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CONEXIONES DE CORTE

Ing. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Clasificación de las Conexiones M

Tipo I (FR)

I

Tipo III (PR)

III

II Tipo II (pinned)

θ Todas las clasificaciones contemplan la resistencia a momento, la rigidez rotacional y la ductilidad. Como se representa en el diagrama momento – rotación. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Clasificación de las Conexiones Concepto de línea de viga:  ji

M ij i

Curva de la conexión

MF

j

M ji

 ij

M

M

F ij

M

Mc

F ji

Línea de viga

L M ji  M ijF 

 ij  0 M ij  0

2 EI  ij L

c M ji  M ijF  M F

 ji  

M ijF L 2EI

 s

s



El método de clasificación del AISC depende también de la longitud del miembro, su rigidez y del diagrama de momentos. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Clasificación de las Conexiones Concepto de línea de viga:

M  be

 be

Tipo I

MF Tipo III

q

L M be 

qL2 M  12 F be

Tipo II

2

qL 2EI   be 12 L

 be  0 M be  0

qL2 MF  12 qL3 s  24 EI

s

 Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Clasificación de las Conexiones Diagramas momento rotación Type I, FR Moment Connection M = 0.9M F

Moment, M

Typical Beam Line

Type III, PR Moment Connection M = 0.5M F

M = 0.2M F

Rotation, 

Type II, Simple Shear Connection

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Tipos de Conexiones de Corte

• Two – Sided Connections

• One – Sided Connections • Seated Connections

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Two – Sided Connections • Plancha extrema en cortante (shear end - plate):

• Conexiones de doble ángulo (double - angles): o

Totalmente apernada. (all bolted).

o

Soldada / apernada, ángulos soldados a la viga soportada. (Welded – Bolted).

o

Apernada / soldada, ángulos soldados al elemento de soporte. (Bolted – Welded).

o

Totalmente soldada. (all Welded).

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Two – Sided Connections • Ventajas: o

Mayor resistencia a fuerzas cortantes.

o

Conexiones más compactas.

o

No es necesario considerar la excentricidad perpendicular al eje de la viga para gramiles trabajables.

• Desventajas: o

Pueden requerir consideraciones adicionales para el montaje.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Shear End -Plate

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Shear End -Plate • Ventajas: o

Sencilla – Pocas partes.

o

No requiere agujeros en la viga.

o

No requiere soldadura en campo.

• Desventajas: o

Se requiere cortar la viga a una longitud exacta.

• Comentarios: o

Para lograr flexibilidad se disponen planchas delgadas y gramiles grandes.

o

Conexión muy común en Australia y Europa. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angles

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angles • Ventajas: o

La longitud de la viga puede variar.

o

Se puede apernar o soldar a la viga.

o

Pernos a doble corte, (menos pernos).

• Desventajas: o

La instalación por ambos lados del alma de la columna o de la viga puede generar problemas de montaje.

• Comentarios: o

Para gramiles usuales no es necesario considerar la excentricidad en los pernos.

o

La excentricidad siempre se debe considerar en las soldaduras. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angles

Conexiones de doble ángulo, instaladas a ambos lados del alma de la columna. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angles

Conexiones de doble ángulo, instaladas a ambos lados del alma de la columna. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angles

Conexiones de doble ángulo, instaladas a ambos lados del alma de la viga. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angles

Conexión de doble ángulo, soldada al elemento de soporte Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

One – Sided Connections • Conexiones de ángulo simple (single angle)

• Conexiones de plancha simple (Single-plate) o

Configuración convencional.

o

Configuración extendida.

• Conexiones tipo “T” (Tee)

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

One – Sided Connections • Ventajas: o

Simplifican los procesos de fabricación y montaje al permitir la inclusión en taller de elementos de conexión a los soportes.

o

Reducen la cantidad de elementos de conexión y la mano de obra.

o

Proporcionan tolerancias más amplias para el montaje.

• Desventajas: o

Resultan en elementos de conexión más grandes, ya que poseen menor resistencia. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single Angle

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single Angle • Ventajas: o

Elimina problemas de montaje.

o

Permite la instalación lateral.

o

Simple, pocas partes.

• Desventajas: o

Requiere ángulos más grandes.

o

Pernos y soldaduras más grandes.

• Comentarios: o

No se recomienda en vigas sin soporte lateral.

o

La excentricidad siempre se debe considerar en los pernos y soldaduras que se conectan al elemento de soporte.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate • Ventajas: o

Sencilla – Pocas partes.

o

No requiere soldadura en la viga.

o

No requiere soldadura en campo.

