Análisis de pandeo en CYPE 3D
Ejemplos de análisis de pandeo en estructuras
A continuación se muestran varios ejemplos de estructuras donde es de aplicación el análisis de pandeo realizado por el programa, así como la secuencia de operaciones para su definición, cálculo y consulta:
Pasarela metálica en arco con cordón superior comprimido
Se plantea como objetivo la obtención y asignación de los coeficientes de pandeo de las barras que forman el cordón superior comprimido del arco de una pasarela metálica. Para ello:
- Se incluyen en el análisis de pandeo tanto las barras del cordón superior como las barras de la celosía que lo arriostran.
- Se ejecuta el análisis de pandeo.
- Tras el cálculo, se puede consultar la deformada en las diferentes combinaciones de carga y modos de pandeo, así como los factores de carga crítica obtenidos. Además, se puede examinar a través del análisis de sensibilidad el coeficiente de participación de las barras en cada combinación y cada modo. En este caso, se observa que las barras del cordón superior son las de mayor porcentaje de participación, por tanto, están pandeando.
- Se asignan los coeficientes de pandeo en ambos planos a las barras del cordón superior.
- En cualquiera de las comprobaciones efectuadas (como la de "Resistencia a compresión" o la "Limitación de esbeltez") se tiene en cuenta el coeficiente de pandeo calculado.
Puntal entre dos pantallas de contención
La estructura de este puntal está sometida a compresiones debido a su disposición entre dos pantallas de contención.
Se plantea como objetivo la comparativa del cumplimiento de los elementos de la estructura antes y después de realizar el análisis de pandeo. Para ello:
- Se define la estructura del puntal mostrado, aplicando un coeficiente de pandeo igual a 1 a las barras y se asegura el cumplimiento normativo.
- A partir de aquí, se inician las operaciones para efectuar el análisis de pandeo. En primer lugar, se asegura la inclusión en el análisis de pandeo de todas las barras de la estructura mostrada.
- Se ejecuta el análisis de pandeo.
- Tras el cálculo, se puede consultar la deformada, los factores de carga crítica obtenidos y el coeficiente de participación de las barras en cada combinación y cada modo.
- Se asignan los coeficientes de pandeo en ambos planos a las barras de la estructura.
- Los nuevos coeficientes de pandeo calculados pueden comprometer el cumplimiento de las comprobaciones efectuadas sobre las barras antes del análisis de pandeo.
Modos de pandeo
Estructura de ascensor
De forma similar al caso anterior, se plantea como objetivo la comparativa del cumplimiento de una estructura de un ascensor antes y después de realizar el análisis de pandeo. Para ello:
- Se define la estructura de ascensor mostrada, aplicando un coeficiente de pandeo igual a 1 a las barras y se asegura el cumplimiento normativo.
- A partir de aquí, se inician las operaciones para efectuar el análisis de pandeo. En primer lugar, se asegura la inclusión en el análisis de pandeo de todas las barras de la estructura mostrada.
- Se ejecuta el análisis de pandeo.
- Tras el cálculo, se puede consultar la deformada, los factores de carga crítica obtenidos y el coeficiente de participación de las barras en cada combinación y cada modo.
- Se asignan los coeficientes de pandeo en ambos planos a las barras de la estructura.
- Los nuevos coeficientes de pandeo calculados pueden comprometer el cumplimiento de las comprobaciones efectuadas sobre las barras antes del análisis de pandeo.
Nave industrial con pilares de hormigón de gran altura
Se plantea como objetivo la obtención y asignación de los coeficientes de pandeo de los pilares de hormigón que forman los laterales de una nave industrial, y que tienen una gran altura (más de 30 metros). Para ello:
- En este caso, se definen dos grupos de análisis: el grupo correspondiente a los pilares de los laterales, y el grupo correspondiente a las correas de cubierta. De esta forma, se independiza el análisis de los elementos de ambos grupos para que no interfieran entre ellos. El resto de elementos de la estructura no se incorporan en ningún otro grupo de análisis.
- Se ejecuta el análisis de pandeo.
