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L’objectiu principal d’aquest treball de fi de grau consisteix a analitzar el comportament resistent de perfils prims oberts utilitzats per a estructures de paletització a compressió pura, introduint elements mecànics que restringeixin o limitin alguns desplaçaments i/o deformacions seccionals. El treball inclou una breu introducció per conèixer el món d’aquests perfils prims oberts i entendre el funcionament de les estructures metàl·liques per a l’emmagatzematge de palets, anomenats perfils de tipus rack. Entrant al fons de la qüestió, per arribar als objectius del treball, se simulen els comportaments del perfil estudiat mitjançant el mètode dels elements finits amb el programa ANSYS 2022 R1. Primerament, es fa una anàlisi del comportament lineal del perfil prim, treballant amb les diferents opcions d’elements restrictius, que inclouen la incorporació d’un o més cargols o l’agregació d’una placa a diferents punts situats longitudinalment al llarg del perfil. I després, a partir d’aquesta anàlisi, es realitza l’estudi amb el càlcul no lineal. Ambdós estudis demostren que la incorporació d’aquests elements afavoreixen la resistència a la deformació deguda a la compressió a la qual està sotmesa el perfil prim. Per tal de finalitzar els càlculs numèrics, es calculen les capacitats resistents del perfil en els diferents casos segons els elements incorporats, seguint la normativa vigent corresponent, la normativa europea EN15512:2021 [7]. Es comparen i s’analitzen els resultats obtinguts del càlcul normatiu amb els adquirits a partir de les simulacions mitjançant el mètode dels elements finits, per determinar la diferència existent entre ells. En treballar amb un perfil considerat “petit”, segons la normativa europea, el fet d’afegir aquests elements restrictius o limitants de desplaçament i/o deformacions seccionals, no augmentarien la capacitat resistent de manera significativa del perfil, a diferència dels resultats aconseguits a partir de les simulacions numèriques. Es pot concloure que, a grans trets, els resultats obtinguts a partir de les simulacions mitjançant el mètode dels elements finits mostren que la incorporació d’aquest tipus d’elements és efectiva per tal de millorar la capacitat resistent del perfil, mentre que a partir dels resultats obtinguts amb la normativa no s’arriba a la mateixa conclusió, ja que no recull el matís de millora. Per tant, en un treball futur es podria treballar amb altres tipus de perfil, afegint el mateix tipus d’elements, per determinar si l’aplicació d’aquests és eficient des d’un punt de vista normatiu. Finalment, el treball inclou un estudi econòmic i un estudi de l’impacte ambiental

Este informe refleja el trabajo de fin de grado consistente en la simulación mediante el Método de los Elementos Finitos del ensayo a flexión de un puntal de estructura de almacenaje proporcionado por una entidad americana, y su posterior comparación de capacidades resistentes con el ensayo experimental en laboratorio del mismo con el fin de analizar el modelo de simulación. Para realizar la simulación se ha trabajado con el software ANSYS Mechanical, donde también se ha diseñado el perfil del puntal, consistente en un perfil abierto de paredes delgadas, con sección en C y perforaciones a lo largo de su longitud. Tanto el diseño como la simulación del proyecto se han realizado con el lanzamiento de macros, que permiten programar el estudio y usar todo el potencial del software, a la vez que aumentar la versatilidad de condiciones que se podrán imponer en la simulación. En el caso actual, se ha usado para realizar el estudio de dos longitudes diferentes de puntal. En primer lugar, se ha procedido a diseñar el perfil del puntal en el programa, juntamente con el resto de la estructura del ensayo, siguiendo las especificaciones y cotas proporcionadas por la entidad americana que promueve el estudio. Seguidamente, se ha mallado el diseño y establecido las condiciones de contorno adecuadas con tal de simular las impuestas durante el procedimiento experimental de esfuerzo a flexión en el laboratorio. Posteriormente, se ha realizado la simulación numérica de la estructura y se han obtenido los datos relevantes desde el mismo software ANSYS Mechanical. A continuación, estos resultados han sido procesados y comparados con los resultados experimentales del estudio en laboratorio de la pieza real. Por último, se han concluido una serie de puntos con respecto al modelo de simulación, permitiendo encaminar a posteriores estudios la mejora de este

Material nonlinearity affects the stiffness and consequently the distribution of internal forces and moments in indeterminate structures. This has a direct impact on their behaviour and design, particularly in the case of stainless steel, where material nonlinearity initiates at relatively low stress levels. A method for accounting for the influence of material nonlinearity in stainless steel frames, including making due allowance for the resulting amplified second order effects, is presented herein. Proposals have been developed for austenitic, duplex and ferritic stainless steels. The method was derived based on benchmark results calculated through second order inelastic analysis with strain limits, defined by the Continuous Strength Method, using beam finite element models. A comprehensive set of frames was modelled and the proposed assessment of second order effects in the plastic regime was also verified against the results of four full-scale stainless steel frame tests. The proposed method is due to be included in the upcoming revision to Eurocode 3 Part 1.4 Funding for this investigation was received from the Imperial College PhD Scholarship scheme and the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC). The financial support provided by the Spanish Ministerio de Educación, Cultura y Deporte through the José Castillejo-2018 scholarship is also acknowledged.