• Desventajas: o

Más rígida que otras conexiones de corte.

o

Requiere un diseño y detallado cuidadoso.

• Comentarios: o

No se permite el uso de pernos A307.

o

Es importante garantizar la ductilidad rotacional de la conexión.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Tee Connection

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Tee Connection • Ventajas: o

Sencilla – Pocas partes.

o

No requiere soldadura en la viga.

o

No requiere soldadura en campo.

• Desventajas: o

La “Tee” puede ser pesada.

o

Más rígida que la mayoría (A excepción de la Shear Tab).

• Comentarios: o

Se requiere garantizar la ductilidad rotacional de la conexión.

o

Se usa principalmente para conectar a muros de concreto ó estructuras existentes.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Tee Connection

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Seated Connections • Conexiones de asiento no rigidizadas (Unstiffened Seated Connections): • Conexiones de asiento rigidizadas (Stiffened Seated Connections):

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Unstiffened Seated Connection

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Unstiffened Seated Connection • Ventajas: o

Pocas partes.

o

Pocos pernos.

• Desventajas: o

Requiere un ángulo para darle estabilidad.

o

Posee resistencia limitada.

• Comentarios: o

Se usa comúnmente para conectar al alma de la columna. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Stiffened Seated Connection

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Stiffened Seated Connection • Ventajas: o

Pocas partes.

o

Pocos pernos.

• Desventajas: o

Requiere un ángulo para darle estabilidad.

o

Introduce un estado límite en el alma de la columna.

• Comentarios: o

Se usa comúnmente para conectar al alma de la columna.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Suposición (modelo de viga simplemente apoyada) • Adecuada capacidad para acomodar la rotación de extremo de una viga simplemente apoyada. (p,ej. 0.03 rad).

q





  0.03 rad

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño • ¿Donde esta la articulación?

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño • Respuesta: En la parte más flexible de la conexión.

En este punto estará aplicada la reacción del extremo de la viga y se diseñará la conexión con base en esta condición.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño • ¿Donde esta la articulación?



Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño • ¿Donde esta la articulación?



Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Criterios de flexibilidad y ductilidad El detallado de la conexión debe garantizar la flexibilidad rotacional supuesta en el análisis de la estructura. o

Planchas y alas de ángulos delgados.

o

Gramiles amplios.

o

Gran separación horizontal de cordones verticales de soldadura.

Cuando no se pueda garantizar la flexibilidad, el diseño debe estar orientado a promover la ductilidad rotacional de la conexión. o

Se espera que ocurra cedencia en los elementos de conexión (planchas y ángulos), antes de la Rotura en corte de los medios de unión (pernos y soldadura). Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño

Conexión flexible.

Conexión dúctil. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño

Concentración de tensiones

Conexión frágil Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño

Conexión frágil Conexión con alas cortas conectadas al elemento de soporte.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Tolerancia de fabricación en la longitud de la viga • Tolerancia + / - ¼”

Para acomodar estas variaciones se recomienda: • Especificar una separación del elemento de soporte de al menos ½” (13 mm) “setback”.

• Considerar en los cálculos que la distancia de los pernos al borde extremo de la viga es ¼” (6 mm) menor a la especificada en los detalles. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Tolerancia de fabricación en la longitud de la viga

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Longitud efectiva de la soldadura

Cuando la soldadura termine “en el aire”, la longitud de soldadura especificada se reducirá

para efectos de cálculo.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Longitud efectiva de la soldadura

L eff  L w  2D w

Shear End-Plate

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Estados límites en vigas destajadas • Bloque de corte en el alma de las vigas. o

Pernos conectados al alma.

o

Soldadura en el alma.

• Resistencia a la flexión de la sección destajada. o

Cedencia en flexión.

o

Rotura en flexión.

o

Pandeo local del alma, (ala superior destajada).

o

Pandeo lateral torsional del alma, (ambas alas destajadas).

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Bloque de corte en el alma de las vigas • Sección J4.3 , AISC 360-05 Resistencia a la Rotura en bloque de cortante.

Rn   0.6 Fu Anv  U bs Fu Ant  0.6 Fy Agv  U bs Fu Ant    0.75 Agv = Área gruesa sujeta a corte. Ant = Área neta sujeta a tracción. Anv = Área neta sujeta a corte. Ubs = 1.00 Cuando la tensión de tracción es uniforme. = 0.50 Cuando la tensión de tracción es no uniforme. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Bloque de corte en el alma de las vigas

Conexión apernada

Conexión soldada Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Bloque de corte en el alma de las vigas

(a) Una sola fila de pernos.

