Modelamiento numérico de arriostramientos de acero com pandeo restringido mediante el uso de elastómetros

Abstract

Los arriostramientos de pandeo restringido son disipadores metálicos incorporados en la misma riostra que se componen de un núcleo de acero dúctil, diseñado para que resista esfuerzos de tracción y compresión, evitando el pandeo global y local, mediante el confinamiento del núcleo, generando ciclos de histéresis estables. La presente investigación corresponde a un estudio analítico y numérico de arriostramientos de acero con pandeo restringido mediante el uso de elastómeros sometidos a cargas cíclicas, con el objetivo principal de determinar las propiedades del material confinante y predecir el comportamiento de la riostra.

Se utilizó el modelo analítico propuesto por Black et al,( 2002) y la Ley Generalizada de Lame-Hooke para determinar la carga critica de pandeo de Euler y obtener valores del módulo de corte G del elastómero capaces de restringir el pandeo del núcleo de acero de diferentes pletinas comerciales, comportamientos similares se obtienen a partir de un modelo de elementos finitos, salvo el valor de la carga crítica de pandeo que se puede atribuir a las simplificaciones en las propiedades de la goma al considerarla como un material elástico y lineal al determinar el módulo de corte en el elastómero. El modelo numérico de elementos finitos se desarrolló con el software ANSYS 15.0 y corresponde a un modelo 3D, que considera las no linealidades geométricas, de los materiales y de los contactos. Se analizó el comportamiento cíclico y la capacidad de inhibir el pandeo del material confinante, concluyendo que la ley de endurecimiento isotrópico incluida en el modelo no es capaz de predecir completamente el comportamiento del BRB, debido a un aumento significativo de los esfuerzos máximos resistidos, de la rigidez axial y del endurecimiento asimétrico en compresión El estudio paramétrico permite identificar que tanto el módulo corte G como el módulo volumétrico κ afectan directamente en la rigidez de la goma y con ello en el confinamiento del núcleo central del BRB mientras que el coeficiente de fricción μ controla la compatibilidad del desplazamiento entre el núcleo de acero y el elastómero confinante acentuando la asimetría del ciclo de histéresis en tracción y compresión. Finalmente se presentan recomendaciones para futuras investigaciones a partir de los aportes y limitaciones del presente trabajo.