CAPITULO 4. División 1. Cálculo de uniones por pernos Cálculo de uniones por soldadura Cálculo de uniones por pegamento

Transcripción

1 CAPITULO 4 Proyecto de elementos de sueción, anclae y cierre División Cálculo de uniones por pernos Cálculo de uniones por soldadura Cálculo de uniones por pegamento

2 Introducción PROYECTO DE UNIONES PERNOS O TORNILLOS PEGAMENTO SOLDADURA Mecánica de la unión, Hipótesis básicas de modelado y cálculo de resistencia Ventaas de un método sobre otro.

3 Introducción

4 Uniones por pernos o tornillos

5 Uniones por pernos o tornillos

6 Uniones por pernos o tornillos: eemplos Eemplos de tornillos o bulones usados en uniones Eemplos de remaches usados en uniones

7 Uniones por pernos o tornillos: comparación relativa

8 Uniones por pernos o tornillos: formas de falla

9 Uniones por pernos o tornillos: formas de falla

10 Uniones por pernos o tornillos: Formas de Falla

11 Análisis del CASO I): Falla por flexión del perno σ P. L g I. c < 0. 6S y

12 Análisis del CASO I): Falla por Corte Puro de los pernos 4. P τ π. d c < S sy 0. 4S y Análisis dependiente del caso

13 Análisis del CASO I3): Falla por tracción de las partes a unir σ h m. ( b N d ) m P R C < S y

14 Análisis del CASO I4): Falla por aplastamiento del perno σ d P c h m < 0. 9S y

15 Análisis del CASO I5): Falla por desgarramiento de la parte a unir τ. h P m L d < S sy 0. 4S y

16 CASO I6) Falla combinada: Corte Puro y Corte Torsional

17 CASO I6) Falla combinada: Corte Puro y Corte Torsional

18 CASO I6) Falla combinada: Corte Puro y Corte Torsional Hipótesis de Posibles Análisis ) Verificación > SIEMPRE ) Dimensionamiento > SOLO con Diámetros Iguales Hipótesis de Comportamiento Mecánico ) Toda sección rompe por corte ) Existe una acción directa y una acción por torsión. 3) Se emplea el centroide G de secciones resistentes como centro reducción para el análisis

19 CASO I6) Falla combinada: Corte Puro y Corte Torsional Esquema de cálculo para las uniones por pernos con carga excéntrica ) Obtención de las coordenadas del centroide x N S NS A A x y N S NS A A y ) Determinación de carga y momento reducidos respecto a G en forma vectorial N S F F ( ) T r F F N S

20 CASO I6) Falla combinada: Corte Puro y Corte Torsional 3) Cálculo de la tensión directa o primaria debida a la fuerza F en cada sección resistente. τ d N S F 4) Cálculo de la tensión secundaria debida al momento T en cada sección resistente. τ t N S A ( r ) r T r A

21 CASO I6) Falla combinada: Corte Puro y Corte Torsional 5) Cálculo de la tensión actuante en cada sección resistente como suma vectorial de las tensiones primaria y secundaria τ τ + τ d t 6) Verificación de la condición de resistencia en cada sección. max τ < S 0. 4S,..., sy y N S

22 CASO I7): Falla por efectos combinados: Corte y Tracción

23 CASO I7): Falla por efectos combinados: Corte y Tracción

24 CASO I7): Falla por efectos combinados: Corte y Tracción Hipótesis de Posibles Análisis ) Verificación > SIEMPRE ) Dimensionamiento > SOLO con Diámetros Iguales Hipótesis de Comportamiento Mecánico ) La sección rompe por corte y tracción combinadas ) Existe acción directa de corte. 3) Existe acción tractiva proporcional a la distancia del punto de apoyo

25 CASO I7): Falla por efectos combinados: Corte y Tracción Esquema de cálculo para las uniones por pernos con carga excéntrica ) Determinación de la tensión cortante directa τ d N S F ) Determinación de relaciones de compatibilidad elástica para la deformación de los pernos con el momento flector F.L F L + F F L A F F σ A ε E.A σ A ε E.A

26 CASO I7): Falla por efectos combinados: Corte y Tracción L θ. L ε L θ. L ε P P LP LP LP LP ε ε L L P P L L ε E A F.L F A LL L + L L P P 3) Determinación de la tensión tractiva en cada perno σ E. ε con,...,

27 CASO I7): Falla por efectos combinados: Corte y Tracción 4) Determinación de las tensiones principales en cada sección resistente. { } x x σ, σ ± + τ σ σ 5) Empleo de alguno de los criterios de rotura estática o dinámica según sea la condición de carga

28 Uniones por soldadura

29 Uniones por soldadura

30 Uniones por soldadura: algunos eemplos básicos

31 Uniones por soldadura: Soldadura a Filete

32 Uniones por soldadura: Soldadura a Filete τ σ 0 [ 45] P. Cos P. Cos[ 45] h. L. h. L. 44 P h. L

33 Uniones por soldadura: Soldadura a Filete

34 Uniones por soldadura: Soldadura a Filete Métodos de Cálculo II0) Métodos elementales II) Falla por efectos combinados: Corte Puro y Corte Torsional II) Falla por efectos combinados: Corte Puro y Tracción y/o compresión

