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DISEÑO DE CONEXIONESTipos básicos de conectores de acero

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DISEÑO DE CONEXIONESConexiones atornilladas típicas


Conexiones atornilladas típicas. Continuación

DISEÑO DE CONEXIONES


Tornillos de alta resistencia. Características geométricas



Tornillos de alta resistencia. Ensamble.



Tipos y tamaños de agujeros para tornillos



Usos de los agujeros de ranura



Espaciamiento de tornillos con agujeros estándar



Casos de carga en tornillos



Comportamiento de conexiones atornilladas a fuerza cortante



Estados limites de falla de conexiones atornilladas



Conexiones soldadas típicas.



Conexiones soldadas típicas. Continuación



Soldadura de arco metálico protegido



Soldadura de arco metálico protegido. Continuación



Soldadura de arco metálico sumergido



Electrodos y fundentes de soldadura



Tipos de soldadura



Tipos de soldadura. Filete y ranura.



Posiciones de soldado



Geometría de soldaduras de filete



Geometría de soldaduras de filete. Continuación.



Tamaño mínimo de soldaduras de filete



Pasos para formar soldadura de filete



Área efectiva de soldadura de filete



Clasificación de las soldaduras de filete



Símbolos de la soldadura



Símbolos de la soldadura. Continuación.



DISEÑO DE CONEXIONESResistencia de diseño de soldaduras

Según AWS D11.1D1.1M 2006 STRUCTURAL WELDING CODE

Resistencia de soldaduras de filete

Perpendicular a la fuerza

En la dirección a la fuerza

Donde:Lw = Longitud del cordón de soldadura.FEXX = Resistencia del material de aporte.FuBM = Resistencia de tensión ultima del material de aporte.te = tp Espesor de la soldadura.


CONEXIONES A TENSION SIMPLE

Resistencia de Diseño

Según Capitulo D Sección D2, Norma AISC 360-10

La resistencia de diseño en tracción, tPn, de miembros solicitadosa tracción debe ser el menor valor obtenido de acuerdo a los estados límitede fluencia en tracción en la sección bruta y fractura en tracción en lasección neta.

Para Fractura en tracción en la sección netaDonde:Ae = área neta efectiva, cm2

Fu = tensión última mínimaespecificada del tipo de aceroutilizado, kgf/cm2



Determinación de Áreas


Área gruesa: El área bruta, Ag, de un miembro es el área total de la sección transversal.

Área neta:

An = Ag – Área de los agujeros





Área neta efectiva:




Según Capitulo D Tabla D3.1, Norma AISC 360-10

Factor de corte diferido:



Resistencia de Diseño

Capacidad resistente por bloque de corte.

R =0.6F A +U F A 0.6F A +U F Au u y v unv nt ntBS bs bs



Resistencia de Diseño al aplastamiento en agujeros de tornillos

El estado limite de aplastamiento del agujero de un tornillo esta dado por:



Resistencia de Diseño al desgarramiento por cortante en agujeros de tornillos

La resistencia de diseño al aplastamiento correspondiente al estado limite de desgarramiento por cortante es como sigue :

Donde:p = paso de los pernos.dh = Diámetro del agujero del tornillo.Fup = Resistencia de tensión ultima del material de la placa.t = Espesor de la placa conectada.

Bult


CONEXIONES A CORTANTE SIMPLEConexiones para uniones viga-correa

Caso 1:

Se verifican los estados limites por aplastamiento y desgarramientotanto de la plancha como del alma de la correa.


CONEXIONES A CORTANTE SIMPLEConexiones para uniones viga-correa

Caso 2:

Se verifican los estados limites por aplastamiento y desgarramientotanto de la plancha como del alma de la correa.

Se estudia el estado limite de falla por bloque de cortante.


CONEXIONES PRECALIFICADASConexiones a momento flector.

Según AISC358-2010.


CONEXIONES PRECALIFICADASTipos de conexiones precalificadas a momento.


REDUCED BEAM SECTION




END-PLATE MOMENT CONNECTIONS




BOLTED FLANGE PLATE (BFP)




WELDED UNREINFORCED FLANGE–WELDED WEB




KAISER BOLTED BRACKET (KBB)




KAISER BOLTED BRACKET (KBB). Continuación.




CONXTECH CONXL MOMENT CONNECTION.




CONXTECH CONXL MOMENT CONNECTION. Continuacion.


CONEXIONES A MOMENTO (END-PLATE)


CONEXIONES A MOMENTO (END-PLATE)Nodos Viga Columna. Conexiones

Desempeño sísmico de las conexiones metálicas

A continuación se muestra gráficamente un resumen de las fallastípicas observadas en conexiones viga columna resistentes a momentos.


CONEXIONES A MOMENTO (END-PLATE)Conexiones. Configuraciones Geométricas

Según Capitulo 6, sección 6.2 de AISC358-2010.

