Curso de Alto Nivel de Diseño de Conexiones Estructurales Típicas de Edificios de Acero. M. en I. Ismael Vázquez Martínez 27 a 29 de marzo de 2008

Transcripción

1 Curso de Alto Nivel de Diseño de Conexiones Estructurales Típicas de Edificios de Acero M. en I. Ismael Vázquez Martínez 27 a 29 de marzo de 2008

2 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Ejemplo 6. Determine el numero de tornillos A325 de ¾ (1.9 cm.) de diámetro, colocados en agujeros estándar, necesarios para la conexión de la Fig. 1. La junta debe diseñarse por aplastamiento; las roscas de los tornillos están fuera de los planos de corte. Suponga que la distancia al borde es mayor que 1.5d y la distancia entre centros de agujeros mayor que 3d. El acero de las placas es A36, y las cargas mostradas son de diseño (están ya multiplicadas por el factor de carga).

3 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Fig. 1

4 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Resistencia al cortante por tornillo: Rv = 0.65 (2 x 2.85 x 5060) x10-3 = 18.7 ton. El factor 2 se debe a que los tornillos trabajan en cortante doble, de manera que hay dos planos de corte en cada uno cm2 es el área de la sección transversal del vástago de un tornillo de 1.9 cm de diámetro.

5 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Resistencia al aplastamiento por tornillo: Para la placa de 2.54 cm. de espesor FR = 0.75 x 2.4dt Fu = 0.75 x 2.4 x 1.9 x 2.54 x 4078 x 10-3 = ton. Para la placa de 1.27 cm. de espesor FR = 0.75 x 2.4dt Fu = 0.75 x 2.4 x 1.9 x 1.27 x 4078 x 10-3 = ton.

6 EJEMPLOS DE APLICACIÓN

7 EJEMPLOS DE APLICACIÓN El diseño de los tornillos queda regido por su resistencia al cortante. Número necesario de tornillos = 100 / 18.7 = 5.4 Se utilizarán 6 tornillos.

8 CONEXIÓN VIGA COLUMNA COMUNMENTE UTILIZADA ANTES DEL SISMO DE NORTHRIDGE EN LOS ESTADOS UNIDOS

9 FALLAS EN CONEXIONES PATÍN DE LA COLUMNA PENETRACIÓN COMPLETA PATÍN DE LA TRABE ATIESADOR PLACA DE RESPALDO PERFORACIÓN EN EL ALMA DETALLE A

10 FALLAS EN CONEXIONES

11 FALLAS EN CONEXIONES FRACTURA DE UNO DE LOS PATINES DE LA COLUMNA PROPAGANDOSE A TODA EL ALMA DE LA COLUMNA

12 FALLAS EN CONEXIONES

13 FALLAS EN CONEXIONES

14 FALLAS EN CONEXIONES

15 FALLAS EN CONEXIONES Zona Común de Iniciación de Fracturas

16 FALLAS EN CONEXIONES

17 FALLAS EN CONEXIONES

18 FALLAS EN CONEXIONES

19 Resultados de la Investigación Realizada P ro g ds of thquake Haz ar ctures t Frame Stru Steel Momen Program to Reduce the E ar Steel Moment Frame Structures Program to Reduce the Earthquake Hazards of tf el M teel Momen Ste S r f Ea ards o s ke Haz the a ure u q t e h c t c Ea r tru edu eusce the torr tnot FRraemd res m a m tructu raprog ome rame S of G ER rds EM FEMA 350 ia Criter Design ic m is ded Se Recommended Seismic Design Criteria mmenting nt-resisting Reecisom for New Moment-Resisting s i ome s S d NReew M gs uildinsteel nde mfeonrtframe Buildings B s Recommende e e g m a m n r d Seismic De i F o l m e d e sign Criteria M Stuil co for New Mom B Re Ne w e en tr r m es isting fo ra Steel Frame el F Buildings Ste a za eh k a u thq L RA DE FE y, 1 uly,20 Jul 352 J F E MA 50 3 A M FEDERAL EMERGENCY MANAGEMENT AGENCY FEMA 351 July, 1999 FE ENCY NT AG E M E G FEDERAL EM MANA ERGENCY ENCY MANAGEME MERG NT AGENCY RAL E FEDE CY N GE a A ri T EN rite EM AG nc g AN i M s e CY EN ic D July, 1999

20 Resultados de la Investigación Realizada FEMA-350: Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment-Frame Buildings. FEMA-351: Recommended Seismic Evaluation and Upgrade Criteria for Existing Welded Steel Moment-Frame Buildings. FEMA-352: Recommended Post-earthquake Evaluation and Repair Criteria for Welded, Steel MomentFrame Buildings. FEMA-353: Recommended Specifications and Quality Assurance Guidelines for Steel Moment-Frame Construction for Seismic Applications.