35 II) Falla por efectos combinados: Corte Puro y Corte Torsional

36 II) Falla por efectos combinados: Corte Puro y Corte Torsional Hipótesis de Posibles Análisis ) Verificación > SIEMPRE ) Dimensionamiento > altura de garganta uniforme Hipótesis de Comportamiento Mecánico ) Toda sección rompe por corte ) Existe una acción directa y una acción por torsión. 3) Se emplea el centroide G de secciones resistentes como centro reducción para el análisis

37 II) Falla por efectos combinados: Corte Puro y Corte Torsional Esquema de cálculo para uniones por soldadura con carga excéntrica ) Obtención de las coordenadas del centroide x N S N S A A x y N S N S A A y ) Determinación de carga y momento reducidos respecto a G en forma vectorial N S F F ( ) T r F F N S

38 II) Falla por efectos combinados: Corte Puro y Corte Torsional 3) Cálculo de la tensión directa o primaria debida a la fuerza F en las secciones más comprometidas. τ d NS F i A i NS i F h gi L i F NS 4) Cálculo de la tensión secundaria debida al momento T en las secciones más comprometidas i h i L i τ t T r T r T r Li J + S r hdl Li N S N S Li + r hgdl i Li i

39 II) Falla por efectos combinados: Corte Puro y Corte Torsional Nota para 4). Los momentos de inercia polar de los cordones de soldadura se pueden encontrar tabulados para diferentes configuraciones geométricas J S h g [( ) ] b + d 6d b ( b + d ) J S h g 3 ( d + b) ( b+ d) d ( ) d + b

40 II) Falla por efectos combinados: Corte Puro y Corte Torsional Nota para 4). Para el caso general el momento polar de inercia se obtiene como: J S NS Li + NS r h dl g Li i [ ] J + A r i i ci i

41 II) Falla por efectos combinados: Corte Puro y Corte Torsional 5) Cálculo de la tensión actuante las secciones comprometidas como suma vectorial de las tensiones primaria y secundaria τ τ + τ d t 6) Verificación de la condición de resistencia en las secciones comprometidas. max τ < S 0. 4S,..., sy y N S

42 II): Falla por efectos combinados: Corte y Tracción y/o compresión

43 II): Falla por efectos combinados: Corte y Tracción y/o compresión Hipótesis de cálculo H) Tensión de corte debida a fuerza cortante (Tensión primaria) H) Tensión normal debida a momento flector (Tensión secundaria) H3) Se supone que la tensión secundaria en un punto de la garganta, es normal a la misma. Lo cual es una suposición fuerte y aproximadamente valida para algunos casos. H4) Se supone que la tensión primaria es uniforme en todo el grupo de soldaduras H5) La línea neutra flexional pasa por el centroide del grupo de soldaduras (Punto G) H6) Las áreas involucradas corresponden a las de cada garganta de filete del grupo de soldaduras

44 II): Falla por efectos combinados: Corte y Tracción y/o compresión Esquema de cálculo para las soldaduras bao cargas de corte y axiales ) Determinación del centroide del cordón de soldaduras. G ) Determinación de las tensiones de corte τ d NS F i A i NS i F h gi L i F NS i 3) Determinación de las tensiones normales h i L i σ s N S N S L i + ( ) r ˆ hg dl Li i M ( r ˆ ) i M L i + Li ( r ˆ ) Mc ( ) U r ˆ hdl I

45 II): Falla por efectos combinados: Corte y Tracción y/o compresión Nota para 3). Los momentos de inercia axial de los cordones de soldadura se pueden encontrar tabulados para diferentes configuraciones geométricas I I U U h h g g ( 4bd + d )( b+ d) d 6 ( 4b+ d)( b+ d) 6( b + d) Arriba Abao I I U U h h g g ( bd+ d )( b + d) d ( b + d) ( + d) 3 b 3 Abao Arriba

46 Uniones por pegamentos

47 Uniones por pegamentos

48 Uniones por pegamentos: Modelo de Análisis Hipótesis de cálculo para el modelo H) las placas tienen movimiento horizontal exclusivamente H) no se considera flexión en las placas y la deformación de las placas se debe solo a la acción de las cargas actuantes en sus extremos. H3) Se supone que la fuerza de contacto entre el adhesivo y la placa varía según F(x) F x n H4) Las placas a unir tienen el mismo ancho, aunque pueden ser de distinto material.

49 Uniones por pegamentos: Modelo de Análisis ε xx du σ F( x) F xx u( x) + dx E EA EA n x ( ) ( n ) + d a dx τ ( K ) ( K ) τ 0 a h a E a E + ( + ν ) a h Eh