A continuación se muestra gráficamente un resumen de los trestipos de conexiones pre calificadas a momento flector


CONEXIONES A MOMENTO (END-PLATE)Conexiones. Requerimientos para conexiones pre calificadas


Para que una conexión se considere pre calificada la geometría dela misma debe satisfacer los valores mostrados a continuación:


CONEXIONES A MOMENTO (END-PLATE)Conexiones. Requerimientos para conexiones pre calificadas

Según Capitulo 6, sección 6.3 de AISC358-2010. Continuación.


CONEXIONES A MOMENTO (END-PLATE)Conexiones. Requerimientos para Vigas


1. Todos los elementos que conforman la sección de la viga (alas y alma)deben conectarse a la plancha mediante una soldadura de penetraciónprofunda CPJ o mediante una soldadura de filete doble, cuyo espesordebe ser de al menos un 75% del grosor del alma de la viga pero nomenor que 6 mm.

2. El tamaño tanto del ala como del alma de la viga a usarse dependen delos valores de la tabla 6.1.

3. Deben ser compactas sísmicas según AISC 341-10.

4. El peso por unidad de longitud de la viga no es limitante.


CONEXIONES A MOMENTO (END-PLATE)Conexiones. Requerimientos para Columnas


1. La conexión solo debe fijarse a un ala de la columna.

2. El ala de la columna debe ser mas ancha que la conexión a utilizar.

3. Deben ser compactas sísmicas según AISC 341-10.

4. El peso por unidad de longitud de la columna no es limitante.


CONEXIONES A MOMENTO (END-PLATE)Conexiones. Relación Viga-Columna


1. La zona panel de la columna debe cumplir con los requerimientosestipulados en la AISC 358-10

2. La relación de momentos flectores de la viga y la columna debencumplir los requerimientos estipulados en la AISC 358-10


CONEXIONES A MOMENTO (END-PLATE)Conexiones. Diseño de los pernos y la plancha

Según Capitulo 6, sección 6.10.1 de AISC358-2010.

Paso 1: Momento en la cara de la columna Mf

Donde:Mpr = Momento máximo probable por plastificación en la viga.Vu = Fuerza cortante en el extremo de la viga.Sh = Distancia de la cara de la columna a la rotula plástica.

Vu =




Distancia Sh

Conexiones sin ridigizadores (4 pernos)

Sh = menor (d/3; 3bf)

Conexiones con ridigizadores (4 pernos)

Sh = Lst

Lst




Paso 2: Seleccionar el tipo de conexión a utilizar.




Paso 3: Determinar el diámetro del perno requerido

Donde:Fnt = Tensión cedente mínima especificada para el perno.hi = distancia desde el baricentro del ala en compresión a cada uno delos pernos.

Para 4E y 4ES: Para 8ES:




Paso 3: Determinar el diámetro del perno requerido. Continuación.

Para 4E y 4ES: Para 8ES:




Paso 4: Seleccionar el diámetro comercial del perno a utilizar

in mm

5/8 16

3/4 19

7/8 22

1 25

Tabla. Ejemplo de diámetros comerciales.




Paso 5: Determinar el espesor de la plancha

Donde:Fyp = Tensión cedente mínima especificada para la plancha.Yp = Línea de mecanismo de fluencia d la plancha.




Paso 5: Determinar el espesor de la plancha. Calculo de Yp.

Para 4E:





Para 4ES:





Para 8ES:




Paso 6: Seleccionar el espesor comercial de la plancha a utilizar

Tabla. Ejemplo de espesores comerciales.

in mm

1/2 13

5/8 16

3/4 19

7/8 22

1 25




Paso 7: Determinar la fuerza totalizada del ala de la viga

Donde:d = Altura de la viga.tbf = Espesor del ala de la viga.




Paso 8: Chequeo de corte por fluencia de la plancha en la zona sinrigidizar de los pernos.

Donde:bp = Ancho de la plancha. No debe tomarse mas grande que el anchodel ala de viga mas 25 mm para este calculo.




Paso 9: Chequeo de corte por rotura en la plancha en la zona sin rigidizarde los pernos.

Donde:Fyp = Tensión cedente mínima especificada para la plancha.An = Área neta de la plancha.db = Diámetro del perno.

An = (mm²)




Paso 10: Determinar el espesor del rigidizador para conexiones 8ES

Donde:Fyb = Tensión cedente mínima especificada para la viga.Fys = Tensión cedente mínima especificada para el rigidizador.tbw = Espesor del alma de la viga.




Paso 11: Chequeo por corte de los pernos en la zona de compresión de lospernos

Donde:Fnv = Tensión cedente mínima especificada para la viga.nb = Numero de pernos en compresión.Ab = Área nominal del perno.Vu = Fuerza cortante en el extremo de la viga.




Paso 12: Chequeo por desgarramiento de la plancha

Donde:ni = Numero de pernos internos en el ala en tensión.no = Numero de pernos externos en el ala en tensión.

