2.2 Estructuras de barras

Algunas Distribuciones Continuas de Probabilidad. UCR ECCI CI-1352 Probabilidad y Estadística Prof. M.Sc. Kryscia Daviana Ramírez Benavides

Efectos del Viento y Sismos en Equipos Verticales. Entendiendo las Cargas de Viento y Sismo en Equipos Verticales. Presentado por: Intergraph

STEEL BUILDINGS IN EUROPE. Edificios de acero de una sola planta Parte 6: Diseño detallado de pilares compuestos

Pontificia Universidad Católica del Ecuador

PRÁCTICA 1: NEUMÁTICA CONVENCIONAL: Consulta de catálogos comerciales

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

MÉTODO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE PILAS ESBELTAS EN PUENTES

V. Resistencia estructural del buque

Pórticos espaciales. J. T. Celigüeta

RESISTENCIA DE MATERIALES II.

ALINEAMIENTO HORIZONTAL

Campo de velocidades se puede representar mediante una función potencial φ, escalar

Resistencia de Materiales 1A. Profesor Herbert Yépez Castillo

Resistencia de Materiales 1A. Profesor Herbert Yépez Castillo

PROBLEMAS DE ONDAS. Función de onda, Autor: José Antonio Diego Vives. Documento bajo licencia Creative Commons (BY-SA)

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE INGENIERÍA CAMPUS I MECÁNICA DE MATERIALES II

CAPÍTULO F. VIGAS Y OTRAS BARRAS EN FLEXIÓN

Ecuaciones diferenciales de Equilibrio

1.1 Introducción Las ecuaciones diferenciales como modelos matemáticos

Clasificación de los perfiles tubulares de acero S 275 en clases de sección según los criterios del DB SE-A del CTE

4. Refuerzo a cortante

Estática de Vigas. 20 de mayo de 2006

Capítulo VI. Análisis de Fracturas

Facultad de Ciencia, Tecnología y Ambiente Departamento de Desarrollo Tecnológico Programa de la Asignatura Mecánica de Sólidos II

CI 32B ANALISIS DE ESTRUCTURAS ISOSTATICAS 10 U.D. REQUISITOS: FI 21A, MA 22A DH:(3,0-2,0-,5,0) Obligatorio de la Licenciatura en Ingeniería Civil

Cálculo en varias variables

EJERCICIO 1. Trazar diagramas de momento flector y corte, y calcular las máximas tensiones que ocurren en la viga simplemente apoyada m. 0.

Viga en movimiento. Leonardo da Vinci.

FLEXION Y COMPRESION PARALELA

Curvas esfuerzo-deformación para concreto confinado. Introducción

CFGS CONSTRUCCION METALICA MODULO 246 DISEÑO DE CONSTRUCCIONES METALICAS

13.00 Introducción a la ciencia y tecnología oceánica Soluciones del boletín de problemas 4

LABORATORIO DE FENÓMENOS COLECTIVOS

3.- RESISTENCIA A FLEXION DE PERFILES W LAMINADOS EN CALIENTE

II. Resortes Mecánicos

1. INTRODUCCIÓN. 1.1 Preámbulo

L=1,85. a) Suponemos que la viga tiene sólo una masa puntual para asimilarlo al comportamiento de un muelle de constante elástica:

Tema 5: Elementos de geometría diferencial

Elementos de análisis

TEMA 3. BASES DEL DISEÑO MECÁNICO CON MATERIALES.

CAPÍTULO 3 ASPECTOS MICROMECANICOS DE LA ROTURA DE MATERIALES COMPUESTOS

PROGRAMA INSTRUCCIONAL

MECANICA DE LOS FLUIDOS

MEMORIA DESCRIPTIVA DE CÁLCULO. ESTRUCTURA.

Ejemplos del temas VII

Carrera: Ingeniería civil CIF 0512

MATERIALES DIELÉCTRICOS

DOCUMENTO DA1 ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DE MADRID 1 / 5 UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

CAPÍTULO III Electrostática

LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO RESISTIVIDAD

7. PÉNDULO DE TORSIÓN

VI. Segunda ley de la termodinámica

Datos: a = 1 2m q = 800 kg/m E = kg/cm 2. ************************************************************************

Andrés García Rodríguez. I.E.S. Enrique Nieto Tecnología Industrial II

EJEMPLO DE APLICACIÓN

ε = = d σ (2) I. INTRODUCCIÓN

Transcripción:

