PC01-20064124

Pontificia Universidad Católica del Perú Escuela de Posgrado ESTRUCTURA METÁLICAS AVANZADAS MAESTRÍA EN INGENIERÍA CIV

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Pontificia Universidad Católica del Perú Escuela de Posgrado

ESTRUCTURA METÁLICAS AVANZADAS

MAESTRÍA EN INGENIERÍA CIVIL PROFESOR :

Ing. Luis Zegarra Ciquero

JEFE DE PRÁCTICA:

Ing. Johan Hinostroza Yucra

ALUMNO:

Loayza León, José Luis - 20064124

Lima 30 de abril del 2019 2019-2

Tarea 1. Diseño avanzado de estructuras metálicas. Problema 1. V ≔ 55 kN

Carga viva

D ≔ 45 kN

Carga muerta

Combinaciones que se han considerado U ≔ 1.2 ⋅ D + 1.6 ⋅ V = 142 kN

Imagen 1. Análisis estructural del puente 1-a. Diseño de brida superior a compresión. Puc ≔ 511.2 kN

Fuerza de diseño a compresión

L≔4 m

Longitud

Fy ≔ 50 ksi

Esfuerzo por fluencia

Suponiendo:

KL/r=50

Puc Areq ≔ ――― = 3.065 in 2 ΦcFcr Se selecciona la sección W10x26. L K ⋅ ―= 115.794 ry

ΦcFcr ≔ 37.5 ksi

Area requerida.

K≔1

L K ⋅ ―= 36.202 rx

De la tabla 4-22 del manual se calcula Φc Fcr ϕcPn ≔ ϕcFcr ⋅ Ag = ⎛⎝1.278 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

>

rx ≔ 4.35 in

ry ≔ 1.36 in

Ag ≔ 7.61 in 2

ϕcFcr ≔ 16.8 ksi Puc = ⎛⎝1.149 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

OK!

bf ≔ 5.77 in tf ≔ 0.44 in k ≔ 0.74 in tw ≔ 0.26 in E ≔ 29000 ksi d ≔ 10.3 in Determinación de Fcr para miembros sin elementos esbeltos bf = 6.557 ―― 2 ⋅ tf ∴

⎛ E ⎞ 0.5 < 0.56 ⋅ ⎜―― ⎟ = 13.487 ⎝ Fy ⎠

Elemento de patin no rigidizado no esbelto d-2⋅k = 33.923 ――― tw






Φt ≔ 0.9 Pu = ⎛⎝1.149 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

OK!

b. Resistencia de fractura a la tensión Fu ≔ 65 ksi

Esfuerzo último

U ≔ 0.9

Coeficiente de reducción de areas netas

An ≔ 7.61 in 2

No hay orificios para conección

Ae ≔ U ⋅ An = 6.849 in 2

Área efectiva

Pnf ≔ Fu ⋅ Ae = ⎛⎝4.452 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf Φtf ⋅ Pnf = ⎛⎝3.339 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

>

Φtf ≔ 0.75 Pu = ⎛⎝1.149 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

OK!

c. Relación de esbeltez L ―= 115.794 < ry

300

OK!

1-c. Diseño de brida inferior por tracción a. Fluencia de la sección total Pu ≔ 454.4 kN

Carga última a tracción

U = 0.9

Coeficiente de reducción de areas netas

Se determina el área minima de la sección requerida. ⎛ Pu ⎞ Pu 2 max ⎜――― , ―――― ⎟ = 2.27 in Φ ⋅ Φ ⋅ ⋅ Fy Fu U ⎝ t t ⎠ Se selecciona una sección W10x17 Ag ≔ 4.99 in 2

Área de la sección

Pn ≔ Fy ⋅ Ag = ⎛⎝2.495 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf Φt ⋅ Pn = ⎛⎝2.246 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

>

Φt ≔ 0.9 Pu = ⎛⎝1.022 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

OK!