The Continuous Strength Method (CSM) provides accurate resistance predictions for both stocky and slender stainless steel cross-sections; in the case of the former, allowance is made for the beneficial effects of strain hardening, while for the latter, design is simplified by the avoidance of effective width calculations. Although the CSM strain limits can be used in conjunction with advanced analysis for the stability design of members, for hand calculations, the method is currently limited to the determination of cross-sectional resistance only, i.e. member buckling resistance is not covered. To address this limitation, extension of the CSM to the design of stainless steel tubular section columns is presented herein. The proposed approach is based on the traditional Ayrton-Perry formulation, but features enhanced CSM cross-section resistances and a generalized imperfection parameter that is a function of cross-section slenderness. The value of the imperfection parameter increases as the slenderness of the cross-section reduces to compensate for the detrimental effect of plasticity on member stability that is not directly captured in the elastic/first yield Ayrton-Perry approach. The accuracy of the proposed approach is assessed against numerical results generated in the current study and existing experimental results collected from the literature. The presented comparisons show that the CSM provides consistently more accurate member buckling resistance predictions than the current EN 1993-1-4 design rules for all stainless steel grades. The reliability of the proposed approach is demonstrated through statistical analyses performed in accordance with EN 1990. Finally, the paper presents a framework through which the proposed approach can be developed for other cross-section types and materials.

En aquest projecte és realitzarà un disseny i un estudi d’una muntanya russa, on s’expliquen els conceptes generals de la física en un parc d’atraccions, els diferents tipus d’atraccions i de elements que existeixen, i altres aspectes de rellevància. Desprès de realitzar un estudi teòric de les muntanyes russes, és confeccionarà un cas pràctic, on és dissenyarà una muntanya russa i el seu vagó corresponent. Posteriorment es realitzaran tots els càlculs corresponents per a que la muntanya russa pugui funcionar de forma correcte. L’objectiu final del projecte és realitzar un disseny correcte i viable d’una muntanya russa, per tal que la seguretat sigui idònia.

The growing interest in the use of steel space grids as structural envelope elements for tall buildings leads structural concept to gain relevance in the design and aesthetics of the building. Therefore, to speak of a sensible architectural solution thereof, it is necessary the existence of a direct relationship between both concepts; architectural design and structural analysis. Given the current situation, it is necessary to develop a methodology to work and to analyze through a proper structural approach that allows solving the common problems that usually arise in the design and analysis of these structures. It is therefore necessary to address design issues as to produce a more optimal and efficient structural geometry, while providing a response to formal questions of the building. The overall aim is to project, understanding the structure as the core, steel space grid envelope structures for tall buildings to obtain resistant forms which are more optimal and efficient. In this line, it is essential to analyze the trajectory of the isostatic lines according to the loads acting on the buildings so as to obtain their simplified structural geometries. The efficiency of these geometries is compared with the basic or initial geometries (traditional standard), to determine which are most optimal. The purpose of this paper is to present an initial study line of the optimization of steel space grid envelope structures for tall buildings of circular base. Given the characteristics of this type of geometry or “bluff-bodies” (not aerodynamic) wind tunnel studies are necessary to determine the forces and moments produced by the influence of wind turbulent flow, for large numbers of Reynolds, which are typical of the tall buildings proposed. In this work we develop wind tunnel tests for three different models, scale 1/400, of tall buildings of circular base to determine the influence of the wind flow around these buildings. Once the tests are conducted the structural models are analyzed in order to compare the results with their initial geometries. The first analysis results obtained from tall buildings of circular base show that the geometries obtained using the design methodology proposed offer an improved structural performance and therefore greater efficiency, in comparison with the basic geometries, or initials.

This work deals with seismic protection of steel building structures using hysteretic energy dissipators. The sensitivity of the performance of these systems to the design parameters of the dissipative devices is numerically investigated. Particularly, the influence of the vertical distribution of the yielding forces of the dissipators is deeply examined; two major approaches are compared. Comparison is established in terms of the response of a 15-story steel building subjected to the Lorca earthquake. Initial results seem to indicate little sensitivity of that response to the design yielding forces of the dissipators.

