diseo de una estructura de acero a esfuerzos axiales

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ContenidoIntroduccin3Objetivo General3Objetivos especficos3Restricciones y consideraciones:3Geometra general de la Estructura.3Restricciones de diseo y prueba de laboratorio3Disponibilidad comercial3Diseo3Parmetros4Estados lmites calculados5Resultados5Referencias8

Introduccin

En el presente informe se presenta el diseo de una estructura de acero sometida a una carga vertical en el centro del claro de la misma sobre dos apoyos simples. El diseo consta de un anlisis del posible modo de falla de la estructura, as como tambin los esfuerzos y cargas mximas que puede soportar.

Objetivo General

Aplicacin de los conocimientos adquiridos en la materia de Estructuras de Acero en el diseo de una estructura.

Objetivos especficos

Disear una estructura optima y eficiente para las condiciones que presenta la prueba de laboratorio Calcular todos los estados lmites posibles y determinar el posible modo de falla en la estructura. Predecir la carga mxima que soporta la estructura en la prueba de laboratorio.

Restricciones y consideraciones:

Geometra general de la Estructura.

La geometra principal de la estructura consta de un tringulo formado por dos perfiles tubulares apoyados sobre una placa como base de la estructura.La forma adoptada para el diseo se debe a que el tringulo es considerado una armadura simple y cualquier carga aplicada en unos de sus vrtices es distribuida uniformemente a todos sus vrtices.

Restricciones de diseo y prueba de laboratorio

Para el diseo de la estructura se tienen las siguientes restricciones:

Carga mnima de aplicacin: 20 Ton Mnimo costo en relacin al peso de la estructura Estructura no conformada por cables Uniones formadas por pernos o soldaduras

Las restricciones que presenta la prensa en la que se realizara la prueba de cargas presentan las siguientes restricciones:

Longitud entre apoyos de la estructura: 66 cm Altura mxima de estructura: 22 cm Ancho mximo de estructura: 20 cm

Disponibilidad comercial

Para el presente diseo se ha considerado los elementos de acero de casas comerciales locales, IPAC y DIPAC. Mediante los catlogos de elementos y previa consulta de elementos disponibles para la venta se ha determinado los elementos usados en la armadura diseada.

Diseo

Se ha considerado el uso de dos perfiles tubulares de seccin cuadrada para la estructura debido a que los miembros a compresin ms eficientes son los que poseen un radio de giro constante respecto a su centroide, son igualmente rgidas en todas sus direcciones y tienen excelente resistencia a la torsin. Para la tensin se escogi una placa del ancho siguiente del perfil tubular elegido para que haya espacio suficiente para la suelda de filete.Para que no existan excentricidades en los perfiles que provoquen esfuerzos combinados, los nudos se hicieron uniendo los baricentros de las secciones trasversales correspondientes a cada perfil.Para una primera aproximacin de las fuerzas se utiliz el anlisis estructural por el mtodo de los nudos, considerando que los baricentros de las secciones se unen en los apoyos y el punto de carga proporcionados por la prensa, con la carga mnima requerida de 20 toneladas.

Lo que nos da como resultado que la barra AB y BC estn sometidas a compresin con una fuerza de 18.02 Ton y la barra BC sometida a traccin con una fuerza de 15 Ton.Con estos valores de las solicitaciones de la estructura podemos hacer un pre-dimensionamiento y seleccionar los perfiles adecuados con una capacidad nominal suficiente que resista los esfuerzos sin necesidad de aplicar un coeficiente de seguridad en el diseo.A medida que se seleccionaban los perfiles que cumplan con lo requerido, las dimensiones de las lneas que unen los baricentros iban cambiando de tal manera que se volvi un proceso iterativo.Mediante el software Microsoft Excel se realiz un clculo en el cual intervienen ciertas variables y constantes en funcin de la geometra de los perfiles estructurales relacionados a los estados lmite analizados mediante las ecuaciones LRFD considerando su grado de exactitud del 10%.Parmetros

Constantes para la estructuraPerfil Tubular y placa-Tipo de acero: A36 escogido por su uso extendido y amplia gama de espesores disponibles.-Esfuerzos lmites: Fy = 2530kg/cm2; Fu= 4076kg/cm2Suelda-Tipo: 7018-Resistencia del material: 4900kg/cm2Variables para cada iteracin- Perfiles de seccin transversal cuadrada- Espesor de perfiles tubulares- Espesores de las placas. Estados lmites calculados1. Fluencia en el rea Bruta2. Pandeo GlobalResultados Los resultados obtenidos en los perfiles estructurales cuadrados a compresin fueron los siguientes:

Datos proporcionados por el catalogo del perfil estructural cuadrado de 75x75x4 mm:

Altura (mm)Ancho (mm)Espesor (mm)Area (cm2)Peso (kg/m)Inercia X - X (cm4)Inercia Y - Y (cm4)Longitud (m)

abtAPIxIyL

75.0075.004.0011.368.5989.9889.980.36941

Anlisis de seccin:

Pandeo por flexin:

Para la longitud efectiva se ha considerado:

Esfuerzo de Euler:

Ecuaciones LRFD:

Prediccin de la carga mediante el anlisis de los nudos de la estructura:

Carga a tensin sobre la placa en la base:

Los resultados obtenidos para la placa estructurales a tensin fueron los siguientes:

Datos proporcionados por el catlogo de la placa de 12x100mm:

Ancho (mm)Espesor (mm)rea (cm2)Peso (kg/m)Inercia X - X (cm4)Inercia Y - Y (cm4)Longitud (m)

btAPIxIyL

10012124.71--0.66

Anlisis de seccin:

Fluencia en el rea Bruta

Conforme a la carga obtenida, se realizo un modelo en el programa estructural SAP2000 v14, aplicando una carga de de acuerdo a la carga obtenida en los clculos, obtenindose los siguientes resultados:

La falla se presenta en las secciones tubulares. Las cargas que se producen en las secciones tubulares son:

La placa de base presenta los siguientes resultados

Referencias

J. McCormac, DISEO DE ESTRUCTURAS DE ACERO, Mxico Df, 2002

ESPECIFICACION ANSI/AISC 360-10 PARA CONSTRUCCIONES DE ACERO