Objetivos: 1. Análisis de sujetas a cargas axiales y/o a cargas laterales. 1. Revisión de la teoría básica. Columnas ideales La carga última P ult es la carga máxima que una columna puede soportar, y depende de la excentricidad inicial de la columna, de la excentricidad de la carga, de las cargas transversales, de las condiciones de frontera, del pandeo local o lateral, y de los esfuerzos residuales. La carga de pandeo de Euler, por otro lado, es una cantidad idealizada que no toma en cuenta los factores antes mencionados con excepción de los diferentes tipos de condiciones de frontera que se contabilizan al utilizar una longitud efectiva L e : PPT elaborado por Arturo Arosemena = π EI L e La expresión anterior es el valor característico en la solución de la siguiente ecuación diferencial: d w dx + Pw EI = 0 Donde w representa la deflexión, E el modulo de Young, e I el segundo momento de área con respecto a la sección transversal. Producto de los factores mencionados, la carga última de una columna real será inferior a la carga de pandeo de Euler. Y estrictamente hablando, una transición repentina a una forma flexionada solo ocurre en el caso de ideales. 1

1. Revisión de la teoría básica. Esfuerzos residuales -Secciones roladas. En secciones roladas al caliente, el enfriamiento desproporcional entre la raíz del patín y la punta del patín produce esfuerzos residuales en el primer caso de tensión y en el segundo de compresión. Este efecto depende principalmente de la geometría. Las partes de sección transversal que tienen un esfuerzo residual de compresión comienzan a ceder cuando el esfuerzo promedio aplicado alcanza un valor de σ y σ r, lo que reduce considerablemente a σ ult. Donde σ y es el esfuerzo de cedencia, σ r el residual de compresión, y σ ult el correspondiente a la carga última aplicada.

1. Revisión de la teoría básica. Esfuerzos residuales -Secciones soldadas. La distribución de esfuerzos residuales producto de la soldadura es en general bastante distinta a la que se tiene producto de rolado caliente, a pesar que ambas dependen de gradientes de temperatura. Durante la soldadura el metal está en un estado perfectamente plástico. Cerca de la soldadura se tendrá esfuerzo residual de tensión aproximadamente igual al esfuerzo de cedencia del material. Excentricidad: factor magnificador En la práctica las no son perfectamente rectas ni presentan una carga actuando de forma perfecta axialmente. En la figura anterior se muestra una columna pivotada con una deflexión inicial δ(x) y una deflexión adicional w(x) producto de la carga axial. Para deflexiones pequeñas la ecuación que gobierna el movimiento sería: d w dx + I δ + w = 0 Y para esta ecuación diferencial, se puede demostrar que existe un factor magnificador φ de manera tal que la deflexión total w 3 T sea igual a:

1. Revisión de la teoría básica. Excentricidad: factor magnificador Donde φ: w T = w + δ = φδ φ = P De igual forma, pueden darse excentricidades de la carga que está siendo aplicada. Los dos tipos de excentricidades (aplicación de carga y geometría inicial de la columna) pueden ser superpuestas siempre y cuando se utilice el factor magnificador apropiado para cada una. Si los factores magnificadores se graficarán para valores de P < 0.5 se observaría que dichos factores difieren en menos del 1% y por lo tanto es más simple hacer el análisis para deflexiones iniciales empleando la excentricidad total Δ = δ + e. En este caso el factor magnificador será igual a: φ = sec π P 4

1. Revisión de la teoría básica. Excentricidad: factor magnificador De la figura anterior, también puede deducirse que el esfuerzo máximo de compresión σ max será igual a: σ max = P A + PφΔ Z Donde Z es el módulo de sección de la parte sujeta a compresión. La expresión anterior, también puede ser re escrita como: σ max = P A 1 + φ Δ r c Donde r c = Z/A es la razón del núcleo y razón de excentricidad. Δ r c la Si la excentricidad es lo suficientemente grande causará esfuerzos de flexión lo suficientemente significativos como para eclipsar los esfuerzos residuales. La selección de Δ para propósitos de diseño es importante, y se suele relacionar la razón de excentricidad en función de la razón de esbeltez. r c = α L ρ Donde ρ = I/A es el radio de giro. Aquí L debe ser remplazada por L e en caso tal de que la columna no este simplemente apoyada en uno de sus extremos.. Fórmulas de diseño de. Fórmula de Perry-Robertson Esta fórmula se basa en que la columna fallará cuando el esfuerzo máximo de compresión alcance el esfuerzo de cedencia. σ max = σ Y = P ult A 1 + P ult α L ρ 5

. Fórmulas de diseño de. Fórmula de Perry-Robertson Lo que en función de esfuerzo estaría dado por: σ Y = σ ult 1 + 1 1 σ ult σ E Sí se define la razón de resistencia de la columna R, la razón de excentricidad de la columna como η, y el parámetro de esbeltez de la columna como λ: R = σ ult σ y, η = α L ρ, λ = σ y σ E = L πρ La expresión anterior podría re escribirse en forma adimensional: 1 = R 1 + α 1 1 Rλ η L ρ σ y E 1 R 1 Rλ = ηr La cual es una función cuadrática de R y cuya solución general estaría dada por: R = 1 1 + 1 + η λ 1 4 1 + 1 + η λ 1 λ En la siguiente figura se muestra el caso de la fórmula de Perry-Robertson en donde α = 0.003 y se tiene acero comercial ( E σ Y = 1000) Curvas de diseño precisas Extensiva investigación experimental ha demostrado que diferentes secciones significativamente difieren en su curva de colapso, parcialmente debido a geometría y parcialmente debido a esfuerzos residuales. 1 R 1 = η 1 Rλ 1 R R = η 1 Rλ 6

