ARBOL DE CONEXIONES DEL AISC

Transcripción

1 CONEXIONES

2 ARBOL DE CONEXIONES DEL AISC

3 CONEXIONES RIGIDAS ENTRE VIGAS Y COLUMNAS SE HAN MANTENIDO LOS CONCEPTOS ESTABLECIDOS EN LA VERSIÓN ANTERIOR EN DONDE SE TOMARON EN CUENTA LOS ESTUDIOS E INVESTIGACIONES DERIVADOS DE LAS EXPERIENCIAS DERIVADAS DE LOS SISMOS DE NORTHRIDGE 1994 Y KOBE COMO RESULTADO TAMBIÉN DE ESTAS EXPERIENCIAS SE DEFINIERON NUEVAS CONEXIONES PRECALIFICADAS

4 ANTECEDENTES FALLAS FALLA DE UNA SOLDADURA A TOPE DE PENETRACION COMPLETA SISMO DE NORTHRIDGE 1994 CONEXIÓN CON SOLDADURA A TOPE EN PATINES Y PLACA DE CORTANTE ATORNILLADA

5 CONSIDERACIONES ESPECIALES PARA CONEXIONES EN ZONAS SISMICAS

6 PROPIEDADES DEL ACERO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA REQUERIDA EN CONEXIONES CUYO DISEÑO ESTA REGIDO POR COMBINACIONES QUE INCLUYEN SISMO Fye = Ry Fy Ry = 1.5 para acero A-36 Ry = 1.1 para acero A-992

7 PLACAS DE CONTINUIDAD (ATIESADORES HORIZONTALES EN LA COLUMNA) CUANDO EL DISEÑO ESTÁ REGIDO POR UNA COMBINACIÓN DE CARGA QUE INCLUYE SISMO DEBEN COLOCARSE ATIESADORES HORIZONTALES A LOS LADOS DEL ALMA DE LA COLUMNA

8 RELACION ENTRE LOS MOMENTOS DE VIGAS Y COLUMNAS EN PRESENCIA DE ACCIONES SÍSMICAS DEBE SATISFACERSE LA SIGUIENTE RELACIÓN M pc / M pv >1.0 M pv SUMA DE LOS MOMENTOS EN LA VIGA, O VIGAS, QUE CONCURREN EN LA JUNTA, DETERMINADA EN LA INTERSECCIÓN DE LOS EJES DE VIGAS Y COLUMNAS; SE OBTIENE SUMANDO LAS PROYECCIONES, EN EL EJE DE LAS COLUMNAS, DE LAS RESISTENCIAS NOMINALES EN FLEXIÓN DE LAS VIGAS EN LOS PUNTOS EN LOS QUE SE FORMAN LAS ARTICULACIONES PLÁSTICAS.

9 M pc = (1.1 R y M pv + M v ) DONDE M V ES EL MOMENTO ADICIONAL QUE SE OBTIENE MULTIPLICANDO LA FUERZA CORTANTE EN LA ARTICULACIÓN PLÁSTICA POR LA DISTANCIA DE ÉSTA AL EJE DE LA COLUMNA PUEDE TOMARSE M pc = Z c ( F yc P uc A c )

10 NUEVAS CONEXIONES CALIFICADAS

11 CONEXIONES PRECALIFICADAS CONEXIÓN CON VIGAS DE SECCION REDUCIDA (HUESO DE PERRO) CONEXIÓN ATORNILLADA CON PLACA EXTREMA (ATIESADA Y SIN ATIESAR) CONEXIÓN CON PATINES SOLDADOS SIN REFUERZO Y ALMA SOLDADA CONEXIÓN CON PLACAS ATORNILLADAS A LOS PATINES CONEXIÓN CON MENSULAS TIPO KAISER ATORNILLADAS

12 CONEXIÓN CON VIGAS DE SECCION REDUCIDA

13 PRUEBA DE LA CONEXIÓN (THOMAS M. MURRAY)

14 CONEXIÓN DE PLACA EXTREMA

15 Configuraciones básicas Configuraciones extendidas

16 DETALLE DE LAS RANURAS CONEXIÓN CON PATINES Y ALMA SOLDADOS

17 PLACAS SOLDADAS A LOS PATINES ALMA ATORNILLADA

18 CONEXIÓN CON PLACAS ATORNILLADAS A LOS PATINES

19 CONEXIÓN CON MENSULAS TIPO KAISER ATORNILLADAS

20 EJEMPLO

21 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Diseñar la conexión de viga a columna mostrada para las siguientes acciones: Vu = 19.2 ton Mu = 35.0 t m d TIPO AMBOS PATINES W356x PERNOS DE (A-325) 0.6 PLACA 12.7x23x1.0 W457x74

22 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO P= 550 ton Parámetros geométricos de diseño Viga W 45.7 x 74 kg/m ASTM A992 Fy = 3500 kg/cm² Fu = 4600 kgcm² Columna W 35.6 x 147 kg/m ASTM A992 Fy = 3500 kg/cm² Fu = 4600 kgcm² Placa ASTM A36 Fy = 2530 kg/cm² Fu = 4100 kgcm²

23 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Parámetros geométricos de diseño Zx COLUMNA 1.89 cm 35.6 x cm 1.23 cm cm cm cm cm 3.7 cm cm² 1. TRABE 4 cm Vu = 40 ton 45.7 x 74 cortante de piso 38.0 cm 45.7 AMesado cm D 0.9 cm a#esado 19.0 cm 39.5 cm 1.4 cm 3.02 cm 4.55 cm (diseño) cm² 1655 cm³