b. Resistencia de fractura a la tensión Fu ≔ 65 ksi

Esfuerzo último

U ≔ 0.9

Coeficiente de reducción de areas netas

An ≔ 4.99 in 2

No hay orificios para conección

Ae ≔ U ⋅ An = 4.491 in 2

Área efectiva

Pnf ≔ Fu ⋅ Ae = ⎛⎝2.919 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf Φtf ⋅ Pnf = ⎛⎝2.189 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

>

Φtf ≔ 0.75 Pu = ⎛⎝1.022 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

OK!

c. Relación de esbeltez ry ≔ 0.845 in Longitud de la brida inferior

L≔4 m L ―= 186.367 < ry

300

OK!

1-d. Diseño de diagonal a compresión. Pu ≔ 454.62 kN

Fuerza de diseño a compresión

L ≔ 6.4 m

Longitud

Fy ≔ 50 ksi

Esfuerzo por fluencia

Suponiendo:

KL/r=50

ΦcFcr ≔ 37.5 ksi

Pu Areq ≔ ――― = 2.725 in 2 ΦcFcr

Area requerida.

Se selecciona la sección W10x33.

K≔1

L K ⋅ ―= 129.881 ry

L K ⋅ ―= 60.136 rx

rx ≔ 4.19 in Ag ≔ 9.71 in 2

ry ≔ 1.94 in

De la tabla 4-22 del manual se calcula Φc Fcr ϕcPn ≔ ϕcFcr ⋅ Ag = ⎛⎝1.301 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

>

ϕcFcr ≔ 13.4 ksi Pu = ⎛⎝1.022 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

OK!

Sección W10x36 bf ≔ 7.96 in tf ≔ 0.435 in k ≔ 0.9350 in tw ≔ 0.29 in E ≔ 29000 ksi d ≔ 9.73 in Determinación de Fcr para miembros sin elementos esbeltos bf = 9.149 ―― 2 ⋅ tf ∴

⎛ E ⎞ 0.5 < 0.56 ⋅ ⎜―― ⎟ = 13.487 ⎝ Fy ⎠

Elemento de patin no rigidizado no esbelto d-2⋅k = 27.103 ――― tw






Φt ≔ 0.9 Pu = ⎛⎝6.132 ⋅ 10 4 ⎞⎠ lbf

OK!

b. Resistencia de fractura a la tensión Fu ≔ 65 ksi

Esfuerzo último

U ≔ 0.9

Coeficiente de reducción de areas netas

An ≔ 9.71 in 2

No hay orificios para conección

Ae ≔ U ⋅ An = 8.739 in 2

Área efectiva

Pnf ≔ Fu ⋅ Ae = ⎛⎝5.68 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf Φtf ⋅ Pnf = ⎛⎝4.26 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

>

Φtf ≔ 0.75 Pu = ⎛⎝6.132 ⋅ 10 4 ⎞⎠ lbf

OK!

c. Relación de esbeltez L = 6.4 m

ry = 1.94 in

L ―= 129.881 < ry

300

OK!

1-f. Diseño de montante a compresión. Pu ≔ 71 kN

Fuerza de diseño a compresión

L≔5 m

Longitud de montante

Fy ≔ 50 ksi

Esfuerzo por fluencia

Suponiendo:

KL/r=50

Pu Areq ≔ ――― = 0.426 in 2 ΦcFcr

ΦcFcr ≔ 37.5 ksi

Area requerida.