- Se asignan los coeficientes de pandeo en ambos planos a los pilares.
- En cualquiera de las comprobaciones efectuadas en los pilares (como la comprobación de "Estado límite de agotamiento frente a solicitaciones normales") se tiene en cuenta la esbeltez obtenida a partir del coeficiente de pandeo calculado por el programa.
Grupos de análisis de pandeo
La creación y edición de grupos de análisis de pandeo lineal se realiza con la opción "Grupos de análisis", disponible en el bloque "Pandeo" de la barra de herramientas superior, dentro de la pestaña "Cálculo" (en la solapa "Estructura").
La definición de grupos de análisis de pandeo tiene el objeto de analizar de forma independiente el comportamiento a pandeo de diferentes conjuntos de elementos de la estructura.
Grupos de análisis
Un grupo de análisis de pandeo define un subconjunto de elementos del modelo para los cuales se realizará un análisis de pandeo de forma que en los modos de pandeo obtenidos intervengan exclusivamente los elementos del grupo.
Al pulsar sobre esta opción, el programa abre una ventana donde es posible añadir grupos de análisis en la lista de la parte izquierda. Al añadir un grupo, es necesario escribir su "Referencia". Después, se deben indicar las "Etiquetas" de los elementos que se desean incluir en el grupo marcando las casillas correspondientes.
Finalmente, para cada grupo de análisis, activando las siguientes opciones de la parte inferior se permite que los coeficientes de pandeo en cada plano calculados en este análisis se asignen a los elementos del grupo:
- Permitir que los coeficientes de pandeo xy calculados en este análisis se asignen a los elementos del grupo (opcional)
- Permitir que los coeficientes de pandeo xz calculados en este análisis se asignen a los elementos del grupo (opcional)
La definición de grupos de análisis de pandeo es opcional:
- Si no se define ningún grupo, el programa realizará un cálculo único considerando todas las barras y láminas del modelo marcadas con la opción "Considerar en el análisis de pandeo" (pestaña "Propiedades", bloques "Barra" y/o "Láminas", opción "Pandeo").
- Si se define uno o más grupos de análisis de pandeo, en el análisis de pandeo de cada uno de los grupos se considerarán todos los elementos marcados con la opción "Considerar en el análisis de pandeo" y que tengan además asignada alguna de las etiquetas seleccionadas en la definición del grupo.
Si una barra pertenece a más de un grupo y se realiza una asignación automática de su coeficiente de pandeo en el plano XY, XZ o ambos, se le asignará el mayor de entre todos los coeficientes calculados en los análisis de pandeo de los grupos a los que pertenece.
La visualización de los resultados del análisis de pandeo se realiza para el grupo de análisis seleccionado.
| Note: |
|---|
| Las etiquetas se definen y asignan previamente a los distintos elementos de la estructura a través del panel "Etiquetas" situado por defecto en el lateral izquierdo de la interfaz general. |
Combinaciones para el análisis de pandeo
La introducción, generación y/o edición de las combinaciones de cargas utilizadas en el análisis de pandeo se realiza con la siguiente opción, disponible en el bloque "Pandeo" de la barra de herramientas superior, dentro de la pestaña "Cálculo" (en la solapa "Estructura").
Combinaciones
La estabilidad de la estructura debe ser analizada por combinación de cargas. La opción "Combinaciones" permite definir las combinaciones que se desean analizar.
Al igual que para el análisis no lineal, las combinaciones de cargas se definen a partir de las hipótesis definidas en los "Datos generales" de la obra.
Al pulsar sobre la opción, se abre la ventana "Combinaciones para pandeo".
El programa permite definir las combinaciones que se van a analizar de tres formas:
Introducción manual de las combinaciones
Las combinaciones de cargas para el análisis de pandeo pueden ser incorporadas manualmente a la lista de la parte izquierda utilizando las opciones de la barra de herramientas superior.
Cada combinación se define de la siguiente manera:
- la "Referencia" se genera automáticamente por las hipótesis y factores de combinación definidos posteriormente;
- se indica si la combinación "Actúa" o no, marcando la casilla de la siguiente columna;
- y se define un número de "Escalones de carga", el valor de "Tolerancia", las "Iteraciones" empleadas en el cálculo y el número de "Reintentos".