Donde:Lc = Distancia desde el centro del perno al borde de la plancha.Fu = Tensión cedente mínima especificada para la plancha.db = Diámetro del perno.




Paso 13: Diseño de la soldadura.

Referencias:

AWS D11.1D1.1M 2006 STRUCTURAL WELDING CODE

DESIGN GUIDE 21 / WELDED CONNECTIONS—A PRIMER FOR ENGINEERS


CONEXIONES A MOMENTO (END-PLATE)Conexiones. Diseño de la columna


Paso 1: Chequeo del espesor del ala de la columna en contacto con laplancha

Donde:Fyc = Tensión cedente mínima especificada para la columna.Yc = Línea de mecanismo de fluencia del ala de la columna en contacto con la plancha.tcf = Espesor del ala de la columna en contacto con la plancha.




Paso 1: Chequeo del espesor del ala de la columna en contacto con laplancha. Estimación de Yc.

Para 4E y 4ES:




Paso 1: Chequeo del espesor del ala de la columna en contacto con laplancha. Estimación de Yc.

Para 8ES:




Paso 2: Calculo de fuerzas para atiezadores en columnas.

Donde:Fyc = Tensión cedente mínima especificada para la columna.Yc = Línea de mecanismo de fluencia del ala de la columna en contacto con la plancha.tcf = Espesor del ala de la columna en contacto con la plancha.

Fuerza equivalentepara diseño deatiezadores

Momento defluencia del ala dela columna




Paso 3: Chequeo de la fuerza concentrada en el alma de la columna porefecto del ala en tensión de la viga.

Donde:Fyc = Tensión cedente mínima especificada para la columna.Ct = 0.50 si la distancia del tope de la columna al tope del ala en superior es menor que la altura “d” de la viga. 1.00 para el resto de los casos.tcw = Espesor del alma de la columna.




Paso 4: Chequeo Por pandeo local del lama de la columna.

Donde:h = altura del alma de la columna menos la zona de intercepción de lasalas de la columna con el alma, incluyendo el filete de unión de loselementos.

Cuando Ffu es aplicado a una distancia mayor a dc/2 del tope de la columna

Cuando Ffu es aplicado a una distancia menor a dc/2 del tope de la columna




Paso 5: Chequeo por desgarramiento del lama de la columna.

Donde:N = Espesor del ala de la viga mas dos veces el espesor de cada uno de loscordones de soldadura que fijan el ala a la plancha.

Cuando Ffu es aplicado a una distancia mayor a dc/2 del tope de la columna




Paso 5: Chequeo por desgarramiento del lama de la columna.

Cuando Ffu es aplicado a una distancia menor a dc/2 del tope de la columna

Donde:N = Espesor del ala de la viga mas dos veces el espesor de cada uno de loscordones de soldadura que fijan el ala a la plancha.




Paso 6: Diseño para atiezadores en columnas.

Donde:min (Rn) = Mínimo valor obtenido de Rn en los pasos 2, 3, 4, 5.

El diseño de los atiezadores esta contemplado en capitulo E de la AISC341-10 Seismic Provisions.

Fuerza de diseño:





Requerimientos geométricos mínimos según AISC 341-10 sección E3.6f(3)

Conexiones simples

Viga

ts =0.50 tbf

Conexiones dobles

Viga

ts =Máximo valor de tbf

Viga





AISC360-10 sección J10

1. Para atiezadores en tensión se deben cumplir los requerimientosestipulados en la norma AISC360-10 Capitulo E DESIGN OF MEMBERSFOR TENSION.

2. Para atiezadores en compresión se deben cumplir los requerimientosestipulados en la norma AISC360-10 Capitulo E DESIGN OF MEMBERSFOR COMPRESSION.




Paso 7: Diseño Zona Panel en columnas.

Para el calculo de la resistencia disponible de la zona panel del alma parael estado límite de fluencia en corte, se necesita establecer ladeformabilidad de la zona panel. Por lo que según AISC360-05 (J10.6) sedebe establecer el nivel de ductilidad de la zona panel y establecer si dichazona posee largas reservas de capacidad mas allá de la fluencia de corte opor el contrario permite deformaciones en el rango inelástico.





Cuando no se considera en el análisis el efecto de la deformación de la zona panel en la estabilidad del marco rígido:

Donde:Pc= Resistencia axial de fluencia de la columna.Pr= Resistencia requerida.





Cuando se considera en el análisis la estabilidad del marco, incluyendo la deformación plástica de la zona panel:

Donde:Pc= Resistencia axial de fluencia de la columna.Pr= Resistencia requerida.





Donde:dz= Altura total confinada por los atiezadores de la zona panelwz= Ancho de la zona panel de la columna.

La norma AISC341-10 en su sección 9.3b, establece un espesor geométrico mínimo para la zona panel de columnas.

Viga

Columna

Zona Paneld

z

wz


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