Cómo definir la posición correcta de la carga (Fuerzas en)

Articulación real vs articulación teórica

Para garantizar que el modelo computacional sea coherente con la forma real y el comportamiento estático de la unión, debemos considerar la forma del diagrama de momentos flectores y la ubicación de la fuerza cortante en la unión. Utilizaremos un ejemplo sencillo de una viga horizontal conectada a un pilar para mostrar las diferencias en el modelado de las uniones con momento y las uniones articuladas.

Unión con momento

Esta es la forma "real" esquemática de la unión con momento (izquierda) y su modelo estructural utilizado para el análisis (derecha).

En la pestaña Efectos de carga de IDEA StatiCa Connection, definimos las fuerzas que cada elemento de la unión ejerce sobre el nodo (normalmente el centro de la unión, la intersección de los ejes de los elementos). La tabla de la figura anterior también muestra las fuerzas que el elemento horizontal B ejerce sobre el pilar.  Los diagramas de los esfuerzos internos en el elemento horizontal son los siguientes.

Los momentos flectores a lo largo de los elementos se simplifican como lineales en IDEA StatiCa Connection. Al inicio del elemento conectado, se aplica el momento flector especificado y el momento progresa alejándose del nodo como una función lineal cuya pendiente está definida por la fuerza cortante especificada.

Vea el vídeo que analiza la distribución del momento flector y otra información importante.

Unión articulada

En el caso de una unión articulada, el momento flector en la unión es cero. Los diagramas del momento flector y la fuerza cortante en el elemento horizontal conectado mediante articulación se presentan en la siguiente figura. Se debe especificar la fuerza cortante V_z= -40 kN y momento flector cero M_y para inducir los esfuerzos internos correspondientes en la aplicación Connection. En este caso, decimos que la posición de la fuerza cortante (y por tanto la ubicación del momento flector cero) está en el nodo (centro de la unión).

La figura anterior corresponde a la situación teórica, donde la ubicación de la junta está directamente en el nodo (centro de la unión). Así es como normalmente se modela la unión articulada en un modelo de análisis global. Sin embargo, en una estructura real, el punto de rotación (articulación) está desplazado del centro de la junta (nodo). Considérese, por ejemplo, una unión viga-pilar a cortante atornillada con una placa de aleta vertical, donde puede asumirse que la junta está en el centroide del grupo de tornillos.

Como puede observarse en la siguiente figura, si la posición real de la junta no se tiene en cuenta en el modelo, existe un momento flector no nulo en la ubicación de la articulación real (izquierda en la figura). Esto es un error evidente. La forma de evitarlo es ajustar la posición de la fuerza cortante (y por tanto la ubicación del momento flector cero) en el elemento adjunto (a la derecha).

Configuración de la posición de las fuerzas

En la aplicación, la posición de la fuerza cortante puede definirse en la sección Modelo del elemento correspondiente. La diferencia entre estos dos casos se muestra aquí: 

Izquierda: Fuerzas en el nodo   Derecha: Fuerzas en los tornillos

En la situación de la izquierda, existe un momento flector en el punto de la articulación que provoca que el elemento gire hacia arriba. Este momento (originado por la fuerza cortante que crece linealmente desde el punto del nodo) induce el comportamiento incorrecto del elemento horizontal. 

Podemos corregir fácilmente la configuración desplazando la fuerza cortante para que actúe en la posición de la articulación. En tal caso (imagen de la derecha), la viga horizontal se deflecta como se esperaba.

La tercera opción es Fuerzas en posición. Para algunas operaciones, especialmente cuando se crea una unión como un conjunto de operaciones más básicas (p. ej., placa de rigidización, corte, cuadrícula de tornillos), la función Fuerzas en tornillos no tiene ningún efecto y no hay desplazamiento del momento flector cero hacia la articulación supuesta.

Por lo tanto, se debe elegir el método Fuerzas en posición e introducir la distancia X apropiada.

Desde la versión 23.1, hemos añadido una opción para definir el cortante para una posición en la cara del elemento. Lea el artículo correspondiente para obtener más información sobre Entrada y visualización de la posición de la fuerza cortante.

Las uniones articuladas se denominan frecuentemente uniones a cortante. Debe destacarse que la posición de la fuerza cortante puede variar de un tipo de unión a cortante a otro y no puede asumirse universalmente que el momento flector cero está en el centro de gravedad del grupo de tornillos. El artículo Cuando la unión a cortante transmite el momento flector analiza con más detalle las diferencias entre los distintos tipos de uniones a cortante.

Grabación del webinar

Vea las grabaciones de nuestros webinars anteriores donde se analiza la posición de la fuerza cortante. 

La posición de los esfuerzos internos nodales que obtenemos de un modelo estructural puede estar desplazada del origen por excentricidades. Este efecto subestima los esfuerzos internos que actúan en la unión. Veamos cómo cambiar la posición de los esfuerzos internos directamente en la operación y evitar resultados incorrectos.