CONEXIONES APERNADAS

Transcripción

1 CONEXIONES APERNADAS El proceso de diseño de conexiones apernadas consiste en el análisis de: 1. Determinación del número de pernos (Nb) y/o verificar la resistencia de los mismos 2. Disposición de los pernos en la conexión 3. Verificación del diseño de la conexión 4. Consideraciones de fabricación, montaje, inspección y costos

2 Criterios de resistencia método LRFD Nb = carga de diseño resistencia de diseño La resistencia de diseño será el valor que se obtenga, según el caso, por: - Tracción - Corte - Corte y tracción simultáneos - Cargas aplicadas excéntricamente En la evaluación de estas resistencias se considera si la conexión es de Aplastamiento o de Deslizamiento crítico

3 Disposición de los pernos de la conexión: El detalle de la conexión puede modificar su capacidad resistente, por lo tanto se debe prestar atención a los siguientes aspectos: - Separación entre pernos - Distancia de los agujeros a los bordes - Distancias que permitan colocar y apretar los pernos - Longitudes de prensado de los pernos Verificación del diseño de la conexión: 1) Verificar la resistencia de diseño de los elementos conectados por: tracción - Cedencia en el área o sección total - Rotura en el área o sección efectiva

4 Corte - Cedencia en el área o sección total - Rotura en el área o sección efectiva Bloque cortante 2) Verificar la resistencia de diseño de los pernos por: Aplastamiento Efecto de apalancamiento 3) Verificar las conexiones de deslizamiento crítico para que: No se produzca deslizamiento bajo las cargas de servicio La resistencia al corte y al aplastamiento de la conexión debe ser mayor que las solicitaciones producidas por las cargas mayoradas

5 Tracción axial Requisitos de resistencia método LRFD La resistencia de diseño de los pernos por tracción axial será: R nt = F t A b Donde = factor de reducción de la resistencia nominal = 0,75 F t = Tensión nominal de tracción (ver tabla n 1) A b = Area nominal del perno

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8 Tabla n 1

9 Corte La resistencia de diseño de los pernos en conexiones de aplastamiento será: R nv = F v A b En la tabla n 2 se dan los valores de R nv Los pernos se identifican con el sufijo N si la parte roscada del perno está incluida en los planos del corte y con el sufijo X se la partecroscada está excluida de los planos de corte

10 Tabla n 2

11 Conexiones de deslizamiento crítico. Estado límite de servicio Bajo las cargas de servicio la resistencia de diseño será: R nv = F nv A b N s = 1 en conexiones con agujeros estándar, agrandados, de ranura corta y larga y de ranura larga cuando el eje largo del agujero es perpendicular a la línea de acción de la fuerza = 0,85 en conexiones con agujeros de ranura larga cuyo eje largo del agujero es paralelo a la línea de acción de la fuerza Ns = número de planos de corte en la conexión A b = área nominal del perno

12 = 1 = 0,85

13 Tabla n 3

14 Conexiones de deslizamiento crítico. Estado límite agotamiento resistente Bajo las cargas mayoradas la resistencia de diseño al agotamiento resistente será: R 1, 13 T str = 1 para conexiones con agujeros estándar = 0,85 para conexiones con agujeros agrandados y de ranura corta = 0,70 para conexiones con agujeros de ranura larga normales a la dirección de la fuerza aplicada = 0,60 para conexiones con agujeros de ranura larga paralelos a la dirección de la línea de acción de la fuerza aplicada b N b N s

15 = coeficiente de deslizamiento promedio = 0,33 para superficies Clase A: superficies no pintadas libres de óxidos de laminación = 0,50 para superficies Clase B: superficies no pintadas limpiadas con chorro a presión = 0,40 para superficies Clase C: superficies galnanizadas en caliente o superficies rugosas Tb = carga mínima de pretensión de los pernos (ver tabla 5) Nb = número de pernos en la conexión Ns = número de planos de corte en la conexión

16 Tabla n 4

17 Tabla n 5

18 Aplastamiento. Considerando la deformación del agujero, para agujeros normales o estándar, la resistencia al aplastamiento se calculará de la siguiente manera: Cuando d 0 1,5 d b y s 3d b ØR n = Ø 2,4 d b t F u Cuando d 0 < 1,5 d b o s < 3d b ØR n = Ø d 0 t F u Ø 2,4 d b t F u Para un solo perno o el agujero más cercano al borde de la conexión con dos a más pernos en la línea de acción de la fuerza ØR n = Ø [s d b / 2 ] t F u Ø 2,4 d b t F u Para el resto de los pernos