(b) Múltiples filas de pernos.

Caso para el cual Ubs = 1

Caso para el cual Ubs = 0.5 Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Bloque de corte en el alma de las vigas

(a) Una sola fila de pernos.

(b) Múltiples filas de pernos.

Caso para el cual Ubs = 1

Caso para el cual Ubs = 0.5 Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Resistencia a la flexión de la sección destajada

Vigas con el ala superior destajada Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Resistencia a la flexión de la sección destajada

Vigas con ambas alas destajadas Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Resistencia a la flexión de la sección destajada Resistencia requerida a la flexión:

M u  Ru e Resistencia disponible: • Para Rotura a flexión

M n  Fu S net   0.75 •

Para pandeo local del alma:

M n  Fcr S net

Snet = Módulo de la sección neta.

  0.90

Fcr = Tensión critica de pandeo. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Resistencia a la flexión de la sección destajada Tensión critica de pandeo   2 E  t 2   w  K   Fy Fcr  f  2  121    h0   Limitaciones: Factor de ajuste:

Coeficiente de pandeo de placa:

v = Módulo de Poisson E = Módulo de elasticidad. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Consideraciones de Diseño Resistencia a la flexión de la sección destajada Tensión critica de pandeo

t w2 Fcr  0.62E f d  Fy ch0 Limitaciones:

Factor de ajuste:

 d ct  f d  3.5  7.5   d 

E = Módulo de elasticidad. dc = Altura del destaje en el ala comprimida. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Consideraciones de flexibilidad rotacional. o

El espesor de los ángulos no debe ser mayor de 5/8” (16 mm) para gramiles factibles.

o

Se recomiendan distancias al borde no menores a 1 ¼” (32 mm).

o

Se deben evitar las soldaduras en el borde superior de las alas conectadas al elemento de soporte, solo se permite un retorno mínimo de 2 veces el tamaño nominal de la soldadura.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Consideraciones de flexibilidad rotacional. Retorno (TIP.)

Dw

2Dw

(TIP.) Dw

Detalle de la soldadura Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Consideraciones de flexibilidad rotacional.

Comportamiento flexible.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Consideraciones de flexibilidad rotacional.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Consideraciones de flexibilidad rotacional.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Consideraciones adicionales de ductilidad: Alternativamente se pueden considerar los siguientes requisitos de ductilidad cuando no se puedan satisfacer los criterios de flexibilidad. Por ejemplo, cuando la conexión esté sometida a una combinación de corte y tracción.

db

min

 0.163t a

Fy  b 2   2  2  b L 

Fy = Tensión decente de los ángulos, (KSI)

db min = Diámetro mínimo de los pernos (A325), para garantizar la ductilidad rotacional de la conexión, (in).

b = Ancho flexible del ángulo, (in). Ta = Espesor del ala del ángulo, (in). L = Longitud del ángulo, (in). Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Consideraciones adicionales de ductilidad:

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Consideraciones adicionales de ductilidad:

Akbar R. Tamboli, Hand Book of Structural steel connection Design & Detail

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Conexión Totalmente apernada:

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Conexión Totalmente apernada: • Estados límites. Viga: o

Cedencia por corte.

o

Rotura por corte.

o

Bloque de cortante.

o

Aplastamiento y desgarre.

o

Resistencia por flexión y pandeo de la sección destajada.

Elemento de soporte: o

1-1

4

3 2 1

2-2 3-3 4 3

2 1

Aplastamiento y desgarre. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Conexión Totalmente apernada: 3 2

• Estados límites.

1

1

2 3

Ángulos: o

Cedencia por corte.

o

Rotura por corte.

o

Bloque de cortante.

o

Aplastamiento y desgarre.

4y5 1-1

2-2 3-3

3

3

4 2

Pernos:

1

1

2 6

o

Resistencia a corte simple.

5

o

Resistencia a corte doble.

6

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Soldada/apernada, ángulos soldados al alma de la viga soportada:

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Soldada/apernada, ángulos soldados al alma de la viga soportada: Suposición de diseño: La articulación se encuentra en la cara del elemento de soporte. La soldadura en el alma de la viga soporta está sometida a

corte excéntrico.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Soldada/apernada, ángulos soldados al alma de la viga soportada: • Estados límites particulares.

Área de corte

Viga: o

Cedencia por corte.

o

Bloque de cortante.

o

Resistencia por flexión y pandeo de la sección destajada.

o

Resistencia del alma en la soldadura.

