Conexión de Placa Al Ala Empernada BPF

CONEXIÓN DE PLACA DE ALA EMPERNADA BPF. La conexión de placa de ala empernada utiliza placas soldadas a las alas de la columna y empernadas al ala de la viga. Las placas del ala superior e inferior deben ser iguales y deben ser conectadas al ala de la columna mediante soldaduras de penetración total. Para la conexión empernada de las placas a las alas de la viga, se deben utilizar pernos de alta resistencia. resistencia. El alma de la viga se une al ala de la columna con una conexión simple de placa empernada, con agujeros de ranura corta. El objetivo de la conexión es lograr la formación de la rótula plástica en la región adyacente al final de las placas de ala. Sistemas Las conexiones de brida con pernos están precalificadas para su uso en marcos especiales a momento (SMF) y sistemas de estructuras a momentos intermedios (FMI), dentro de las limitaciones de estas disposiciones. Las características geométricas principales de la conexión BFP, las zonas protegidas y la distancia de formación de la rótula plástica, Sh, se muestran en la Excepción: las conexiones de la placa del ala atornillada en SMF con hormigón estructural y las losas sólo se precalifican si la losa de hormigón estructural se mantiene al menos de 1 pulgada (25 mm) desde ambos lados del ala de la columna. Está permitido colocar material compresible en el espacio entre el ala de la columna y la losa de concreto estructural.

Figura 1. Conexión de placa empernada (BFP) TOMADO de AISC 358-10

Límites de precalificación Limitaciones de la viga. 1. Las relaciones de ancho-espesor del ala de las columnas se ajustarán a los requisitos de las disposiciones sísmicas de AISC. 2. Refuerzos laterales de las vigas se proveerán de la siguiente manera: El refuerzo lateral de las vigas se proporcionará de la manera siguiente: El refuerzo lateral de las vigas se ajustará a los requisitos de las disposiciones sísmica AISC. Para satisfacer los requisitos del capítulo E de las disposiciones sísmica AISC de refuerzo lateral de las bisagras de plástico, el suplemento de refuerzo lateral en la parte superior e inferior del alma deberá colocarse a una distancia de d a 1.5d del perno más lejos de la cara de la columna. Ninguna conexión de refuerzo lateral deberá hacerse dentro de los límites de la zona protegida. Excepción: Para los SMF y los sistemas del FMI, donde la viga soporta una losa de concreto estructural que está conectado a lo largo del alma entre las zonas protegidas con conectores de corte soldadas y espaciadas a un máximo de 12 pulgadas (300 mm) en el centro, no se requiere un suplemento superior al ala inferior de refuerzos en articulaciones plásticas. La zona protegida consta de las placas del ala y la parte de la viga entre la cara de la columna y a una distancia igual a la luz más allá de la profundidad del perno más lejos del frente de la columna Limitaciones de columna Las columnas serán los perfiles laminados o soldados de las secciones autorizadas en la Sección 2.3 La viga debe ser conectada al ala de la columna. La profundidad de la columna en forma enrollada se limitará a W36 máximo (W920) cuando una losa de hormigón estructural es proporcionada. En la ausencia de una losa de hormigón estructural, la profundidad de la columna de forma enrollada se limita a W14 (W360) máximo. Las columnas cruciformes con alas no tendrán una anchura o profundidad mayor que la profundidad permitida para formas laminadas. Las columnas de cajas edificadas no tendrá una anchura o profundidad superior a 24 pulgadas (610 mm). Las columnas de amplio reborde puestas en una caja no tendrá una anchura o profundidad superior a 24 pulgadas (610 mm) si participan en los marcos de momento ortogonal. No hay ningún límite en el peso por pie de columnas. No hay ningunos requisitos adicionales para el grosor del ala.

