Cálculo y dimensionamiento de tirantes
La versión 2008.1 de Nuevo Metal 3D permite calcular y dimensionar tirantes cuya sección transversal esté formada por perfiles del tipo platabanda laminada, angular laminado, redondo macizo o cuadrado macizo.
En el cuadro de diálogo Describir perfil el usuario puede seleccionar el nuevo tipo Tirante. Cuando se selecciona aparece en el diálogo una explicación del método empleado y de los condicionantes necesarios para su dimensionamiento.
Condicionantes del método aplicado
El hecho de que los tirantes o tensores sean barras de eje recto que sólo admiten esfuerzos de tracción en la dirección de su eje, implica que su modelización sólo sería estrictamente exacta si se hiciese un análisis no lineal de la estructura para cada combinación de hipótesis, en el que deberían suprimirse, en cada cálculo, todos aquellos tirantes cuyos axiles sean de compresión.
Además, para realizar un análisis dinámico sin considerar los tirantes comprimidos, sería necesario realizar un análisis en el dominio del tiempo con acelerogramas.
Como aproximación al método exacto, proponemos un método alternativo cuyos resultados, en los casos que cumplen con las condiciones que se detallan a continuación, son suficientemente aceptables para la práctica habitual del diseño de estructuras con elementos tirantes.
El método tiene las siguientes limitaciones, cuyo cumplimiento comprueba el programa:
1. El elemento tirante forma parte de una rigidización en forma de cruz de San Andrés enmarcada en sus cuatro bordes, o en tres si la rigidización llega a dos vínculos exteriores. Además, cada recuadro rigidizado debe formar un rectángulo (los cuatro ángulos interiores rectos).
2. La rigidez axil de los tirantes (AE/L) es menor que el 10% de la rigidez axil de los elementos que enmarcan dicha cruz de San Andrés.
3. Cada diagonal de un mismo recuadro rigidizado debe tener la misma sección transversal, es decir, el mismo perfil.
Aplicación del método
El método de cálculo es lineal y elástico con formulación matricial. Cada tirante se introduce en la matriz de rigidez con sólo el término de rigidez axil (AE/L), donde la misma es igual a la mitad de la rigidez axil real del tirante. De esta manera, se logran desplazamientos en el plano de la rigidización, similares a los que se obtendrían si la diagonal comprimida se hubiese suprimido del análisis matricial considerando el área real de la sección del tirante traccionado.
Para cada combinación de hipótesis, se obtienen los esfuerzos finales en cada tirante, y en aquellos en los que el axil resulte de compresión se procede de la siguiente manera:
A. Se anula el axil del tirante comprimido.
B. Dicho axil se suma al axil del otro tirante que forma parte del recuadro rigidizado.
C. Con la nueva configuración de axiles en los tensores, se procede a restituir el equilibrio de nudos.
Dado que el método compatibiliza esfuerzos y no desplazamientos, es importante considerar la restricción de rigideces axiles de las secciones que forman el recuadro rigidizado indicado en el apartado 2 anterior, ya que el método gana mayor exactitud cuanto menores sean los acortamientos y los alargamientos relativos de las barras que enmarcan la cruz de San Andrés. En todos los casos analizados por CYPE Ingenieros, S.A., las iscrepancias, entre los resultados obtenidos por este método y los obtenidos por análisis no lineal, han sido despreciables.
En la siguiente figura se esquematiza el proceso antes descrito.
Esfuerzos provenientes de cada una de las combinaciones en estudio:
T: esfuerzo axil en el tirante traccionado
C: esfuerzo axil en el tirante comprimido
En el manual de Novedades de la versión 2008.1 o en la memoria de cálculo de Nuevo Metal 3D puede encontrar más información sobre el método de cálculo de tirantes aplicado por el programa.