Área de tracción

t w  2.36 Fw Dw Fu Soldadura: o

Rotura por corte excéntrico. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Apernada/soldada, ángulos soldados al soporte:

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Apernada/soldada, ángulos soldados al soporte: • Comentarios: o

Conexión tipo navaja.

o

Conexión viga a alas de columna.

o

Ala inferior de la viga cortada para permitir el montaje.

• Estados límites particulares: o

Resistencia a la flexión de la viga con el ala inferir destajada.

o

Resistencia de la soldadura – conexión de la viga al elemento de soporte.

o

Resistencia del elemento de soporte en la soldadura. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Apernada/soldada, ángulos soldados al soporte: Análisis elástico de la soldadura:

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Apernada/soldada, ángulos soldados al soporte: Análisis elástico de la soldadura:

Vu fv  2L

M

o

0

Vu  1  5  2 f  L  L  e  t     2 2  6  3

9  Vu e  ft   2  5 L  Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Apernada/soldada, ángulos soldados al soporte: Análisis elástico de la soldadura:

fw 

 f t 2   f v 2 2

 9 Vu e   Vu  fw     2   5 L   2L  2

Vu  18   e  fw  1     2L  5  L

2

2

Vu e fw  1 12.96  2L L

2

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Double Angle Connections • Apernada/soldada, ángulos soldados al soporte: Análisis elástico de la soldadura:

f w  Dw

2 Fw 2 2

Vu 2 e 1 12.96   Dw Fw 2L 2 L 2 Dw L  Aw 2

Vn  Vu

Vn 

Fw Aw e 1 12.96  L

2

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single Angle Connections • Consideraciones de diseño: o El efecto de la excentricidad siempre se debe en el ala del ángulo conectada al elemento de soporte. o Además, se debe considerar la excentricidad en el caso de filas dobles de pernos conectados atreves del alma de la viga soportada ó si la excentricidad “g1” excede 75 mm. o La excentricidad siempre debe ser considerada en el diseño de las soldaduras.

E indica que se debe considerar la excentricidad, g1, g2 y g3. son gramiles usuales. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single Angle Connections • Suposición de la excentricidad para OSL: eb ea

eb = e a

CL Alma

Pernos Ángulo

CL Alma

Conexión Apernada Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single Angle Connections • Suposición de la excentricidad para OSL: Retorno

ew Dw

2Dw

Dw

CL Alma

Conexión Soldada Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single Angle Connections • Estados límites. 4y5

Ángulos: o

Cedencia por corte.

1-1

o

Rotura por corte.

2-2

o

Bloque de cortante.

3-3

o

Aplastamiento.

o

Cedencia en flexión.

2-2

o

Rotura en flexión.

2-2

3 2 1

1

2 1

1

4 3

Pernos: o

Resistencia a corte excéntrico. 5

Soldadura: o

6

Resistencia a corte excéntrico. 6

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single Angle Connections • Estados límites. Ángulos: o

Cedencia en flexión.

M n  Fy Z x

  0.90

t a L2 Zx  4 o

Rotura en flexión.

M n  Fu Z net Z net

  0.75





ta  2 S 2 n n 2  1 d h  2mm  L   4 L 

M n  Ru ea Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single Angle Connections • Consideraciones de flexibilidad rotacional.

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections

Soporte Flexible

Soporte rígido

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections • Richard et al, 1980:

eb  he h ref  n N  S ref S 

0.4

n = Número de pernos. N = Coeficiente basado en el diámetro de los pernos: = 5 para 3/4” y 7/8”, y 7 para 1”. Sref = Coeficiente basado en el diámetro de los pernos: = 100 para 3/4”, 175 para 7/8”, 450 para 1”. S = Módulo de sección de la viga (in4). (e/h)ref = Parámetro basado en la relación l/d de la viga: = 0,06 (l/d) – 0,15 Cuando l/d ≥ 6. = 0,035 (l/d)

Cuando l/d < 6.

l = Longitud de la viga. d = Peralte de la viga. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections • Astaneh et al, 1989: La excentricidad en los pernos depende básicamente de las condiciones de apoyo, el tipo de agujeros y número de pernos en la conexión. Agujeros

Soporte flexible

Soporte rígido

STD

eb  n  1  a  a

eb  n  1  a

2n eb  a  a 3

2n eb  a 3

SSLT

Limitaciones del modelo matemático:

2 12   a  3 12 

(No válido para conexiones de plancha de alma extendida) Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections 13th Ed. AISCM. Nuevo enfoque de diseño. 14th Ed. AISCM. Se añaden nuevos requisitos.