Las proporciones de ancho-a-espesor para del ala y el alma de las columnas se ajustarán a los requisitos de las disposiciones sísmicas AISC. El arriostramiento lateral de columnas se ajustará a los requisitos de las disposiciones sísmicas AISC. LIMITACIONES DE RELACIÓN DE LA VIGA - COLUMNA Las conexiones viga-columna que deberán cumplir las siguientes limitaciones: Las zonas del panel se ajustarán a los requisitos de las disposiciones sísmicas AISC. Las proporciones de momento viga-columna se ajustarán a los requisitos de las disposiciones sísmicas AISC. DETALLES DE CONEXIÓN Especificaciones del material de la placa Todas las placas de conexión deberán ajustarse a una de las siguientes especificaciones: ASTM A36/A36M o A572/A572M grado 50 (345). Soldadura de la placa de la viga Las placas del ala deben ser conectadas al ala de la columna mediante soldaduras de ranura CJP y se considerará la demanda crítica. Si se utiliza respaldo se quitará. Soldaduras de conexión a cizalla. La conexión de cizallamiento de una sola placa se suelda a la brida de la columna. Una sola placa de conexión de la columna del ala estará integrada por soldadura de ranura CJP o dos caras de soldadura de ranura de penetración parcial (PJP), o de dos caras las soldaduras de filete. Requisitos del perno. Los pernos estarán dispuestos simétricamente alrededor de los ejes de la viga y serán limitados a dos tornillos por fila en las conexiones de la placa del ala. La longitud del grupo de los pernos no se excederá de la profundidad de la viga. Los agujeros estándar se utilizarán en las alas de la viga. Los agujeros en las placas de las alas deberán ser agujeros estándar o de gran tamaño. Los agujeros de los pernos al rededor y las placas del ala se efectuarán mediante perforación o mediante subperforación y escariado. No se permiten agujeros perforados. Nota: Aunque los taladros estándar sean permitidos en el ala de placa, su uso posiblemente resultará en modificaciones de campo para dar cabida a las tolerancias de montaje.

Los tornillos en las placas de brida serán ASTM A490 o A490M o ASTM F2280. Las roscas deben ser excluidas del plano de corte. El diámetro del perno se limita a 11/8 pulgadas (28 mm) como máximo. Cuñas de la placa del ala Las cuñas tienen un espesor total máximo de ¼ pulgadas (6 mm) pueden ser utilizados entre el ala y la placa del ala de la viga, como se muestra en la Figura 7.1. Las cuñas, si es necesario, pueden ser cuñas o se puede hacer con agujeros taladrados o perforados. Parámetros generales de la conexión BFP. Los límites de la precalificación, las limitaciones a los elementos conectados y sus componentes, los requisitos especiales de fabricación, el procedimiento de diseño y otros requisitos especiales deben cumplir con lo establecido en el capítulo 7 de la AISC 358-10.

General Sistema de marco aplicable Ubicación de la rótula plástica “Sh”

Limitaciones de la Viga Peralte máximo Grosor máximo de alas (t bf ) Grosor máximo de alas (t bf ) Razón entre el claro y peralte Limitaciones de la Columna Peralte máximo Peso máximo Grosor máximo de alas (tbf) Relación ancho-grosor

Limitaciones de la Placa Tipo de acero Tipo de pernos Grosor

    

SMF, IMF

W 920mm (W36) 224 kg/m(150lb/pie) 25mm (1in)

SMF: ≥ 9 o, IMF: ≥ 7

W 920mm (W36) No hay No hay

  

ASTM A36 o A572 (Gr 50) ASTM A490 o F2290 28mm (1 ⅛ in)

Fuente: FEMA350, 2000

En esta conexión se une la viga a la columna con placas soldadas a las alas de la columna y empernadas a las de las vigas. Las placas del ala superior e inferior deben ser igual y estar conectadas por soldadura de penetración completa. PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO (BPF). Paso 1: Calcular el momento máximo probable en la rótula plástica.

     



.

(Ecu.1)

(Ecu.2)

Paso 2: Calcular el diámetro máximo del perno para prevenir la ruptura por tensión del ala de la viga. Para agujeros estándar con dos tornillos por fila, utilice:

            (Ecu.3)

(Ecu.4)

Seleccione un diámetro del perno. Compruebe que la distancia del borde para los agujeros del reborde de la viga satisface los requisitos de la Especificación AISC.