19 Ø = 0,75 t = espesor de la plancha F u = resistencia nominal de agotamiento del material de la plancha d b = diámetro nominal del perno d 0 = distancia mínima de los centros de agujeros estándar a cualquiera de los bordes libres s = separación centro a centro entre agujeros estandar

20 Tabla n 6

21 Deslizamiento crítico Elongación excesiva del agujero por deformación de la placa d b espesor t s Desgarramiento de la placa espesor t d 0

22 - En las conexiones por deslizamiento crítico la resistencia de diseño de los pernos en el estado límite de agotamiento resistente será: R str 1,13 T b N b N s 1 1,13 Tu T = 1 para conexiones con agujeros estándar = 0,85 con agujeros agrandados y de ranura corta = 0,70 con agujeros de ranura larga normales a la dirección de la fuerza = 0,60 con agujeros de ranura larga paralelos a la dirección de la fuerza = coeficiente de deslizamiento promedio = 0,33 para superficies Clase A = 0,50 para superficies Clase B = 0,40 para superficies Clase C Tb = carga mínima de pretensión de los pernos (ver tabla 5) Nb = número de pernos en la conexión Ns = número de planos de corte en la conexión Tu = resistencia de tracción requerida bajo cargas mayoradas b N b ver tabla n 4

23 Resistencia de diseño de los elementos conectados En las conexiones apernadas se verifica que las planchas y otros elementos conectados tengan la resistencia de diseño adecuada, determinada según los siguientes criterios: - Tracción - Corte Cedencia: R n = 0,90 F y A Rotura: R n = 0,75 F u A e Cedencia: R n = 0,90 (0,60F y )A Rotura: R n = 0,75 (0,60F u )A nc - Bloque cortante Cuando F u A nt 0,60 F u A nc Cuando F u A nt < 0,60 F u A nc R n = Ø ( 0,60 F y A v + F u A nt ) R n = Ø ( 0,60 F u A nc + F y A t )

24 Ejercicio 1: Determinar el número de pernos de Ø ¾ en agujeros estándar y de calidad A325, requeridos para desarrollar la capacidad total de las planchas de acero de Fy = 4570 kg/cm 2 y Fu = 5620 kg/cm 2. La superficie de la conexión clasifica como Clase B. La relación Carga Variable a Carga Permanente es CV = 4 CP. Los pernos deben colocarse en dos líneas paralelas a la fuerza. Vista lateral N/2 6 mm 9 mm N/2 6 mm N Vista en planta 152 mm N N

25 Resistencia de las planchas: Cedencia por tracción en el área total de la plancha de 9 mm N = F y A N = 0,90 x 4570 x (0,9x15,2) = kg Rotura por tracción en el área neta de la plancha de 9 mm A n =[ A N b (d b +1/8)] t p A A n = 9,68 cms 2 n =[ 15,2 2(3/4 +1/8)2,54] 0,9 Máximo valor de A n = 0,85 A = 0,85 x (0,9x15,2) = 11,63 cm 2 Entonces, An = 9,68 cm 2 N = 0,75 x 5260 x 9,68 = kg Como < 56266, la resistencia de las planchas es kg

26 N u = 1,2 CP + 1,6 CV = kg 1,2 CP + 1,6 (4CP) = kg kg N b = kg/perno CP = 5369 kg Carga de servicio N = CP + CV = (5369) = kg Bajo cargas de servicio, la capacidad de un perno A-325 Ø ¾ en corte doble para superficie clase B: N s = 2 R nv = F v A b N s F v = 1200 kg/cm 2 (Tabla n 3) Superficie clase A F v = 1200 x 0,5 / 0,33 = 1800 kg/cm 2 Superficie clase B A b = 2,85 cm 2 (Tabla n 3) R nv = kg/por cada perno N b = 2,62 pernos = 3 pernos

27 En el estado límite de agotamiento resistente, la capacidad de un perno A-325 Ø ¾ en corte doble para superficie clase B: - Aplastamiento. asumimos d 0 1,5 d b y s 3d b ØR n = Ø 2,4 d b t F u ØR n = 0,75 x 2,4 x 1,91 x 0,9 x 5620 ØR n = kg/por cada perno N b = kg kg/perno N b = 2,35 pernos = 3 pernos - Corte (deslizamiento crítico). R 1, 13 T str b N b N s

28 R 1, 13 T str b N b N s Ø = 1 (agujero estándar) = 0,5 (superficie clase B) Ns = 2 (2 planos de corte) T b = kg/cm 2 (ver tabla n 5) Nb = 1 (asumimos 1 perno) Ø R str = kg/por cada perno N b = kg kg/perno N b = 2,84 pernos = 3 pernos En este caso, priva la condición de agotamiento resistente sobre la carga de servicio. Por razones de simetría es conveniente usar 4 pernos en dos líneas.