Presentación de PowerPoint - Vázquez Martínez Ingenieros, SA de CV

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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
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).
Fig. 1
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.
2.85 cm2 es el área de la sección transversal del vástago de
un tornillo de 1.9 cm de diámetro.
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 = 35.42 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 = 17.71 ton.
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.
CONEXIÓN VIGA COLUMNA COMUNMENTE UTILIZADA ANTES
DEL SISMO DE NORTHRIDGE EN LOS ESTADOS UNIDOS
FALLAS EN CONEXIONES
PATÍN DE LA
COLUMNA
PENETRACIÓN COMPLETA
PATÍN DE LA TRABE
ATIESADOR
PLACA DE RESPALDO
PERFORACIÓN
EN EL ALMA
DETALLE A
FRACTURA DE UNO DE LOS PATINES
DE LA COLUMNA PROPAGANDOSE
A TODA EL ALMA DE LA COLUMNA
Zona Común de Iniciación de Fracturas
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
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e
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m
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m
tructu
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G
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EM
FEMA 350
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Criter
Design
ic
m
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ded Se Recommended Seismic Design Criteria
mmenting nt-Resisting
Reecisom
for New Moment-Resisting
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nde mfeonrtFrame Buildings
B
s
Recommende
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g
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for New Mom
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Steel Frame
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Buildings
Ste
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k
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L
RA
DE
FE
999
00
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
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.
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.
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.
MECANISMO DESEABLE
ARTICULACIÓN PLÁSTICA
3d/4
3d/4
d
3d/4
L - 3d/2
L
3d/4
CONEXIONES PRECALIFICADAS
POR MEDIO DE ACARTELAMIENTOS
POR MEDIO DE ACARTELAMIENTOS
POR MEDIO DE CUBRE PLACAS
d/4
d
d/4
POSIBLES COLOCACIONES
d/2
POR MEDIO DE PLACAS VERTICALES
d
TRAMO CON
SECCIÓN REDUCIDA
POSIBLES GEOMETRIAS
DISMINUCIÓN INTENCIONAL DE LA RESISTENCIA EN UN SEGMENTO
DE LA VIGA
(GEOMETRÍA TIPO “HUESO DE PERRO”)
DISMINUCIÓN INTENCIONAL DE LA RESISTENCIA EN UN SEGMENTO
DE LA VIGA
(GEOMETRÍA TIPO “HUESO DE PERRO”)
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.
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.
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.
Conexión viga columna tipo árbol.
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 ?
CONEXIONES ATORNILLADAS
Conexión con Placas de Momento Atornilladas
Ejemplo 7. Conexión Trabe T-1
Conexión Trabe T-1
Patín A = 30.48 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
168000
N ** =
= 25.5 cm 2
2 x 3300
* Cuerdas fuera del plano de corte
** Cortante doble
Considerando tornillos φ = ¾”
n=
⇒
A = 2.85 cm2
25.5
= 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.
N ** =
φ = ¾”
φ = 1”
220000
= 33.2 cm 2
2 x 3300
33.3
n=
= 12 tornillos
2.85
33.3
n=
= 8 tornillos
5.07
* Cuerdas fuera del plano de corte
** Cortante doble
Se utilizarán tornillos de diámetro de 1’’
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
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”
120000
N ** =
= 18 cm 2
2 x 3300
18
n=
= 6.4 tornillos
2.85
Se colocarán 6 tornillos
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
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 = 136.6 Ton < F = 191 Ton.
Será necesario incrementar la placa
Incrementando la placa At = 16 mm (5/8”)
Pn= Fy Ag = 2530 x 30 x 1.58 x 10-3 = 119.92 Ton.
(2 φ Pn)* = 2 x 0.9 x 119.9 = 215 Ton. > 191 Ton.
Se colocarán 2 placas de 5/8’”
a.2) Fractura en la sección neta
Pn = Fu Ae
2
[
(
)
]
0
.
85
×
1
.
58
×
30
−
2
×
2
.
5
+
0
.
2
=
33
.
04
cm
Ae = U A n =
Pn = 4080 x 33.04 x 10-3 = 134.8 Ton.
2 φ Pn = 2 x 0.75 x 134.8 = 202.2 Ton. > 191 Ton.
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 = 177.6 Ton > VN = 120 Ton.
b.2) Fluencia en la sección neta
Pn = Fu Ae
Ae = UAn = 0.85 × 1.0 × [ 39 − 6 × (1.9 + 0.2) ] = 22.4 cm 2
Pn = 4080 x 22.4 x 10-3 = 91.55 Ton.
(2 φPn)* = 2 x 0.75 x 91.55 = 137.3 Ton > VN = 120 Ton.
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.
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 = 121.8 cm
R=﴾  FBM ﴿ L x 0.7071 t
120 000
t=
= 0.63 cm = 6.3 mm
121.8 × 0.7071 × 2205
Se consideran 8 mm
RECOMENDACIONES PARA FACILITAR
FABRICACIÓN
Sección de cuatro placas con soldadura de penetración.
Evitar en la medida de lo posible.
FABRICACIÓN
Sección de cuatro placas con soldadura de filete.
Alternativa 1
FABRICACIÓN
Sección de cuatro placas con soldadura de filete.
Alternativa 2
FABRICACIÓN
Forma eficiente de soldar el atiesador interior en sección
de cuatro placas.
Paso 1: soldar con filete en las primeras tres caras
FABRICACIÓN
Paso 2: soldar la cuarta cara con soldadura de botón
FABRICACIÓN
FABRICACIÓN
ESTRUCTURAS METÁLICAS
ESTRUCTURAS METÁLICAS
●
Clave de correo electrónico: [email protected]

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