• Author / Uploaded
• skelletor69

Citation preview

1

DISEÑO DE ELEMENTOS EN COMPRESION

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

2

Introducción


Elementos sometidos a compresión pura • sólo compresión axial • flexión nula (compresión centrada)




En la realidad, las columnas están sometidas a: • cargas axiales excéntricas • cargas transversales


El diseño distingue: • columnas cortas • columnas intermedias • columnas largas DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

3

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

4

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

5

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

6

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

7

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

8

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

9

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

10

Columnas Largas

Presentan un comportamiento cuasi-elástico de pandeo







Tensión crítica de Euler σ cr λ = L/r , donde

π 2E = 2 λ

r = radio de giro L es la longitud de pandeo

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

11

Pandeo de Euler y Modos de falla

Falla por fluencia

σ

fy

Falla por pandeo Pandeo teórico de Euler λ1

λ

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

12

Curva de pandeo Adimensional

La curva de Euler puede ser expresada como σcr/fy versus λ/λ1 - una sola curva para toda λ y fy σ/fy

1

1

λ/λ1

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

13

Estudios Experimentales σ

Esbeltez intermedia

Esbeltez grande

fy Punto de inflexión

λ1

λ

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

14

Comportamiento de columnas “reales”
El

pandeo inelástico ocurre antes que el pandeo elástico (Euler) debido a las imperfecciones del elemento/material: –deformación inicial (out-of-straightness) –tensiones residuales –excentricidad de las cargas –endurecimiento por deformación

Las columnas de esbeltez intermedia son muy sensibles a los efectos de las imperfecciones




DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

15

Efecto de las imperfecciones en relación a la esbeltez


Columnas Largas (Esbeltas) – poco afectadas por imperfecciones – carga última de falla ≈ Carga de Euler (Pcr) – independente de la tensión de fluencia




Columnas Intermedias – las imperfecciones son importantes – carga última de falla menor que carga de Euler – las deformaciones iniciales y tensiones residuales son las imperfecciones más significativas DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

16

Tensiones Residuales

∼ 0 ,3 f y compresión

∼ 0 , 2 fy tracción

∼ 0 , 2 fy compresión

Por ej., debidas a laminación

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

17

Tensiones Residuales Perfiles laminados

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

18

Tensiones Residuales - Perfiles Soldados

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

19

Tensiones Residuales
Combinadas

con la carga axial producen fluencia parcial de la sección
Area efectiva reducida

+

N /A

o =

=

σR

σn < f y

fy

Combinación con carga axial DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

20

Deformación inicial, eo
Induce

flexión N

eo

e σ

B

N DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

21

Deformación inicial, eo

σmax > fy la sección se plastifica parcialmante

P


Si

Zonas de Fluencia

P DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

22

Efecto combinado de imperfecciones y carga axial
Esfuerzo

máximo - combinación de:

– Esfuerzo de flexión, σB – Tensiones residuales, σR – Esfuerzo axial , N/A σB

σR

N/A

+

+

σmax

=

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

23

Efecto de imperfecciones y tensiones residuales

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

24

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

25

AISC 2005

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

26

Curvas de Pandeo Norma Europea EC3 χ 1

a b c

0.5

d

1

2

3

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

λ

27

Curvas de Pandeo Norma Europea EC3


Curva de resistencia depende de – El tipo de perfil / sección – La dirección del pandeo (eje x o y) – El proceso de fabricación (laminado, soldado o plegado)

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

28

Factor de longitud Efectiva de Pandeo, K

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

29

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

30

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

31

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

32

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

33

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

34

Columnas de marcos rígidos Coeficiente de longitud efectiva de pandeo ABACOS - Hipótesis supuestas 1. Comportamiento elástico 2. Elementos prismáticos (EI constante) 3. Nudos rígidos 4. Marcos arriostrados: vigas en curvatura simple 5. Marcos no arriostrados:vigas en curvatura doble 6. Todas las columnas pandean simultáneamente 7. La restricción al giro del nudo se distribuye entre las columnas en proporción a Ic/Lc 8. La carga axial de las vigas es despreciable

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

35

Correcciones por condición de restricción al giro del extremo opuesto de la viga Marcos arriostrados (desplazamiento lateral despreciable): (Iv/Lv) x 1.5 si extremo lejano de la viga es rotulado (Iv/Lv) x 2.0 si extremo lejano de la viga es empotrado

Marcos No arriostrados (desplazamiento lateral significativo): (Iv/Lv) x 0.5 si extremo lejano de la viga es rotulado (Iv/Lv) x 0.67 si extremo lejano de la viga es empotrado

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

36

Correcciones por comportamiento en rango inelástico de la columna En el rango inelástico las columnas presentan una rigidez Et I donde

Et = Módulo de rigidez tangencial

El grado de “inelasticidad” está asociado a Pu/Py con Py = Fy Ag Utilizar Ec = τE

para evaluar

G = Σ(EcIc/Lc)/Σ(EIv/Lv) G = τ Σ(Ic/Lc)/Σ(Iv/Lv)

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

37

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

38

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

39

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

40

P= 0.07 k 3.2 k

3.8 k

4.9 k

7.2 k

7.6 k

Pult= 7.9 k

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

41

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

42

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

43

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

44

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

45

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

46

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

47

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

48

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

49

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

50

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

51

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

52

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

53

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

54

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

55

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

56

SECCION EFECTIVA

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

57

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

58

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

59

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO

60

DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO – Prof. ALEJANDRO VERDUGO