Pandeo en estructuras metálicas ligerasPandeo en estructuras metálicas ligeras

Laboratorio de Cálculo Numérico (LaCàN)Laboratorio de Cálculo Numérico (LaCàN)

wwwwww--lacan.upc.eslacan.upc.es

2

Edificaciones de 1 ó 2 plantasEdificaciones de 1 ó 2 plantas

3

Superficie típica: 120 m2 Superficie típica: 120 m2

4

Atractivos diseñosAtractivos diseños

5

Lujosos acabadosLujosos acabados

Aspectos clave:Aspectos clave:1. 1. Estructura ligera de acero galvanizadoEstructura ligera de acero galvanizado

6

Perfiles de chapa de acero de 1 mm de espesorPerfiles de chapa de acero de 1 mm de espesor

Aspectos clave:Aspectos clave:2. 2. Sistemas de unión no convencionalesSistemas de unión no convencionales

7

Tornillos convencionales / tornillos autoroscantes Tornillos convencionales / tornillos autoroscantes clinchados / remaches / otrosclinchados / remaches / otros

Aspectos clave:Aspectos clave:3. 3. CerramientosCerramientos

8

Paneles estructurales prefabricadosPaneles estructurales prefabricados

Pandeo de pilares metálicos ligerosPandeo de pilares metálicos ligeros

Ensayos experimentalesEnsayos experimentales

9

Prensa Prensa Colocación del pilar Placa de cargaColocación del pilar Placa de carga

Pandeo de pilares metálicos ligerosPandeo de pilares metálicos ligeros

Ensayos experimentalesEnsayos experimentales

10

El mecanismo de fallo es un modo de pandeo El mecanismo de fallo es un modo de pandeo locallocal

Pandeo de pilares metálicos ligerosPandeo de pilares metálicos ligeros

Modelización numérica: Modelización numérica: análisis lineal de pandeoanálisis lineal de pandeo

�� Problema generalizado de autovaloresProblema generalizado de autovalores

�� Autovectores: modos de pandeoAutovectores: modos de pandeo

�� Autovalores: cargas de pandeoAutovalores: cargas de pandeo

11

Objetivos:Objetivos:

1.1. Carga Carga críticacrítica de pandeo (autovalor mínimo)de pandeo (autovalor mínimo)

2.2. Modo Modo críticocrítico de pandeo (autovector asociado)de pandeo (autovector asociado)

Pandeo de pilares metálicos ligerosPandeo de pilares metálicos ligeros

Modelización numérica: Modelización numérica: análisis lineal de pandeoanálisis lineal de pandeo

�� La fuerza axial afecta la rigidez de flexiónLa fuerza axial afecta la rigidez de flexión

-- Matriz de rigidez convencional Matriz de rigidez convencional KK

-- Matriz de rigidez geométricaMatriz de rigidez geométrica

: para carga de referencia : para carga de referencia

σ σ σ σ σ σ σ σ K = K = λλλλλλλλ σσσσσσσσKK refref

σσσσσσσσKK PP

12

: para carga de referencia : para carga de referencia

: para carga : para carga

�� Energía def. axial energía def. flexión sinEnergía def. axial energía def. flexión sin

variación de la carga externavariación de la carga externa

σσσσσσσσKK refref refrefPP

σ σ σ σ σ σ σ σ KK refrefP=P=λλPP

σ σ σ σ σ σ σ σ (K + K )u=0(K + K )u=0

Pandeo de pilares metálicos ligerosPandeo de pilares metálicos ligeros

Modelización numérica: Modelización numérica: análisis lineal de pandeoanálisis lineal de pandeo

Interesa calcular:Interesa calcular:

(K + (K + λ λ λ λ λ λ λ λ )u=0)u=0σσσσσσσσKK refrefK u = K u = --λ λ λ λ λ λ λ λ uuσσσσσσσσKK refref

Prob. generalizado de autovaloresProb. generalizado de autovalores

13

Interesa calcular:Interesa calcular:

�� El autovalor mínimoEl autovalor mínimo

�� La carga crítica de pandeoLa carga crítica de pandeo

�� El modo de pandeo críticoEl modo de pandeo crítico

Ref.:Ref.:

Cook, D.; Malkus, D.S.; Plesha, M.E. (1989), Concepts and Cook, D.; Malkus, D.S.; Plesha, M.E. (1989), Concepts and applications of finite element analysis, Wiley. applications of finite element analysis, Wiley.

minminλλ

crcrPP minminλλ refrefPP==

Pandeo de pilares metálicos ligerosPandeo de pilares metálicos ligeros

Modelización numérica: Modelización numérica: análisis lineal de pandeoanálisis lineal de pandeo

14

Se obtiene un modo Se obtiene un modo local local de pandeode pandeo

Pandeo de pilares metálicos ligerosPandeo de pilares metálicos ligeros

32 kN32 kN25 kN25 kN

Validación: Validación: resultados numéricos vs. experimentalesresultados numéricos vs. experimentales

15

Ajuste razonable en la carga crítica Ajuste razonable en la carga crítica

y el modo críticoy el modo crítico

Pandeo de pilares metálicos ligerosPandeo de pilares metálicos ligeros

Gráficas fuerzaGráficas fuerza--desplazamiento experimentalesdesplazamiento experimentales

LABORATORIOLABORATORIO

16

SIMULACIÓN SIMULACIÓN NUMÉRICANUMÉRICA

Branca primàriaPCàrrega límit

Pandeo de pilares metálicos ligerosPandeo de pilares metálicos ligeros

Inestabilidad estructuralInestabilidad estructural

LABORATORIOLABORATORIO

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δ

Branca secundària

Punt de bifurcació

PcrANÁLISIS LINEAL ANÁLISIS LINEAL DE PANDEODE PANDEO