Descripción
En este estudio, se investigó la resistencia a fuerza normal de las uniones de sección hueca circular (CHS) comparando los resultados del método de elementos finitos basado en componentes (CBFEM) con las normas europeas y americanas pertinentes (EN 1993-1-8 y AISC 360-22). También se realizaron comparaciones con el borrador de la nueva norma europea (Fpr EN 1993-1-8), que recoge el estado del arte más reciente.
El estudio verificó el rango completo de validez definido en los códigos de diseño. Este rango especifica el espectro de secciones transversales de unión cubiertas por las normas, basándose en propiedades geométricas y de material establecidas mediante investigación e investigaciones experimentales. Para las secciones huecas circulares (CHS), estas propiedades incluyen el diámetro, el espesor de pared y el grado del acero. El rango de validez garantiza que solo los modos de fallo previstos gobiernen la respuesta de la unión; por ejemplo, excluye los casos en los que el pandeo local pudiera influir en la resistencia de la unión.
El estudio evaluó un amplio conjunto de pares de secciones transversales utilizando tanto los procedimientos basados en normativa como el método de elementos finitos basado en componentes (CBFEM). Los análisis incluyeron variaciones en parámetros geométricos y de material, como las dimensiones de la sección transversal, el grado del acero, la precarga del cordón y el ángulo del ramal. Todos los cálculos se implementaron con scripts de Python y se ejecutaron en un entorno Python. Los análisis CBFEM se realizaron mediante la API REST de IDEA StatiCa Connection.
Resultados
EN 1993-1-8 y AISC 360-22 producen resultados prácticamente idénticos, ya que se basan en la misma metodología. Sin embargo, el borrador de norma Fpr EN 1993-1-8 introduce mejoras para las uniones de sección hueca circular (CHS). El borrador predice una resistencia generalmente menos conservadora que EN 1993-1-8 — hasta un 55% para los parámetros seleccionados — y sus resultados se correlacionan mejor con el método de elementos finitos basado en componentes (CBFEM).
Ejemplo de comparación de junta X entre CBFEM y Fpr EN 1993-1-8 con tensión normal en el cordón
Los resultados del CBFEM para los casos sin precarga del cordón se alinean generalmente con las disposiciones normativas. Sin embargo, cuando el elemento cordón está precargado, los resultados del CBFEM divergen de los códigos. Se realizará una investigación adicional para determinar si la función de reducción de resistencia actual de los códigos para cordones precargados requiere mejoras.
Ejemplos de verificación:
- Diseño de uniones de acero mediante elementos finitos basado en componentes: capítulo del libro CHS
- Diseño de uniones de acero mediante elementos finitos basado en componentes: capítulo del libro RHS
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