Las cargas concentradas en vigas armadas deben ser soportadas por rigidizadores verticales dispuestos en las secciones transversales solicitadas. Sin embargo, existen casos prácticos en los cuales resulta físicamente imposible la rigidización de todas las secciones de la viga que se verán sometidas a dichas solicitaciones. Un ejemplo paradigmático de estos casos es la construcción de puentes metálicos por empujes sucesivos. El presente artículo describe las expresiones de diseño actualmente implementadas en diferentes normativas a nivel mundial para la verificación de la resistencia de las vigas bajo cargas concentradas en secciones no rigidizadas. Asimismo, se presentan los modelos mecánicos en los cuales se basan las diferentes normativas así como las referencias más destacadas sobre el tema. Concentrated loads on steel plate girders should be carried by vertical transverse stiffeners deployed on each loaded cross-section of the members. There are, however, certain design cases in which vertical stiffeners cannot be physically deployed in such sections. The launching of steel bridges during construction is one remarkable realistic case in which this situation arises. Accordingly, the resistance of steel girders to such loads must be known and understood. This paper describes the design provisions presently implemented in codes for verifying the resistance of plate girders subjected to concentrated loads. Likewise, references and theoretical backgrounds of the aforementioned guidelines are pointed out.

El presente Proyecto Final de Carrera está dedicado al análisis de puntales de estanterías metálicas, con objeto de optimizar la sección de un perfil concreto desde el punto de vista resistente a compresión. El punto de partida son dos secciones de chapa de acero de 1mm de espesor, conformadas en frío y abiertas. La segunda sección es una modificación de la primera obtenida aumentando el desarrollo de plancha, y por lo tanto la cantidad de material empleado, que se diseñó con el objetivo de aumentar considerablemente la capacidad resistente a compresión de aquella. El resultado de los ensayos experimentales sobre estas dos secciones ha puesto de manifiesto que sólo se consigue un aumento importante de resistencia en el caso de longitudes cortas (L=200 mm), y que este incremento se reduce progresivamente con la longitud. Así, para longitudes iguales y superiores a 1100 mm el comportamiento de las dos secciones es similar. En el siguiente Proyecto se ha modificado, en fases sucesivas, esta segunda sección, con el objetivo de conseguir un aumento efectivo de su resistencia a compresión, en longitudes de 1100 mm y superiores, que son las que en la práctica se requieren. El nuevo perfil tiene una serie de limitaciones geométricas de diseño, tales como las dimensiones externas de la sección, las copas (encaje de las grapas), taladros (para las diagonales que forman el bastidor), ancho mínimo (para las diagonales), etc. Estos parámetros configuran las condiciones de contorno de la nueva sección, de modo que las modificaciones aplicadas en los sucesivos diseños deben tenerlas en cuenta. Se han utilizado dos métodos para el cálculo de la carga última o de fallo del perfil a compresión. En primer lugar se ha estudiado por simulación numérica por elementos finitos utilizando el programa ANSYS v.10.0 y posteriormente con una serie de fórmulas descritas por la FEM (Fédération Européenne de la Manutention) que están extraídas del Eurocódigo-3, obteniendo con ambos procedimientos resultados semejantes, aunque la normativa resulta en general más conservadora. Para la optimización de la sección se ha tomado la geometría inicial de la segunda sección, cambiando en cada propuesta únicamente una variable geométrica con el fin de aislar las que más influyen sobre su comportamiento resistente a compresión. Como resultado final del estudio y análisis, se ha obtenido una nueva sección que responde al objetivo planteado, cumpliendo las restricciones fijadas y con un aumento mínimo de material por lo que el coste económico del puntal no se verá incrementado en exceso. Se concluye, por lo tanto, que se ha logrado el objetivo del proyecto en todo su alcance.