Configuración convencional

Configuración Extendida (Usada para evitar el destaje en la viga)

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections 13th Ed. AISCM. Nuevo enfoque de diseño. 14th Ed. AISCM. Se añaden nuevos requisitos.

  0.03 rad

La rotación se logra principalmente mediante la deformación de la plancha y/o alma de la viga en contacto con los pernos de conexión. “Bolt Plowing”

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections

Deformación de la plancha en contacto con los pernos de conexión.

“Bolts Plowing” Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections • Configuración convencional:

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections • Configuración convencional: Limitaciones geométricas: o Valores máximos de tp y tw (Tabla 10-9). o Solo se permite una fila vertical de pernos. o 2 ≤ n = número de pernos ≤ 12.

o a ≤ 3 ½” (90mm). o Los agujeros pueden ser STD ó SSLT. o Leh ≥ 2db al borde de la plancha y alma de la viga. o Lev ≥ Límites de la tabla J3.4 AISCS o tweld ≥ 5/8 tp a ambos lados de la plancha. Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections • Configuración convencional: Los pernos se diseñan para resistir corte excéntrico: Mu = Vue

Table 10-9

Design Values for Conventional Single-Plate Shear Connections n 2 to 5 6 to 12

Hole Type

e, in.

Max. tp or tw, in

SSL

a/2

None

STD

a/2

db /2 + 1/16

SSL

a/2

db /2 + 1/16

STD

a

db /2 - 1/16 Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections • Configuración convencional: • Estados límites. Viga: o

Cedencia por corte.

1-1

o

Rotura por corte.

2-2

o

Bloque de cortante.

3-3

o

Aplastamiento y desgarre.

o

Resistencia por flexión y pandeo de la sección destajada.

Rotura por corte (excéntrico)

3 2 1

4

Pernos: o

4y5

5

3

2 1

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections • Configuración convencional: • Estados límites. 4

Plancha: o

Cedencia por corte.

1-1

o

Rotura por corte.

2-2

o

Cedencia en flexión.

o

Bloque de cortante.

o

Aplastamiento y desgarre.

2 3

3-3 4

Soldadura: o

1

1

2 3

Resistencia por corte.

Nota: No es necesario verificar la resistencia de la soldadura si tweld ≥ 5/8 tp . Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections • Configuración Extendida:

Héctor A. Díaz C.

Curso de Análisis y Diseño de Conexiones

Single-Plate Connections • Configuración Extendida: • Ventajas: o

Aplicable sin importar la geometría de la conexión.

o

Las alas de la viga no necesitan ser destajadas.

o

Excelente para conexiones sesgadas.

• Desventajas: o

Gran cantidad de pernos debido a la mayor excentricidad.

o

Puede requerir planchas más gruesas.

• Comentarios: o

La conexión puede ser o no rigidizada, (El uso de rigidizadores es opcional).

o

Conexión usada particularmente para conectar al alma de columnas o a vigas principales. Héctor A. Díaz C.

Shear tab Connections • Configuración Extendida:

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida:

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Excentricidad de la conexión “e”:

“a” se mide a la primera fila de pernos “e” se mide al centro del grupo de pernos Héctor A. Díaz C.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Limitaciones geométricas: o No hay límite en la cantidad de pernos. o No hay límite en la cantidad de filas verticales de pernos. o Lev y Leh según tabla J3.4 AISCS

o tweld ≥ 5/8 tp a ambos lados de la plancha. o Máximo espesor de la plancha tal que:

Resistencia a flexión de la plancha ≤ Resistencia a momento del grupo de pernos

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Criterio de ductilidad: FUSIBLE DÚCTIL

En el caso de una conexión tipo “Extended Single-Plate”, la plancha actúa como un fusible. Cuando la conexión se encuentra sujeta a momentos excesivos, la plancha cede en flexión antes de que se produzca la Rotura en los pernos y la soldadura. Esta cedencia reducirá la rigidez rotacional de la conexión y propiciará la redistribución de solicitaciones.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Criterio de ductilidad, (pernos): Resistencia a flexión de la plancha ≤ Resistencia a momento del grupo de pernos

Fy S  M max

C’ = Excentricidad equivalente para momento puro. (AISCM 14th Tablas 7-6 y 7-7) S = Módulo de sección elástico de la plancha.

