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¿Cuál es la estabilidad de las estructuras de hormigón?
Estabilidad de estructuras de hormigón descritas de diferentes formas por diferentes autores e investigadores. Por ejemplo, se define como la fuerza para restaurar el equilibrio, o la resistencia a cambios, movimientos o vuelcos repentinos. Además, una estructura estable debe permanecer estable para cualquier sistema de carga imaginable. Por lo tanto, el tipo de carga y el punto de aplicación no se consideran al determinar si una estructura es estable. Además, para las estructuras que no cumplen con los requisitos anteriores, la compresión hace que los componentes estructurales cambien de forma, pierdan resistencia a las cargas y se vuelvan inestables. La inestabilidad puede conducir a fallas catastróficas que deben ser consideradas en el diseño. Finalmente, la estabilidad estructural se discute en la siguiente sección.
Figura 1: Concepto básico de estabilidad estructural
Criterios de estabilidad
Para responder a la pregunta de si una estructura está en equilibrio estable bajo un conjunto dado de cargas, se debe establecer un criterio de estabilidad.
- Una estructura está en equilibrio estable si al liberarla de un estado sustancialmente desplazado la devuelve a su configuración original. Además, la estructura está en equilibrio estable si pequeñas perturbaciones no provocan grandes movimientos como el mecanismo. La estructura vibra alrededor de su posición de equilibrio.a mecanismo No puede soportar cargas y es inútil para los ingenieros civiles.
- Sin embargo, si la liberación del desplazamiento virtual no devuelve la estructura a su estado original, entonces estará en equilibrio neutral o inestable. Por lo tanto, cuando una pequeña perturbación produce un gran movimiento, la estructura entrará en un estado de equilibrio inestable y nunca volverá a su posición de equilibrio original. Finalmente, una estructura está en equilibrio neutral si no está claro si la estructura está en equilibrio estable o inestable. Una pequeña perturbación provoca un gran movimiento, pero la estructura puede volver a su posición de equilibrio original sin hacer nada.
concepto de estabilidad
El concepto de estabilidad de equilibrio para varias formas de varillas comprimidas se ilustra utilizando el equilibrio de bolas de la siguiente manera.
equilibrio estable
Si la fuerza desplaza la bola ligeramente de su posición de equilibrio original, la bola volverá a esa posición cuando se elimine la fuerza perturbadora. Los objetos que se comportan de esta manera están en equilibrio estable.
Figura 2: Equilibrio estable
equilibrio inestable
Si una fuerza de perturbación desplaza ligeramente la pelota de su posición de equilibrio, la pelota no regresará y continuará moviéndose hacia abajo desde su posición de equilibrio original. En este caso, el equilibrio de la pelota es inestable.
Figura 3: Equilibrio estable
equilibrio neutral
Si una fuerza de perturbación hace que la pelota se mueva ligeramente, no volverá a su posición de equilibrio original ni continuará moviéndose cuando se elimine la fuerza de perturbación. Este tipo de equilibrio se llama equilibrio neutral. Cuando el equilibrio es neutro, no hay cambio de energía durante el desplazamiento en un sistema de fuerzas conservativas.
Figura 4: Equilibrio neutro
Pandeo y estabilidad
El cambio de forma de una estructura bajo compresión y, en consecuencia, su capacidad para resistir cargas, se denomina inestable.
No es cierto – esto es Pandeo.
Pandeo Es un fenómeno que puede ocurrir en estructuras que reciben cargas de compresión.
La estructura se deforma y entra en un estado de equilibrio estable (como se explica en el punto 1 anterior).
A medida que aumenta la carga, la estructura se transforma repentinamente en deformación en alguna carga crítica P (la condición descrita en el punto 2 anterior).cr.
curvas de la estructura
¿Qué tiene que ver el pandeo con la estabilidad?
La pregunta es: ¿el equilibrio de (punto 2) es estable o inestable?
Usualmente (punto 2) después del pandeo hay un equilibrio neutral o inestable.
Figura 5: Etapas de pandeo de pilares
Tipo de inestabilidad
Las estructuras sometidas a fuerzas de compresión pueden verse afectadas por:
Pandeo: bifurcación de equilibrio por deformación (de la condición 1 a la condición 2 anterior).
Fallo debido a la inestabilidad del equilibrio debido a una gran deformación o inelasticidad del material (Condición 1)
La inestabilidad elástica ocurre en vigas, columnas y pórticos que están sujetos a cargas laterales y de gravedad.
La inestabilidad inelástica puede ocurrir en todos los miembros y marcos.
pandeo de ramas
Un miembro o estructura que soporta una carga. A medida que aumenta la carga, mortal valor:
La deformación cambia abruptamente de (de la condición 1 a la condición 2 anterior).
Luego, la trayectoria de deformación de la carga de equilibrio diverge.
Carga crítica de pandeo cuando la trayectoria de deformación de la carga diverge
Trayectoria de deformación de la carga primaria antes del pandeo
Carga secundaria después del pandeo – camino de deformación
¿La trayectoria después del pandeo es estable o inestable?
simetría rama
Figura 6: rama simétrica estable
asimétrico rama
Comportamiento asimétrico posterior al pandeo con respecto al eje de carga.
Figura 7: Ramificación asimétrica
Trastorno de inestabilidad
No hay ramificación de la trayectoria de deformación de la carga. La transformación permanece en el estado 1 todo el tiempo.
A medida que aumenta la carga, la rigidez de la estructura disminuye. Los cambios de rigidez se deben a grandes deformaciones y/o inelasticidad del material.
La rigidez estructural disminuye a cero y se vuelve negativa.
La capacidad de carga se alcanza cuando la rigidez es cero.
Equilibrio neutro con rigidez cero y equilibrio inestable con rigidez negativa.
Falla de estabilidad estructural: cuando la rigidez se vuelve negativa.
falla de columna de viga
Figura 8: Inestabilidad debida a no linealidades materiales y geométricas
Pandeo a presión
Figura 9: Pandeo por salto
Falla por pandeo de la lámina – muy sensible a los defectos
Figura 10: Falla por pandeo de la lámina