Después, en la parte derecha, para cada combinación introducida en la lista, se definen los "Factores de combinación" escribiendo el valor del "Factor" para cada "Hipótesis" del modelo seleccionada en el desplegable.
Generación de combinaciones a partir de las situaciones definidas en el proyecto
Es posible definir las combinaciones para el análisis de pandeo mediante la generación automática de todas las combinaciones posibles a partir de las situaciones definidas en el proyecto.
Para ello, se pulsa en el botón "Generar combinaciones a partir de las situaciones definidas en el proyecto" de la parte superior de la lista de combinaciones. En la ventana emergente se eligen las situaciones de proyecto a partir de las cuales se desea tomar la información, que incluyen las siguientes:
- Resistencia (opcional)
- Fisuración (opcional)
- Fisuración bajo cargas de larga duración (opcional)
- Desplazamientos (opcional)
- Equilibrio de los elementos de cimentación (opcional)
- Tensiones en el terreno (opcional)
Para aplicar la configuración, se pulsa en "Aceptar". El programa generará todas las combinaciones de las situaciones seleccionadas, añadiendo automáticamente las entradas necesarias en la lista y los factores de combinación por hipótesis correspondientes.
Generación de combinaciones a partir de los resultados del cálculo lineal
Si la obra está calculada, se puede utilizar la opción "Generar combinaciones a partir de los resultados del cálculo lineal" de la parte superior de la lista de combinaciones. Esta opción permite añadir automáticamente a la lista aquellas combinaciones en las que se producen los mayores axiles de compresión en las barras de la estructura, dependiendo de las condiciones definidas por el usuario en la ventana emergente.
Así, el programa filtrará las combinaciones de la estructura y añadirá a la lista aquellas que tienen barras comprimidas con axiles mayores al "Porcentaje respecto del máximo axil de compresión" que tengan en otras combinaciones, y con un "Valor mínimo de axil de compresión" expresado en las unidades de fuerza definidas.
Para aplicar la configuración, se pulsa en "Aceptar". De todas las combinaciones generadas a partir de las hipótesis definidas, el programa conservará las que cumplan esos requisitos, añadiendo las entradas en la lista y los factores de combinación por hipótesis correspondientes.
Análisis de pandeo: opción "Calcular"
El análisis de pandeo se configura y ejecuta con la siguiente opción, disponible en el bloque "Pandeo" de la barra de herramientas superior, dentro de la pestaña "Cálculo" (en la solapa "Estructura").
Calcular
La opción "Calcular" permite efectuar el análisis de pandeo. En la ventana que aparece al pulsar sobre esta opción se configuran los siguientes parámetros.
Estos parámetros deben introducirse para cada grupo de análisis de pandeo en caso de que se hayan definido. Los grupos de análisis aparecerán en la parte izquierda de la ventana. El programa efectuará el análisis de los grupos con la casilla "Calcular" activada.
- En primer lugar, se puede definir el número de "Modos de pandeo" que se van a calcular. Al "Filtrar autovalores superiores al valor indicado", no se mostrarán los modos en los que el factor de carga crítica sea muy elevado.
- También se establece la "Discretización de barras", ya sea por "Número de tramos" o por la "Longitud máxima de tramo".
- A continuación, para las "Barras de acero", también se puede aplicar un filtro para barras con axiles de compresión pequeños indicando el "Valor de Ned/Nrd mínimo para que una barra se considere en el análisis". El programa no considerará aquellas barras con un axil de compresión menor que el porcentaje indicado en este apartado.
- Si se ha efectuado el cálculo de la obra, el programa muestra una serie de opciones adicionales para "Actualizar las combinaciones para el análisis de pandeo antes de calcular" indicando el "Porcentaje respecto del máximo axil de compresión" y el "Valor mínimo del axil de compresión". De esta forma, se generarán directamente esas combinaciones para realizar el análisis de pandeo, sin necesidad de hacerlo anteriormente desde la opción "Combinaciones" del bloque.