Se selecciona la sección W10x26. L K ⋅ ―= 144.743 ry

K≔1

rx ≔ 4.35 in

L K ⋅ ―= 45.253 rx

Ag ≔ 7.61 in 2

De la tabla 4-22 del manual se calcula Φc Fcr ϕcPn ≔ ϕcFcr ⋅ Ag = ⎛⎝8.143 ⋅ 10 4 ⎞⎠ lbf

>

ϕcFcr ≔ 10.7 ksi Pu = ⎛⎝1.596 ⋅ 10 4 ⎞⎠ lbf Sección W10x26

bf ≔ 5.77 in tf ≔ 0.44 in k ≔ 0.74 in tw ≔ 0.26 in E ≔ 29000 ksi d ≔ 10.3 in

Determinación de Fcr para miembros sin elementos esbeltos bf = 6.557 ―― 2 ⋅ tf ∴



⎛ E ⎞ 0.5 < 0.56 ⋅ ⎜―― ⎟ = 13.487 ⎝ Fy ⎠

Elemento de patin no rigidizado no esbelto d-2⋅k = 33.923 ――― tw




Φt ≔ 0.9 Pu = ⎛⎝3.192 ⋅ 10 4 ⎞⎠ lbf

OK!

b. Resistencia de fractura a la tensión Fu ≔ 65 ksi

Esfuerzo último

U ≔ 0.9

Coeficiente de reducción de areas netas

An ≔ 7.61 in 2

No hay orificios para conección

Ae ≔ U ⋅ An = 6.849 in 2

Área efectiva

Pnf ≔ Fu ⋅ Ae = ⎛⎝4.452 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf Φtf ⋅ Pnf = ⎛⎝3.339 ⋅ 10 5 ⎞⎠ lbf

>

Φtf ≔ 0.75 Pu = ⎛⎝3.192 ⋅ 10 4 ⎞⎠ lbf

c. Relación de esbeltez L=5 m

ry = 1.36 in

L ―= 144.743 < ry

300

OK!

OK!

Problema 2.

Axial - Diagonal

Axial - Montante

Axial - Brida

Se va a emplear acero grado A36. Se han considerado las siguientes cargas. kgf Cv ≔ 30 ―― m2

Carga viva

kgf Cm ≔ 20 ―― m2

Carga muerta

h≔5 m

Altura de la estructura

km V ≔ 100 ―― hr

Velocidad de diseño hasta 10 m

⎛ h ⎞ 0.22 km Vh ≔ V ⋅ ⎜――⎟ = 85.857 ―― hr ⎝ 10 m ⎠

Velocidad de diseño a una altura h

Pero se va a considerar un Vh de 100 Km/hr, según la Norma 0.20

2-a. Diseño de diagonal. Puc ≔ 1472.3 kgf = ⎛⎝3.246 ⋅ 10 3 ⎞⎠ lbf

Fuerza de diseño a compresión

L ≔ 1.28 m = 50.394 in

Longitud

Fy ≔ 36 ksi

Esfuerzo por fluencia

Fu ≔ 58 ksi

Esfuerzo último

Se va a utiliza la sección. L 1-3/4x1-3/4x1/4 b ≔ 1.75 in

r ≔ 0.529 in

t ≔ 0.25 in

A ≔ 0.81 in 2

Verificación por esbeltez b =7 ― t




Φt ≔ 0.9 Pu = ⎛⎝3.246 ⋅ 10 3 ⎞⎠ lbf

OK!

b. Resistencia de fractura a la tensión Fu ≔ 58 ksi

Esfuerzo último

U ≔ 0.9

Coeficiente de reducción de areas netas

A ≔ 0.81 in 2

No hay orificios para conección

Ae ≔ U ⋅ A = 0.729 in 2

Área efectiva

Pnf ≔ Fu ⋅ Ae = ⎛⎝4.228 ⋅ 10 4 ⎞⎠ lbf 2 ⋅ Φtf ⋅ Pnf = ⎛⎝6.342 ⋅ 10 4 ⎞⎠ lbf

Φtf ≔ 0.75 > Pu = ⎛⎝3.246 ⋅ 10 3 ⎞⎠ lbf

c. Relación de esbeltez L ―= 95.262 r


Pu = ⎛⎝2.471 ⋅ 10 3 ⎞⎠ lbf

OK!

c. Relación de esbeltez L ―= 79.257 r


Pu = ⎛⎝6.354 ⋅ 10 3 ⎞⎠ lbf

OK!

c. Relación de esbeltez L ―= 68.919 r