7

. Fórmulas de diseño de. Curvas de diseño precisas Los resultados han mostrado que una sola curva de diseño como la de Perry-Robertson no puede representar con precisión todos los tipos de sección. En cambio es necesario tener diferentes conjuntos de curvas para cada tipo de sección, cada curva correspondiente a un grado particular del acero. Por ejemplo una viga universal (en I o en H ) tiene un conjunto de curvas diferentes a las de un tubo de pared delgada y debe ser trata acordemente. La fórmula de Perry-Robertson aún puede ser usada como base para estas curvas, solo que se emplean diferentes valores de α para los diferentes tipos de secciones. Vea la sección 11. de su libro de texto para más detalles. 3. Efecto de las cargas laterales: -vigas. Uso del factor magnificador Se puede demostrar que para una columna pivotada sujeta a una carga lateral uniforme q(x) y a una carga axial P la solución exacta para la deflexión máxima w max estaría dada por: Donde ξ: w max = 5qL4 384EI 4 5ξ 4 ξ = L ξ sec ξ 1 P EI Para ver la deducción de la ecuación anterior refiérase a la sección 1.5 del libro Theory of Elastic Stability de S.P. Timoshenko y J.M. Gere. El primer factor, δ 0 = 5qL 4 384EI, es la deflexión central de un miembro cargado lateralmente con extremos pivotados y sin carga axial. Por lo tanto el segundo término da el efecto que tiene la carga axial sobre la deflexión central. Es el factor magnificador para la deflexión de la condición de carga y de extremos considerada. 8

3. Efecto de las cargas laterales: -vigas. En una viga-columna supondremos el momento Uso del factor magnificador flector máximo M max es la suma del momento flector producto de la carga lateral M 0 más aquel De igual forma, el momento flector máximo M max momento flector producto de la excentricidad (que para este caso estaría dado por: incluye la deflexión producto de la carga lateral δ 0 ): M max = ql 8 1 sec ξ ξ Nuevamente el factor (ql ) 8 es el momento flector máximo sin la presencia de carga lateral, y el término en paréntesis representa al factor magnificador en este caso. Este factor es diferente al de deflexión y se puede demostrar que para cada combinación de carga y condición de los extremos abra un factor magnificador diferente. Por lo tanto, y por simplicidad, el enfoque usual al tratar con cargadas lateralmente es utilizar el factor magnificador derivado previamente φ. φ = P M max = M 0 + Pφ δ 0 + Δ Y el esfuerzo máximo de compresión respectivo sería: σ max = P A + M max Z Para comprobar lo anterior, considere que la columna soporta una carga lateral q y que la carga axial P = 0.5. Consideraremos que no hay excentricidad = 0 para así comparar la solución exacta del caso considerado. M max = ql 8 Sea M 0 = (ql ) 8. 1 sec ξ ξ 9

3. Efecto de las cargas laterales: -vigas. Uso del factor magnificador ξ = L P EI = π P M max = M 0 + P = 0.5 = 0.5 π L 0.5 π L EI EI 5L 48EI M 0 M max.0808 M 0 ξ = π Consecuentemente: 0.5 1.1107 M max = M 0 1 sec ξ ξ.0994 M 0 Empleando la suposición considerada: M max = M 0 + Pφ δ 0 + Δ φ = 0.5 = Lo que da un resultado similar al calculado por medio de la solución exacta. Similar al caso en donde no se tenían cargas laterales, se supondrá la columna fallara una vez el esfuerzo máximo de compresión alcance la cedencia. σ max = σ Y = P ult A + M 0 Z + P ultφ δ 0 + Δ Z Lo que tras definir los parámetros adimensionales: δ 0 = 5qL4 384EI = ql 8 5L 48EI R = σ ult σ y, η = α L ρ, λ = σ y σ E = L πρ σ y E, μ = M 0 Z σ Y δ 0 = 5L 48EI M 0 10

3. Efecto de las cargas laterales: -vigas. Uso del factor magnificador Lleva a una expresión análoga a la de Perry- Robertson que puede ser resuelta para R: 1 R μ 1 Rλ = ηr Vea las figuras 11.14a-11.14c del libro de texto. Viga-columna empotrada Si los extremos de la viga-columna están restringidos rotacionalmente abra un momento flector en dichos extremos M e y el esfuerzo debe ser calculado tanto en los extremos como en el centro, ya que es posible que la cedencia por compresión en un patín ocurra primero en los extremos. Esto es particularmente probable en el caso de vigas de cubierta y cuadernas de costado. El análisis no es significativamente distinto al presentado en la subsección de uso de factor magnificador. Para más detalles refiérase al final de la sección 11.3 de su libro de texto. 11