- El programa también permite "Actualizar los coeficientes de pandeo y comprobar las barras" en el mismo proceso de cálculo. Para ello se indica el "Porcentaje de participación mínimo de la barra en el modo" para que su coeficiente de pandeo sea actualizado. De esta forma, no será necesario utilizar la opción "Asignar coeficientes" del mismo bloque.
- Por último, se puede "Considerar la dimensión finita de los nudos" marcando la última opción.
Al pulsar en "Aceptar" se inicia el análisis de pandeo.
Una vez finalizado, el programa mostrará un mensaje de "Información" que deberá volverse a "Aceptar".
Consulta de resultados por modos de pandeo
La consulta de los resultados obtenidos por modos en el análisis de pandeo lineal se realiza con la siguiente opción, disponible en el bloque "Pandeo" de la barra de herramientas superior, dentro de la pestaña "Cálculo" (en la solapa "Estructura").
Modos de pandeo
La opción "Modos de pandeo" permite consultar en pantalla los resultados obtenidos en el análisis de pandeo lineal en los diferentes modos de pandeo contemplados para cada combinación.
En la ventana "Propiedades - Modos de pandeo" que aparece es posible generar la visualización de "Todos los elementos" o de "Sólo los elementos seleccionados".
Después, se activa si se desea la visualización de la "Deformada", introduciendo un factor de escala para la deformación. Junto al mismo, el botón permite acceder a la visualización de una "Animación" del modo de pandeo seleccionado.
En los desplegables inferiores se selecciona la combinación de carga y el modo de pandeo que se desean consultar:
- En el desplegable de selección de combinación de carga, se muestra el número de modo entre corchetes y, entre paréntesis, el factor de carga crítica correspondiente a ese modo. Se muestra el modo con el factor más bajo de la lista de modos.
- En el desplegable de selección del modo de pandeo se muestra el número de modo y, entre corchetes, su factor de carga crítica.
El programa puede determinar los coeficientes de pandeo en cada plano con los valores calculados de los factores de carga crítica obtenidos en el análisis de pandeo y asignarlos a las barras seleccionando la opción correspondiente.
Los valores de los coeficientes de pandeo calculados se muestran en un cuadro informativo que aparece al pasar el puntero sobre las barras.
| Nota: |
|---|
| El axil de carga crítica (Ncr) es el resultado de multiplicar el factor de carga crítica (αcr) del modo de pandeo por el axil solicitante de esa combinación de carga (Ned): Ncr = Ned * αcr A partir de la fórmula de carga crítica de Euler se puede determinar el coeficiente beta de pandeo (β) de cada barra: Ncr = π2*EI / (βL)2 β = (π/L)*(EI/(Ned * αcr))1/2 |
Análisis de sensibilidad
El programa es capaz de realizar un análisis de sensibilidad a partir de la energía de deformación y determinar así si cada modo de pandeo afecta o es relevante para cada barra.
Activando la casilla "Análisis de sensibilidad" se muestra el porcentaje de participación de cada barra en el modo mediante una escala de colores.
La barra que más pandea mostrará un porcentaje de participación del 100 %. El resto de barras tendrá un porcentaje entre 0 y 100 %.
| Nota: |
|---|
| Si una barra tiene un porcentaje muy bajo de participación en una combinación y modo determinados, la barra no estará pandeando o lo hará muy ligeramente. |
Consulta de isovalores de pandeo
La consulta de isovalores del análisis de pandeo se realiza mediante la siguiente opción, disponible en el bloque "Pandeo" de la barra de herramientas superior, dentro de la pestaña "Cálculo" (en la solapa "Estructura").
Isovalores
El programa permite analizar el fenómeno de pandeo en láminas.
Mediante la opción "Pandeo" en el bloque "Láminas", dentro de la pestaña "Propiedades", se pueden marcar aquellas láminas que se deben considerar en el análisis lineal de pandeo.
Después, una vez realizado el análisis de pandeo, la opción "Isovalores" de la pestaña "Cálculo" permite visualizar los isovalores de la deformada de los diferentes modos de pandeo en una ventana activa.
