Uniones metálicas con elementos de contacto y shell no lineales

1. Uniones metálicas con elementos de
contacto y shell no lineales
CSI Spain

2. Unión viga-pilar (ejemplo)
5.50 m
3.50 m
Frame
Frame
Frame
Shell
Shell
Shell

3. Unión viga-pilar (ejemplo)
Chapa 15mm
Chapa 12mm
Chapa 15mm HEA 240
6 Tornillos M20
Clase 8.8
HEB 260
Acero S235

4. Conectividad frame / shell
WELD
Generación de múltiples constraints de cuerpo rígido
Utilización del constraint tipo WELD – nos ahorramos la
necesidad de definición de 3 constreñimientos independientes
para cada una de las transiciones frame/shell.

5. Elementos de contacto

6. Modelado de tornillos
Área de la sección lisa del tornillo – A = px202/4 = 314.2 mm2
Área de la sección resistente – As = 244.8 mm2≈ px17.72/4

7. Modelado de tornillos

8. Modelado de tornillos

9. Comportamiento no lineal de las chapas
Shell – Layered/Nonlinear
Para las chapas con esfuerzos significativos de flexión fuera del plano (ej. chapa frontal y alas de
los perfiles), aumentar la discretización a lo largo del espesor de los elementos.

10. Rigidez de las conexiones viga-pilar modeladas
a través de frames
Cálculo de la relación momento rotación de la unión modelada con elementos Shell (diapositivas
anteriores):
• Obtención de la variación de rotaciones entre el pilar y la viga en la zona de unión para los
diferentes Steps de un análisis no lineal, a través de la definición de un Generalized Displacement;
• Obtención del momento flector en el extremo de la viga para los diferentes Steps del mismo
análisis no lineal, a través de la definición de un Section Cut.

11. Análisis lineal:
• Cálculo de la rigidez secante de la unión obtenida en el final de un análisis no lineal;
• Asignación de un Frame Release con la rigidez secante al extremo de la viga en cuestión;
• Asignación de End Length Offsets automáticos a la viga para que la rótula elástica sea modelada en
la cara del pilar;
• Repetir los pasos 1 y 2 hasta que los momentos obtenidos en las uniones modeladas con frames y
shells coincidan.
Sj = 82.6428 / 0.011952 = 6914.56 kN/rad
Rigidez de las conexiones viga-pilar modeladas
a través de frames

12. Análisis no lineal:
• Utilizar dos análisis pushover para determinar las relaciones
momento rotación completas para momentos positivos y
negativos;
• Definir un elemento Link de comportamiento MultiLinear con
las relaciones calculadas en el paso anterior;
• Dibujar el link para unir todas las piezas del modelo con un
tipo de unión similar;
• Como alternativa, podemos modelar la unión como una rótula
plástica (hinge momento-rotación), asumiendo
simplificadamente un comportamiento bi o trilineal.
Alternativa - Hinge
Rigidez de las conexiones viga-pilar modeladas
a través de frames

13. Resultados

14. Tornillos
1er fila
Deformación plástica = 0.2mm
(0.6%)
6 tornillos M20 – 8.8 sin pretensar
Esfuerzos axiles (kN) Esfuerzos cortantes (kN)

15. Tornillos
1er fila
Deformación plástica = 0.9 mm
(2.8%)
2º fila
Deformación plástica = 0.2mm
(0.6%)
6 tornillos M16 – 8.8 sin pretensar
Esfuerzos axiles (kN) Esfuerzos cortantes (kN)

16. 1er fila
Deformación plástica = 0.25mm
(0.8%)
6 tornillos M20 – 8.8 pretensados (F = 0.8xFp,c = 109.7 kN)
Esfuerzos axiles (kN) Esfuerzos cortantes (kN)
Tornillos

17. Reacciones de contacto chapa/pilar
Chapas con comportamiento no lineal (Shell NL)Chapas con comportamiento lineal (Shell)
Aumento general de las
reacciones, suavizado de la
reacción de pico en la zona
del rigidizador y consecuente
reducción del brazo debido a
la plastificación de las
chapas.

18. Tensiones en los elementos shell
Cara superior Cara inferior
Cara derechaCara izquierda

19. Cara superior Cara inferior
Cara inferiorCara superior
Tensiones en los elementos shell

20. Chapas con comportamiento lineal
Chapas con comportamiento
no lineal (Shell NL)
Tensiones en los elementos shell
Cara media

21. Suavizado general de los picos
de tensiones y consecuente
redistribución de esfuerzos
Chapas con comportamiento no lineal (Shell NL)Chapas con comportamiento lineal
Tensiones en los elementos shell

22. Relación momento-rotación de la unión
Excel