En este trabajo de investigación se presenta una campaña experimental de ensayos de ocho vigas armadas híbridas de acero rigidizadas transversalmente sometidas a cargas concentradas en el panel central; se califica a una viga armada de híbrida cuando las alas y alma presentan diferentes límites elásticos. El estudio experimental se concentra en el comport amiento de los paneles de las vigas armadas híbridas donde se aplican las cargas concentradas valorando asimismo la influencia de los rigidizadores en la resistencia última de las mismas. Previamente a los ensayos se midieron las imperfecciones iniciales propias de la fabricación de cuatro de los prototipos. Por otra parte, se presenta la modelización numérica de los ensayos mediante el método de los elementos finitos utilizando el código Abaqus, el cual permite considerar la no linealidad del material y la no linealidad geométrica. Una vez calibrado el modelo con los ensayos, dicho modelo se utiliza como herramienta de cálculo para valorar los mecanismos resistentes de las vigas armadas híbridas frente a cargas concentradas. Para ello, se presta especial atención a la influencia de las imperfecciones geométricas iniciales. Asimismo, se presenta un análisis comparativo entre los resultados obtenidos experimentalmente y los resultados derivados del modelo numérico y de la aplicación de la formulación recogida en EN1993-1-5.

Ante determinadas situaciones de diseño de estructuras metálicas (pórticos de edificios metálicos, puentes metálicos y puentes mixtos), las tensiones que se desarrollan en los ele-mentos pueden ser considerables y no resistidas con secciones de perfiles laminados (perfil I y H). El problema se resuelve mediante el dimensionamiento de vigas o pilares armados proyectados "a medida", los cuales, se forman ensamblando placas de acero por medio de los elementos de unión (uniones atornilladas, uniones soldadas). Por otro lado, para conseguir, si cabe, elementos estructurales óptimos, en muchas ocasio-nes dichas vigas o pilares armados se proyectan con una variación longitudinal de su sección en función de la distribución de tensiones, definiendo así, elementos armados metálicos de inercia variable. Ello se realiza mediante un panel de alma cuya altura varía a lo largo de la directriz y dos paneles (alas), de modo que, se obtiene un elemento que utiliza material resistente, únicamente, allá donde es requerido y, por consiguiente, con disminución del peso propio. Habitualmente, la variación del canto del alma es lineal; y si no es así, puede aproximarse a ella. Respecto al comportamiento estructural de las vigas de inercia variable, una de sus principales características es la significativa esbeltez del alma, por lo cual, la abolladura ocurre, a menudo, en el rango elástico del material procediendo posteriormente a la plastificación del acero. En particular, en este artículo se presenta una formulación analítica que permite determinar la tensión crítica de abolladura a cortante del panel de alma de vigas de inercia variable para un parámetro de forma, a, igual a la unidad. Dicha formulación, ha sido obtenida a partir de estudios numéricos de inestabilidad de placas y considera la influencia que ejercen las alas en la definición de las condiciones de contorno del propio panel de alma.

Debido a las inevitables imperfecciones iniciales, las almas esbeltas de vigas armadas metálicas sometidas a flexión, cortante o flexión-cortante pueden desarrollar movimientos fuera de su plano, relativamente importantes. Estas deformaciones provocan tensiones adicionales a las calculadas según la teoría de la viga, que suelen denominarse tensiones de flexión secundaria. Estas tensiones aparecen concomitantemente con las tensiones de teoría clásica, y las tensiones residuales existentes, con lo que el valor de la tensión principal aumenta significativamente en las zonas donde el alma se ancla a las alas. La magnitud de estas tensiones, y el hecho de que estas se produzcan para cargas de servicio, posibilita el que se generen y propaguen fisuras debidas a la fatiga del acero en los cordones de soldadura que unen alma-ala y alma-rigidazor de una viga armada metálica. En este artículo, se estudia la importancia de este fenómeno mediante un modelo de análisis estructural basado en el método de los elementos finitos, y se cuantifican las tensiones en el alma de una viga armada en el rango post-crítico, es decir, habiendo ya abollado.

Instalación cinemátográfica con aprovechamiento de la energia solar. Proyecto de una pantalla de proyección denominada Bluesreen en cuyo dorso existe un campo fotovoltaico formado por 966 módulos solares, conectados a distintos grupos de inversores de distinta potencia y aduecado por un centro de transformación. En frente del Bluesreen se dispone de un foso de rodaje de 100x80m para las escenas acuáticas.

In recent years, a considerable amount of research has been devoted to the under-standing of the structural performance of single isolated stainless steel members. Not withstanding, advances related to the analysis of more complex stainless steel structures, such as frames, are scarce. On this basis, a comprehensive experimental programme on sway and non-sway austenitic stainless steel frames with slender and stocky rectangular hollow sections subjected to static loading was carried out at Universitat Politècnica de Catalunya. The paper presents the preliminary experimental results on one non-sway and one sway frame as illustrative of the experimental programme. A more in deep analysis of these frames will contribute to the appraisal of existing design rules for stainless steel, which are based on carbon steel, in terms of predicted ultimate capacities, plastic design and second order effects, considering the particular non-linear behavior and strain hardening for stainless steels.