21 Resultados de la Investigación Realizada La placa de respaldo debe ser removida cuando se utiliza en las uniones de penetración completa entre el ala inferior de la viga y columna. Realizar saneado de raíz y soldar cordón de Respaldo tipo filete de tamaño mínimo de 8 mm.

22 Requerimientos básicos de una conexión viga columna en zonas sísmicas Debe ser capaz de poder desarrollar la capacidad a flexión de las trabes. Debe poder resistir varios ciclos de carga reversibles con rotaciones plásticas de 0.03 radianes. Las articulaciones plásticas deben formarse en las trabes y no en la columna.

23 MECANISMO DESEABLE ARTICULACIÓN PLÁSTICA ARTICULACIÓN PLÁSTICA 3d/4 3d/4 ARTICULACIÓN PLÁSTICA ARTICULACIÓN PLÁSTICA d 3d/4 L - 3d/2 L 3d/4

24 CONEXIONES PRECALIFICADAS POR MEDIO DE ACARTELAMIENTOS

25 CONEXIONES PRECALIFICADAS POR MEDIO DE ACARTELAMIENTOS

26 CONEXIONES PRECALIFICADAS POR MEDIO DE CUBRE PLACAS

27 CONEXIONES PRECALIFICADAS d/4 d d/4 POSIBLES COLOCACIONES d/2 POR MEDIO DE PLACAS VERTICALES

28 CONEXIONES PRECALIFICADAS d TRAMO CON SECCIÓN REDUCIDA POSIBLES GEOMETRIAS DISMINUCIÓN INTENCIONAL DE LA RESISTENCIA EN UN SEGMENTO DE LA VIGA (GEOMETRÍA TIPO HUESO DE PERRO )

29 CONEXIONES PRECALIFICADAS DISMINUCIÓN INTENCIONAL DE LA RESISTENCIA EN UN SEGMENTO DE LA VIGA (GEOMETRÍA TIPO HUESO DE PERRO )

30 CONEXIONES PRECALIFICADAS CONEXIÓN ATORNILLADA EN CAMPO d d 2 bf bf PATINES CON ANCHO VARIABLE EN ESTE SEGMENTO DE LA TRABE La conexión con la trabe es completamente atornillada por lo que no es necesario soldar en campo.

31 CONEXIONES PRECALIFICADAS ATIESADORES d 2 b f CONEXIÓN ATORNILLADA EN CAMPO bf SECCIÓN CAJÓN (4 PLACAS SOLDADAS) El muñón se fabrica en taller usando patines de ancho variable para alejar la articulación plástica lejos de la cara de la columna.

32 CONEXIONES PRECALIFICADAS QUITAR PLACA DE RESPALDO USAR ELECTRO DO TIPO E701 8 ATIESADOR HOYO HO YO PLACA DE RESPLADO ATIESADO R PATÍN INFERIOR DE LA TRABE PATÍN INFERIOR DE LA TRABE SOLDADURA DE PENETRACIÓ N CO MPLETA COLO CADA CUANDO LA CO LUM NA ESTÁ DE CABEZA QUITAR PLACA DE RESPALDO REFUERZO CON FILETE ATIESADOR HOYO ATIESADOR PATÍN INFERIOR DE LA TRABE SOLDADURA CON DOBLE BISEL HOYO PATÍN INFERIOR DE LA TRABE REFUERZO CO N SOLDADURA DE FILETE Alternativas para mejor la confiabilidad de la soldadura de penetración completa en la conexión propuesta.

33 CONEXIONES PRECALIFICADAS Conexión viga columna tipo árbol.

34 DISEÑO DE LA JUNTA Resistencia. Las conexiones deben ser capaces de resistir las acciones que les transmiten los miembros. Rigidez. La conexión debe tener la rigidez suficiente para conservar las posiciones relativas de los elementos que conecta. Capacidad de rotación. La conexión debe admitir rotaciones importantes conservando resistencia y rigidez suficiente de manera que se formen articulaciones plásticas en los elementos que conectan y por lo tanto permitir la capacidad de deformación de la estructura. Economía? Facilidad de fabricación y montaje?

35 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

36 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

37 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

38 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

39 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

40 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

41 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

42 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

43 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

44 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

45 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

46 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

47 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

48 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

49 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

50 CONEXIONES ATORNILLADAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

51 Conexión con Placas de Momento Atornilladas Ejemplo 7. Conexión Trabe T-1

52 Conexión con Placas de Momento Atornilladas

53 Conexión con Placas de Momento Atornilladas

54 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Conexión Trabe T-1 Patín A = x 1.9 = 57.9 cm2 FMAX = 57.9 x 2530 x 1.15 x 10-3 = 168 Ton. (Se considera una sobreresistencia del 15%) Considerando tornillos A-325 φ RN = 0.65 x 72* = 46.8 Ksi =3300 kg N ** = = 25.5 cm 2 2 x 3300 * Cuerdas fuera del plano de corte ** Cortante doble

55 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Considerando tornillos φ = ¾ n= A = 2.85 cm = 9 tornillo 2.85 Considerando el momento M ZFy 4845 x 2530 F= = = x10 3 = 191 ton d d 64.2 FMAX = 1.15 X 191 = 220 Ton.

