Estructura de soporte de una cinta transportadora, Alemania
Monath es una empresa de ingeniería de tamaño mediano activa en todas las áreas de la ingeniería estructural. En proyectos de acero, la mayor parte de su trabajo se encuentra en estructuras industriales y de almacenamiento. Sin embargo, los proyectos de construcción de acero más pequeños con sistemas estructurales complejos también representan un desafío.
Motivación
A menudo, tenemos que trabajar con uniones no estándar (topología, secciones transversales) y proporcionar una verificación normativa exhaustiva. En el pasado, estábamos limitados a programas básicos de diseño de uniones o cálculos manuales. Esto limitaba nuestra capacidad para evaluar el diseño correctamente.
Los mayores problemas surgen con las uniones que están expuestas a cargas multiaxiales donde es necesaria la simulación en 3D. Aquí es donde el software básico de diseño de uniones llega a sus límites, ya que solo es posible el modelado bidimensional. Otra área problemática son las juntas con topologías muy complejas. Nuestro software anterior para el diseño de uniones estaba limitado a tipos predeterminados de uniones (topología de vigas, perfiles, secciones transversales, placas de rigidización).
Dado que estos problemas se presentan en nuestra práctica de ingeniería cotidiana, decidimos trabajar con IDEA StatiCa Connection.
Ventajas
IDEA StatiCa Connection tiene una interfaz de trabajo muy simple y clara. En poco tiempo, uno se familiariza con el programa y realiza su trabajo rápidamente.
El software CAE utilizado en Monath es SCIA Engineer. IDEA StatiCa Connection tiene una interfaz BIM que puede importar nodos seleccionados (uniones) desde SCIA Engineer (incluyendo parámetros de sección transversal y fuerzas internas). Esta interfaz funciona muy bien. Todos los valores importantes (geometría y cargas) se transmiten de forma rápida y fiable, ahorrando la introducción adicional de datos, tiempo y esfuerzo. Por supuesto, también es posible una introducción separada de la geometría y las cargas, de modo que las verificaciones individuales pueden realizarse de forma independiente de otros programas.
Otra ventaja es la variedad de opciones de diseño. Es posible adaptar la junta según las especificidades del proyecto y así visualizar un modelo muy realista. Hay numerosas operaciones de fabricación disponibles, como uniones con placas de testa, placas de unión, placas angulares y mucho más. La mayor ventaja es que un nodo con varios tipos de unión diferentes puede modelarse y visualizarse inmediatamente en 3D. Esto permite diseñar y verificar casi cualquier unión, sin importar lo singular que sea.
En muchas estructuras, se aplican fuerzas multiaxiales en las uniones. Sin embargo, en la mayoría de los programas solo es posible un cálculo en 2D. Por lo tanto, la unión debe evaluarse laboriosamente solo a mano, y las influencias multiaxiales simplemente se ignoran. IDEA StatiCa Connection permite la introducción de fuerzas en la parte de la unión así como en el componente conectado. Esto significa que es posible un mapeo realista y los resultados son más precisos que con los programas de cálculo convencionales. Esto permite una optimización sin precedentes de todas las propiedades de la unión (espesor de las placas o soldaduras, etc.).
Utilizamos verificaciones normativas de uniones de acuerdo con el Eurocódigo 3, que se muestran de inmediato. Además, también obtenemos tensiones y fuerzas internas, resultados de pandeo local y análisis de rigidez (todo basado en un modelo de elementos finitos creado automáticamente).
Desventajas
Además de las muchas ventajas de IDEA StatiCa Connection, también notamos algunas desventajas.
Debido a la división en varios casos de carga, el cálculo puede llevar algún tiempo (para uniones complejas incluso varios minutos). Esto es especialmente notable si las uniones diseñadas son articuladas, porque en este caso se deben realizar muchos pasos de iteración. El diseño de uniones articuladas, en general, requiere en nuestra opinión un usuario con algo más de experiencia. También vemos margen de mejora en los resultados. Por ejemplo, la posición de las placas, soldaduras o tornillos es más difícil de reconocer debido a la falta de algunas cotas.
Ejemplos
Con el fin de demostrar nuestras áreas de aplicación de IDEA StatiCa Connection, a continuación se presentan y explican dos ejemplos de nuestros proyectos.
Ejemplo 1: Estructura de valla publicitaria
El primer proyecto presentado es una estructura de valla publicitaria. La tarea aquí, además de varias uniones de perfiles huecos, era verificar normativamente el anclaje de la cimentación.
Los momentos de cargas de viento y las fuerzas cortantes influían en la estructura en dos direcciones. La zapata era, por tanto, una unión compleja, dado que otros programas no tienen en cuenta los momentos alrededor del eje X o Y. Utilizando el enlace BIM del software CAE SCIA Engineer, los parámetros de la sección transversal, así como las fuerzas internas en el nodo, se transfirieron a IDEA StatiCa Connection. Posteriormente, el anclaje incluyendo las soldaduras pudo modelarse y verificarse, como se muestra a continuación.
Otro problema en este proyecto fue la unión de las vigas principales a la columna. Utilizando programas de cálculo convencionales, tal sistema estructural tenía que simplificarse a un problema bidimensional.
Después de diseñar la junta con las cuatro vigas principales con IDEA StatiCa Connection, resultó que la placa del apoyo está expuesta a altas tensiones. Por lo tanto, el sistema fue rigidizado mediante nervios por encima y por debajo de los perfiles HEA como se muestra a continuación, y la unión pudo realizarse con mayor precisión.
Ejemplo 2: Estructura de soporte de una cinta transportadora
En este proyecto, se diseñó y verificó una construcción de soporte. Esto resultó en varios nodos, en los que se utilizaron juntas articuladas y rígidas de diferentes perfiles mediante uniones atornilladas y soldadas. En la unión mostrada a continuación, dos vigas se conectaron entre sí y además a la columna sobre la que descansan.
El problema con esta junta era la unión de los tres perfiles, las fuerzas que surgen en todos los elementos, así como la adición de rigidizadores y nervios. Por lo tanto, la verificación de la junta es relativamente complicada y no es completamente replicable sin el Método de los Elementos Finitos.
Con IDEA StatiCa Connection, la junta pudo modelarse y verificarse según lo planificado. A continuación, se muestran imágenes de la unión tal como fue producida por el fabricante.
Conclusión
Con IDEA StatiCa Connection, es posible verificar tanto uniones de acero simples como complejas mediante el Método de los Elementos Finitos. Las verificaciones normativas de uniones son prácticamente ilimitadas debido a la alta flexibilidad. La introducción de la geometría de la unión y las cargas es sencilla en comparación con la mayoría de los programas generales de elementos finitos, y todas las entradas se muestran claramente en una vista 3D de la unión. Tras el cálculo de la unión, se pueden realizar verificaciones según DIN EN 1993 además de tensiones, deformaciones y utilización.
Dado que nuestra empresa utiliza SCIA Engineer como programa CAE, IDEA StatiCa Connection es un módulo complementario muy bueno para la construcción de acero. Complementa excelentemente el modelo global de SCIA, ya que las funciones BIM proporcionan una transferencia rápida de los nodos a IDEA StatiCa Connection. Gracias a la interfaz de usuario simple y clara del software, familiarizarse con IDEA StatiCa Connection puede lograrse con un esfuerzo razonable y se obtienen resultados rápidos.
