Análisis no lineal de la influencia del rigidizador en la estabilidad local de arcos de acero conformados en frío

Abstract

Una de las estructuras ligeras más empleadas en la construcción de cubiertas metálicas es el arco de acero conformado en frio. Se trata de un elemento auto-portante que se puede colocar de forma relativamente sencilla y sin necesidad de incorporar ningún sistema de refuerzo. El diseño de esta tipología puede llegar a constituir un importante reto ya que no existe un consenso definitivo sobre su comportamiento mecánico bajo diferentes fenómenos de inestabilidad. Es por ello que en el presente trabajo académico se ha decidido abordar el análisis del pandeo local del perfil del arco utilizando el Método de los Elementos Finitos para estudiar su comportamiento bajo solicitaciones de compresión pura. El objetivo principal ha consistido en analizar la influencia de la profundidad del rigidizador en el patrón de colapso y en la capacidad resistente. Se han estudiado con detalle los modos de pandeo con rigidizador completo, rigidizador rebajado y sin rigidizador y se han analizado los diversos mecanismos de fallo con objeto de conocer el comportamiento no lineal del sistema. Para validar las simulaciones se han realizado en el laboratorio de resistencia de materiales de la EPSEVG unos ensayos experimentales aplicando la técnica de la extensometría eléctrica en una muestra de chapa nervada.

Como conclusión final del estudio se han establecido unas orientaciones sobre la resistencia local del perfil del arco y se han elaborado algunas recomendaciones que pueden llegar a ser de utilidad en el diseño de esta tipología estructural.

SUMMARY

One of the light structures most widely used to construct metal roofs is the cold-formed steel arch. This is due to the fact that it is a self-supporting element that can be easily placed without the need of including any reinforcement system. The design of this constructive typology can become an important challenge since there is no definitive consensus on its mechanical behavior under different phenomena of instability. This is the reason why in the present work we have decided to analyze the local buckling of the arch profile by using the Finite Element Method to study its behavior when compression internal forces are applied. The main goal has been to know the influence of the depth of the stiffener on the collapse patterns and on the bearing load capacity. We have studied in detail the buckling modes with full stiffener, lowered stiffener and without stiffener and we have analyzed the failure mechanisms to know the nonlinear behavior of the system. In order to validate the simulations, experimental tests were carried out in the strength of materials laboratory of the EPSEVG applying electrical extensometry on a sample of steel sheet.

As a final conclusion of the study, guidelines are established on the local strength of the arch profile and some recommendations are made that might be useful to design this structural typology.