56 EJEMPLOS DE APLICACIÓN N ** = φ = ¾ φ = = 33.2 cm 2 2 x n= = 12 tornillos n= = 8 tornillos 5.07 * Cuerdas fuera del plano de corte ** Cortante doble Se utilizarán tornillos de diámetro de 1

57 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Revisión placa de conexión. Para tornillos Ø = 1 RN=2.4 dt t Fu = 2.4 x 2.5 x 1.0 x 4080 x 10-3= 24.5 Ton. φ RN = 0.75 x 24.5 = 18.3 Ton. Fuerza por tornillo φ =1 220 F= = 27.5 ton 8 F * * 27.5 = = 13.8 ton < 18.3 ton 2 2

58 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Capacidad a Cortante de la Viga VN = 0.6 Fyw AW VN = 0.6 x 2530 x 61 x 1.3 x 10-3 = 120 Ton. Ø VN = 108 Ton (Nota: no se consideró sobreresistencia) Considerando tornillos Ø = ¾ N ** = = 18 cm 2 2 x n= = 6.4 tornillos 2.85 Se colocarán 6 tornillos

59 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Revisión Aplastamiento RN = 2.4 dt t Fu = 2.4 x 2.0 x 1.0 x 4080 x 10-3 = 19.6 Ton. (Ø = ¾ ) φ RN = 0.75 x 19.6 = 14.7 Ton. Fuerza por tornillo Ø = ¾ F= φ VN 108 = = 18 ton 6 6 F * * 18 = = 9 ton < 14.7 ton 2 2

60 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Revisión a tensión de la conexión (trabe T-1) a) Placa de conexión a flexión a.1) Fluencia en la sección gruesa Pn = Fy Ag = 2530 x 30 x 1 x 10-3 = 75.9 Ton. φ Pn = 0.9 x 75.9 = 68.3 Ton. (2 φ Pn)* = 2 x 68.3 = Ton < F = 191 Ton. Será necesario incrementar la placa

61 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Incrementando la placa At = 16 mm (5/8 ) Pn= Fy Ag = 2530 x 30 x 1.58 x 10-3 = Ton. (2 φ Pn)* = 2 x 0.9 x = 215 Ton. > 191 Ton. Se colocarán 2 placas de 5/8 a.2) Fractura en la sección neta Pn = Fu Ae 2 [ ( ) ] = cm Ae = U A n = Pn = 4080 x x 10-3 = Ton. 2 φ Pn = 2 x 0.75 x = Ton. > 191 Ton.

62 EJEMPLOS DE APLICACIÓN a) placa de conexión a cortante b.1) Flujo plástico en la sección total Pn = Fy Ag = 2530 x 39 x 1 x 10-3 = 98.7 Ton. φ Pn = 0.9 x 98.7 = 88.8 Ton. (2 φ Pn)* = 2 x 88.8 = Ton > VN = 120 Ton. b.2) Fluencia en la sección neta Pn = Fu Ae Ae = UAn = [ 39 6 ( ) ] = 22.4 cm 2 Pn = 4080 x 22.4 x 10-3 = Ton. (2 φpn)* = 2 x 0.75 x = Ton > VN = 120 Ton.

63 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Revisión del aplastamiento del alma de la trabe RN = 2.4 dt Fu RN = 2.4 x 1.9 x 1.3 x 4080 x 10-3 = 24.2 Ton. RN = 0.75 x 24.2 = 18.1 Ton.

64 EJEMPLOS DE APLICACIÓN Revisión soldadura alma Trabe / Columna VN = 120 Ton. Utilizando soldadura E-70xx RE-70XX = 70.ksi = 4900 kg/cm2 φ FBM = 0.75 x 0.6 x RE-70XX = 2205 kg/cm2 L = 60.9 x 2 = cm R= FBM L x t t= = 0.63 cm = 6.3 mm Se consideran 8 mm

65 RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN Sección de cuatro placas con soldadura de penetración. Evitar en la medida de lo posible.

66 RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN Sección de cuatro placas con soldadura de filete. Alternativa 1

67 RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN Sección de cuatro placas con soldadura de filete. Alternativa 2

68 RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN Forma eficiente de soldar el atiesador interior en sección de cuatro placas. Paso 1: soldar con filete en las primeras tres caras

69 RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN Paso 2: soldar la cuarta cara con soldadura de botón

70 RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN

71 RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN

72 ESTRUCTURAS METÁLICAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

73 ESTRUCTURAS METÁLICAS M. en I. Ismael Vázquez Martínez

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