24 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONEXIÓN DE LA VIGA A LA COLUMNA Patín de la viga al patín de la columna (CONEXIÓN CALIFICADA) Se soldará directamente con penetración completa empleando placas de respaldo En tales condiciones no hay nada que diseñar A cambio de esto si la estructura se ubica en zona de riesgo sísmico es necesario un detallado muy estricto en los cortes de la viga. (Ver figura siguiente)

25 DETALLADO DE LA CONEXION

26 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Conexión del alma de la viga a la columna Se usará una placa simple Se propone una placa de 23 x 12.7 x 1.0 cm De acero A36 y 3 tornillos de 7/8 A325-N

27 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO ESTADOS LIMITE A CONSIDERAR EN LA PLACA 1.Fluencia en cortante (placa) 2.Ruptura en cortante (placa) 3.Aplastamiento/desgarramiento 4.Bloque de cortante (placa) 5.Fractura del tornillo 6.Fractura de la soldadura

28 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Resistencia a cortante de los tornillos De la tabla 7.1 φrn = 11.1 ton (capacidad de un tornillo a cortante simple) Para 3 tornillos 33.3 ton > Vu = 19.2 ton Resistencia a aplastamiento de los tornillos (3) Distancia vertical al borde : 3.9 cm (al centro del agujero) Distancia desde el borde: /2 = 2.7 cm φrn = φ 1.2 lc t Fu φ 2.4 dt Fu 0.75(1.2)(2.7)(0.95)(4100) = 9460 kg 0.75(2.4)(2.2)(0.95)(4100) = kg La resistencia por aplastamiento es mayor que Vu Fluencia en cortante de la placa φ = 1.00 φrn = φ0.60 Fy Ag = 1 x 0.60 x 2530 x 23 x 0.95 = kg = 33.2 ton >19.2

29 CAPACIDAD DE TORNILLOS A CORTANTE

30 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Ruptura por cortante en la placa Longitud total de agujeros: 3 agujeros de 2.5 cm = 7.5 cm ; Anv = (23-7.5) x 1.0 = 15.5 cm² φ= 0.75 φrn = φ 0.60 Fu Anv = 0.75 x 0.60 x 4100 x 15.5 = = kg = 28.6 ton > 19.2 Bloque de cortante φrn = φ Ubs Fu Ant +min (0.60 Fy Agv, φ 0.60 Fu Anv) Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene φrn = 31.9 ton > 19.2 cumple Soldadura Capacidad de un cordón de 0.6 x 23 long. = 663 x 23 = kg Para 2 cordones 30.5 ton

31 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Resumen Estados límite Fluencia por cortante = 33.2 ton Ruptura por cortante = 28.6 ton Aplastamiento ΦVn = 70.3 ton Bloque de cortante 31.9 ton Fractura en los tornillos = 33.3 TODOS LOS VALORES SON MAYORES DE Vu = 19.2 ton

32 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONCEPTOS ADICIONALES DE LA COLUMNA COLUMNA W 24 X103 Mu = 145 tm Cu = Tu = 145 / = 242 ton 40 ton 242 ton 242 ton ton 242 ton

33 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA a) Flexión del patín de la columna ΦRn = 0.9( 6.25 tf ² Fy) = 0.9 (6.25 x 3.02² x 3500) = kg = 180 ton < Tu = 242 ton Se requieren atiesadores en 1 y en 3 b) Fluencia del alma ΦRn = 0.9( 5k + N) Fy tw k = distancia del borde exterior del patín al punto donde inicia la parte recta del alma N = longitud de aplastamiento (espesor del patín) tw = espesor del alma ΦRn = 1.0( 5 x ) 3500 x 1.89) = kg = 167 ton < 242 Se requieren

34 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA c) Aplastamiento del alma de la columna ΦRn = 0.75( 0.80) tw ² [1+ 3 ( N/d)(tw/tf) 1.5 ] EFyw tf/tw Resolviendo para la columna W 24x 103 ΦRn = kg = ton > 242 o.k.

35 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA Diseño de los atiesadores AMesador min =75 ton =75 ton =150 ton

36 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA Diseño de los atiesadores Atiesador 1-2 Lado de tensión : Ast = / (0.9 x 2530) = 32.9 cm²75/2 75/2 75 ton 75/2 Lado de compresión : Ast = / (0.85 x 2530) = 34.9 cm² Placa de 5/8 x 6 A = 2 ( ) (1.59) = 42.3 cm²> Ast ok Soldadura Se propone un cordón de 3/8 en ambos lados Cap. de la soldadura 13.3 x 2 x 2 x 6 x = 79.8 ton ok

37 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO RESUMEN

38 PLANTA ELEVACION ELEVACION CONEXIÓN VIGA-COLUMNA CON VIGAS EN DOS DIRECCIONES

39 CONEXIONES DE MOMENTO CON PLACA EXTREMA Estados límite: Fractura de los tornillos por tensión Resistencia a flexión de la placa extrema Soldadura del patín de tensión Soldadura del alma Cortante en el tornillo del lado de compresión

40 PARA EL DISEÑO DE ESTAS CONEXIONES ES CONVENIENTE RECURRIR A AYUDAS DE DISEÑO COMO LAS CONTENIDAS EN LA GUIA 16 DEL AISC EN ESTE DOCUMENTO APARECEN FORMULAS QUE FACILITAN EL PROCESO

41

42