2 y p p

Ft L 6

 M max

Fv= Resistencia a corte de un perno (AISCS Tabla J3.2) Ab= Distancia del centro de gravedad del grupo al perno más alejado. LP= Longitud de la plancha.

M max

Fv  AbC  0.9 Héctor A. Díaz C.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Criterio de ductilidad, (pernos): Entonces, el espesor máximo de la plancha es:

t p ,max

6 M max 6 Fv AbC    2 Fy L p 0.9 Fy L2p

Alternativamente, se pueden considerar las siguientes limitaciones geométricas, similar a lo considerado para la conexión convencional:

t p ó tw 

db 1  2 16

Leh  2 d b

Para conexiones con doble fila de pernos, tanto la plancha como el alma de la viga deben satisfacer el requisito anterior. Héctor A. Díaz C.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Criterio de ductilidad, (pernos): La excentricidad equivalente del grupo de pernos se puede calcular como: 0.55  10 li  max        l C    li 1  e  max           

C’ = Excentricidad equivalente para momento puro. Δmax = Deformación máxima del perno, 0.34 in. li = Distancia del centro de gravedad del grupo al perno i. lmax = Distancia del centro de gravedad del grupo al perno más alejado. e = 2.718… base del logaritmo natural.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Criterio de ductilidad, (soldadura): o

Para garantizar suficiente ductilidad en la conexión, la soldadura deberá tener un tamaño mínimo de 5/8 tp, a cada lado de la plancha.

o

Este tamaño de soldadura permite desarrollar la resistencia en flexión de una plancha de acero de 50 KSI, pero aplica también para planchas de acero A36 (36 KSI).

o

El requisito ha sido derivado en base a electros E70XX (70 KSI), y con una resistencia al corte de:

5 t 8 P 5 t 8 P

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Criterio de ductilidad, (soldadura): o Alternativamente se puede utilizar la siguiente ecuación para determinar el tamaño de la soldadura.

w w

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Estados límites. Viga: o

Aplastamiento, (suele controlar).

12

4y5 3

Plancha: o

Cedencia por corte.

o

Rotura por corte.

o

Bloque de corte.

3-3

o

Resistencia a la flexión.

2-2

o

Aplastamiento.

o

Pandeo local, LTB y torsión.

1-1 2-2

4

12 3

Pernos: o

Resistencia a corte excéntrico. 5 Héctor A. Díaz C.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Resistencia a la flexión de la plancha: Interacción Corte – Flexión (Criterio de Cedencia de Von Mises)

Con:

φv = 1.0

φb = 0.90

Vu

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Resistencia a la flexión de la plancha: Interacción Corte – Flexión (Criterio de Cedencia de Von Mises)

Vn  0.60 Fyp t p L p



M n  Fy Z pl  Fy t p L2p 4



Vu

M u  Vu a Héctor A. Díaz C.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Pandeo local de la plancha (Muir y Thornton, 2004):

M n  Fcr S pl  M u  Vu a

LP Fy

 10 t P

 LP  475  280    a 

2

Fy = Tensión decente de la plancha, (KSI)

Nota: Si  es menor o igual a 0.7, el estado límite de pandeo de la plancha no gobierna el diseño. Héctor A. Díaz C.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Pandeo lateral torsional de la plancha (Thornton y Fortney, 2011):

 Mn  EGI y J 2a Iy 

lt

3 p

J

12

lt 3p J

E  2.1 10 6 kgf/cm 2 G  8.10 10 kgf/cm 5

2

M n  108530 

lt 3p a Héctor A. Díaz C.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Pandeo lateral torsional de la plancha (Thornton y Fortney, 2011):

M n  108530  Mn Rn  a

lt 3p a

 M u  Ru a

Rn  Ru

Rn  108530 

lt a

3 p 2

 Ru

  0.90

Nota: Si Rn < Vu, Entonces se requieren rigidizadores ó extender la plancha hasta las alas de la viga de soporte. Héctor A. Díaz C.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Resistencia torsional (Thornton y Fortney, 2011):

Con:

φv = 1.0

φb = 0.90

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Resistencia torsional (Thornton y Fortney, 2011):

Resistencia a corte lateral de la plancha (shear tab)

Resistencia lateral a flexión de la viga en la zona conectada Solo se toma en cuenta cuando una losa de concreto está presente.

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Single-Plate Connections • Configuración Extendida: Resistencia torsional (Thornton y Fortney, 2011):

M t ,u

 tw  t p    Ru   2 

M t ,u Ru Héctor A. Díaz C.