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Título : Estática, estabilidad y dinámica de mástiles reticulados con aplicación a estructuras arriostradas
Autor(es) : Guzmán, Alberto Marcelo
Director(es) : Rosales, Marta B.
Co-director(es) : Filipich, Carlos P.
Palabras clave : Ingeniería estructural; Mástiles reticulados; Análisis estructural
Resumen : El presente trabajo tiene como propósito estudiar el comportamiento de mástiles reticulados con aplicación a estructuras arriostradas, tales como las utilizadas para soportar antenas de comunicaciones. Estos sistemas constan de dos contribuciones estructurales fundamentales, las riostras y el mástil. En lo que a las riostras se refiere, se estudian distintas formulaciones analíticas para su modelación, considerando las características de inextensibilidad y extensibilidad. Se analiza además, cómo incide en la respuesta de la riostra la variación de la pretensión inicial, así como también, los distintos grados de inclinación que pudiera presentar la misma. De las evaluaciones numéricas realizadas, se observa que estando la riostra suficientemente tensa, el modelo parábolico extensible es capaz de representar adecuadamente la respuesta, y al mismo tiempo, esta pretensión permite admitir un análisis linealizado, pudiéndose obtener la rigidez axial, así como también, las expresiones conducentes a las frecuencias naturales en y fuera del plano de la riostra. Seguidamente, a partir de un estudio paramétrico vía elementos finitos, se evalúa la respuesta dinámica de un mástil reticulado arriostrado sujeto a la acción de distintos registros s´rsmicos seleccionados. De las historias temporales para las respuestas consideradas, se puede establecer, como es de esperar, que a mayor amortiguamiento estructural del sistema, las respuestas disminuyen, y que modificaciones en la rigidez flexional del mástil y en los niveles de pretensión de las riostras, pueden conducir a fuertes demandas en dichas respuestas debido a una posible amplificación dinámica, en donde las características propias de cada registro sísmico tendrían una marcada influencia. Ante ello, en zonas con elevado riesgo sísmico la continuidad operativa de las comunicaciones podría afectarse debido a la sensibilidad sísmica del sistema mástil-riostras. Mediante un planteo energético se desarrolla un modelo continuo para la representación de un mástil reticulado en zig-zag, de sección transversal triangular y equilátera, constituida por tres largueros continuos unidos entre sí mediante diagonales articuladas en sus extremos. Como resultado de ello, se encuentran las ecuaciones diferenciales y las condiciones de borde que gobiernan el movimiento del reticulado, quedando incorporadas en las mismas, la flexibilidad por corte debido al alma reticulada, efectos de 2do orden debido a las cargas de punta, y aportes inerciales y de rigidez de los largueros. Basado en este último desarrollo, se fundamenta física y matemáticamente la obtención de un nuevo modelo continuo pero simplificado, en el que los corrimientos de cada larguero son referidos al eje baricéntrico de la sección transversal, permitiendo así abordar de manera más simple la solución del sistema diferencial. Al mismo tiempo y avanzando hacia una mayor simplificación, a partir de la formulación desarrollada se determinan las propiedades equivalentes necesarias para la representación del mástil como viga-columna, así como también, expresiones prácticas para la obtención directa de las cargas críticas de pandeo. Por último, se aborda la solución de la elástica, vibraciones naturales y estabilidad de un mástil reticulado arriostrado, en donde las riostras son consideradas como resortes elásticos, quedando incorporado el aporte de las mismas en las condiciones de borde del problema. Los resultados numéricos obtenidos implementando los modelos continuos y expresiones prácticas desarrolladas, indicaron un excelente desempeño.
This present work has the aim of studying the behaviour of lattice towers being applied to braced structures as the ones used to support antennas of communications. These systems are made up of two main structural contributions such as the tensors and the tower or mast. As regards tensors are concerned, different analytic formulations are being studied for its modeling considering the features of inextensibility and extensibility. Its also being analized the way in which the tensors answer to the variation of the initial pretense, and also the different degrees of inclination that it can show. From the results of testing figures its been observed that if the tensor is tensed enough, the parabolic extensible model is able to represent the answer accurately, and at the same time, this pretension allows to admit a lineal analysis so that an axial rigidity can be obtained, and also the expressions leading to the natural frequencies inside and outside of the plan of the tensors. Afterwards, from a parametric studio through finite elements, its evaluated the dynamic answer of a crosslinked braced mast associated to the action of different selected seismic records. From the temporary stories for the considerated answers, it can be deduced-as it is expected-that with the major structural buffet of the system the answers are fewer, and that the modifications in the flextional rigidity of the mast and in the levels of pretension of the tensors can led to strong demands in those answers due to a possible dynamic amplification, where the own characteristics of each seismic record would have a marked influence. In this way, in areas with a high level of seismic risks, the operative continuity of the communications could be affected due to the seismic sensitivity of the system mast-tensors. Through an energetic question, a continuous model is been developed for the representation of a truss mast in zig-zag, with a transversal triangular and equilateral section made up of 3 continuous chords joined through diagonals articulated in their endings. As a result of this, the differential equations and the conditions of edge that rule the movement of the truss are found leaving them incorporated inside them, the flexibility by shear-due to the lattice soul-second order effects due to the point loads and the inertial input and the rigidity of the chords. With this last development, it is based physically and mathematically the attainment of a new continuous but simplified model, in which the shifts of each chord are referred to the axis barycentric of the transversal section, allowing in this way to arrive in a simple way to the solution of the differential system. At the same time and leading to a greater simplificationstarting from the developed formulation-it is determined the equivalent properties needed for the representation of the mast as a beam-column, and also as practical expressions to obtain directly critical buckling loads. At last, the solution to the elastic, natural frequencies and stability of a lattice mast braced is been tackled, where the tensors are considered as stretched springs being incorporated the input of them in the conditions at the edge of the problem. The numeric results obtained through the continuous models and practical developed expressions showed an excellent performance.
URI : http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/3649
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