Estudio de ductilidad en elementos metálicos tubulares sometidos a flexo-compresión

Abstract

En este estudio se presenta el análisis del comportamiento estructural de 1760 pilares metálicos tubulares de sección circular (CHS) bajo solicitaciones de compresión y desplazamiento de cabeza. El objetivo principal es valorar la respuesta estructural y ductilidad de los pilares sometidos a un desplazamiento en uno de sus apoyos variando sus aspectos geométricos y mecánicos mediante un estudio paramétrico. De tal manera las solicitaciones totales a las cuales estarán sometidos los elementos a analizar en el estudio representan el escenario de pilares cargados a axil en situación de servicio sometidos a desplazamiento de cabeza en situación accidental. El análisis del comportamiento estructural se realiza con el uso de una herramienta de análisis por elementos finitos (Simulia - Abaqus CAE 6.12) incluyendo en el análisis el comportamiento no lineal del material y de la geometría; dicho análisis se realiza sobre un grupo de pilares generado a partir de la variación de parámetros geométricos, mecánicos y de solicitaciones, que permiten abarcar un abanico de posibilidades reales y representativas a las cuales pueden estar sometidos. De tal manera se analizan los resultados obtenidos para determinar la ductilidad de los elementos estudiados en función de los parámetros modificados durante el estudio, de igual manera se analizan los posibles modos de fallo, el ángulo de la rama post-agotamiento, la influencia de la clasificación seccional y el comportamiento del conjunto de elementos CHS, logrando generar conclusiones y expresiones de cálculo que permitan a los proyectistas predecir la capacidad última de un pilar para una configuración paramétrica conocida.

This study presents the analysis of the structural behavior in steel circular hollow section pillars (CHS) under bending-compression action. The main objective is to estimate the structural response of compressed elements subjected to a transversal displacement on its top, considering a variation on its geometrical and mechanical properties. In that way the total of actions to be applied in the elements would be the compression forces in serviceability and an accidental top displacement; which represents the state of solicitations that can be presented in a common pillar. The analysis of the structural behavior is made using a finite element analysis software (Simulia - Abaqus CAE 6.12), including the nonlinear response of the material and the geometry; such analysis is made on a group of pillars generated with the combination of different geometrical, mechanical and action parameters, that allows encompassing a broad spectrum of real possibilities that can be seen during a pillar design. In such way the obtained results are analyzed in order to determine the ductile capacity of the structural elements as a function of the defined parameters. In the same way the failure modes, the influence of the transversal section classification and the overall behavior of the CHS elements are analyzed, allowing the achievement of conclusions and expressions that let the designers to predict the ultimate load displacement.