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Caso 08 — Pórtico con articulación interna bajo múltiples casos de carga

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Una estructura de marco bidimensional está sometida a cargas estáticas verticales, incluyendo fuerzas nodales concentradas y una carga uniformemente distribuida. El marco consiste en dos columnas verticales conectadas por una viga horizontal e incluye conexiones articuladas en nodos intermedios. Se evalúan los diagramas de fuerza cortante y momento flector para dos casos de carga independientes. Este caso de verificación valida el modelado correcto de articulaciones internas en elementos de marco y su influencia en las distribuciones de fuerza cortante y momento flector.

Descripción

Una estructura de marco 2D está sometida a cargas estáticas verticales, incluyendo fuerzas concentradas y una carga uniformemente distribuida. La geometría y las condiciones de apoyo del marco se muestran en la figura. El marco tiene dos columnas verticales de 10 pies de altura, separadas 18 pies, e incluye una conexión articulada en los nodos 2, 4 y 6.

Determinar:

Esquema estructural

Portal frame with internal hinge under multiple load cases

Geometría, condiciones de borde y aplicaciones de carga utilizadas en el modelo de verificación.

Parámetros del modelo

ParámetroValor
Tipo de elementoBeam element
MaterialSteel, 30 000 ksi
Propiedades de la secciónColumns: A = 10 000 000 in², I = 13 824 in⁴; Beams: I = 27 000 in⁴
Condiciones de bordeNodes 1, 3 – fixed; Node 2 – pinned; Nodes 4, 8 – beam end releases for rods 4 and 7
Caso de carga 1Nodal load −50 kips at nodes 4, 8 and −100 kips at nodes 5, 6, 7
Caso de carga 2Uniformly distributed load −1 kips/ft for rods 4, 5, 6, 7

Resultados numéricos

Caso de carga 1: Diagramas de fuerza cortante y momento flector

Shear force diagram for portal frame under load case LC1 Bending moment diagram for portal frame under load case LC1

Caso de carga 2: Diagramas de fuerza cortante y momento flector

Shear force diagram for portal frame under load case LC2 Bending moment diagram for portal frame under load case LC2

Comparación para el Caso de carga 1

x/L (rod) Solución analítica RodX
BM (4-5) 0.000.000.00
0.251687.501687.50
0.503375.003375.00
0.75-337.50-337.50
(4-5) 1.00-4050.00-4050.00
SF (4-5) 0.00-31.25-31.25
0.25-31.25-31.25
0.5068.7568.75
0.7568.7568.75
(4-5) 1.0068.7568.75

Comparación para el Caso de carga 2

x/L (rod) Solución analítica RodX
BM (4-5) 0.000.000.00
0.252430.002430.00
0.502430.002430.00
0.750.000.00
(4-5) 1.00-4860.00-4860.00
SF (4-5) 0.00-67.50-67.50
0.25-22.50-22.50
0.5022.5022.50
0.7567.5067.50
(4-5) 1.00112.50112.50

Los resultados numéricos obtenidos con RodX están en concordancia con la solución analítica.

Referencia

  1. "Manual of Steel Construction - Allowable Stress Design", American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois, 1989.