En esta ventana aparece un cuadro de diálogo emergente para configurar diferentes "Opciones":
- En primer lugar, es posible modificar el "Factor de escala para los desplazamientos" y los "Colores para representación de isovalores", además de acceder a una "Animación" de la deformada.
- La opción "Ver estructura" permite representar en pantalla la geometría original de la estructura.
- Se puede seleccionar la "Visualización" en modo "Alámbrico", lo que muestra únicamente el contorno de los elementos de la malla, o de "Isovalores", que colorea los elementos de forma completa.
- En los desplegables de la parte inferior se selecciona el grupo de análisis, la combinación de cargas y el modo de vibración que se desean consultar. Entre corchetes, este último muestra el valor del factor de carga crítica calculado.
Asignación de coeficientes de pandeo
La asignación de coeficientes de pandeo puede realizarse en el momento del cálculo o mediante la siguiente opción, disponible en el bloque "Pandeo" de la barra de herramientas superior, dentro de la pestaña "Cálculo" (en la solapa "Estructura").
Asignación de coeficientes de pandeo
El programa calcula automáticamente los coeficientes de pandeo para cada barra considerada en el análisis de pandeo a partir de los factores de carga crítica y el axil solicitante.
La asignación de los coeficientes obtenidos puede realizarse de dos formas:
- en el mismo proceso de análisis de pandeo lanzado con la opción "Calcular", activando la opción "Actualizar los coeficientes de pandeo y comprobar las barras",
- o empleando la opción "Asignar coeficientes de pandeo" del bloque "Pandeo" en un momento posterior al cálculo.
El análisis de sensibilidad permite determinar qué modos de pandeo afectan a cada barra para realizar el cálculo y la asignación de coeficientes de pandeo. Para ello, en cualquiera de los dos casos anteriores se indica el "Porcentaje de participación mínimo de la barra en el modo" para que su coeficiente de pandeo sea actualizado.
El programa asignará los coeficientes de pandeo obtenidos a las barras que han intervenido en el análisis de pandeo y que tengan un porcentaje de participación en el modo mayor o igual al indicado.
| Note: |
|---|
| Si el porcentaje de participación de una barra es mayor al indicado se considera que la barra está pandeando en ese modo de pandeo, por lo que se utilizaría su factor de carga crítico asociado. A partir de la lista de axiles y de los factores de carga crítica en cada barra para cada combinación de cargas se puede determinar cuál es el coeficiente de pandeo de mayor valor para cada plano. |
En la parte inferior de la ventana que aparece al pulsar en "Asignar coeficientes de pandeo", el programa permite seleccionar uno o varios de los "Grupos de análisis" para los que se ha efectuado el cálculo. El programa asignará a cada barra el mayor de entre todos los coeficientes calculados en los análisis de pandeo de los grupos a los que pertenece.
Pulsando en "Aceptar" se aplican los coeficientes de pandeo.
Índice de contenidos
Completa tu recorrido de CYPE 3D explorando las otras secciones disponibles:
- Introducción
- Inicio: creación de obras nuevas, flujos de trabajo y ejemplos
- Configuración del entorno de trabajo
- Configuración de los datos de la obra
- Definición de la geometría de la estructura
- Edición de las propiedades de los elementos de la estructura
- Introducción y edición de cargas sobre la estructura
- Diseño y cálculo de uniones
- Cálculo, comprobaciones y consulta de resultados
- Definición y edición de armaduras
- Diseño y cálculo de la cimentación
- Impresión de documentos y exportación de datos
CYPE 3D - Análisis de pandeo
Licencias y módulos relacionados
Los programas de CYPE se activan mediante licencias electrónicas que pueden contener uno o varios módulos. La lista de módulos compatibles con cada programa puede variar en función del producto adquirido y del tipo de licencia.
Para consultar la lista de módulos compatibles con este programa, se puede acceder a "Módulos de los programas de CYPE".
Es importante tener en cuenta que la lista de módulos disponibles en la licencia dependerá del producto adquirido.