16 20 22 24 27 30 36 >36

DISTANCIA MÍNIMA DE ESPACIAMIENTO ENTRE EL PERNO Y EL BORDE Lc . Diámetro del perno Distancia mínima mm 1/2 in 22 mm 3/4 mm 5/8 in 26 mm 7/8 mm 3/4 in 28 mm 1 mm 7/8 in 30 mm 1 1/8 mm 1 in 34 mm 1 1/4 mm 1 1/8 in 38 mm 1 1/2 mm 1 1/4 in 46 mm 1 5/8 mm >1 1/4 in 1.25 d mm 1 1/4 d



in in in in in in in in

Seleccionar un diámetro para el perno y revisar la distancia entre pernos. Para agujeros en el ala de la viga se debe satisfacer la distancia de borde . Ver tabla xxx Tabla xxxx: TOMADO AISC 358-10

Paso 3: Asumir un grosor de la placa para el ala de las vigas tp, luego debemos estimar el ancho de la placa , considerando el diámetro de los pernos, los requerimientos de la distancia de borde Lc, y el ancho del ala de la viga. Determinar el cortante nominal por perno considerado la falla por cortante y aplastamiento.

          {  (Ecu.5)

Donde:

       

: Área nominal del perno sin la zona enroscada. (in 2, mm2).

: Esfuerzo de ruptura mínima de la viga. (Ksi, MPa). Resistencia a la tracción mínima especificada de material de la viga. : Esfuerzo de ruptura mínima de la placa. (Ksi, MPa). Resistencia a la tracción mínima especificada de material de la viga. : Diametro nominal del perno. (in, mm).

: Luz del espesor del ala. (in, mm). : Espesor de la brida. (in, mm). : Resistencia nominal al cortante del perno. (Ksi, MPa). Ver tabla J3.2 de la AISC 360

TENSIÓN NOMINAL DE CONECTORES Y PARTES ROSCADAS, kgf/cm2 (MPa) Tensión de tracción Tensión de corte nominal Descripción del conector nominal En conexiones de tipo 2 Fnt, kgf/cm (MPa) aplastamiento, Fnt, kgf/cm2 (MPa) kgf/cm2 MPa kgf/cm2 MPa Pernos A307 3.160 310 1900 188 Grupo A (ejm. Pernos A325), cuando la rosca no está en el 6320 620 3800 372 plano de corte Grupo A (ej. Pernos A325), cuando la rosca está excluida 6320 620 4780 469 en el plano de corte Grupo B (ej. Pernos A490), cuando la rosca no está 7950 780 4780 469 excluida en el plano de corte Grupo B (ej. Pernos A490), cuando la rosca está excluida 7950 780 5900 579 en el plano de corte

Partes roscadas que cumplen los requisitos de la sección A3.4, cuando la rosca no está excluida en el plano de corte Partes roscadas que cumplen los requisitos de la sección A3.4, cuando la rosca está excluida en el plano de corte

0.75fu

0.450Fu

0.75fu

0.563Fu

Tabla xxx: TOMADO: ANSI  ∕  AISC 360-10 Paso 4: Determinar el número de pernos requeridos. Nota: Puede utilizarse la siguiente ecuación para calcular el número de ensayo de los pernos.

 ()   (Ecu.6)

(Ecu.7)

Donde:

 

: Es el número de tornillos, pero siempre se tiene que redondear al siguiente incremento a un número mayor entero. : Profudidad de la viga. (in, mm).

Paso 5: Determinar la localización de la rótula plástica cara de la columna.



, como dimenciones de la

    (Ecu.8)

Donde:

 

: Es la distancia desde la cara de la columna a la fila mas cercana de los tornillos. (in, mm). : La separación de las filas de los tornillos. (in, mm).

El espaciado de perno entre filas, s y la distancia del borde será lo suficientemente grande para asegurar que Lc, tal como se define en la especificación AISC, es mayor o igual a 2db.

  (Ecu.9)

Paso 6: Calcular la fuerza cortante en la rótula plástica de la viga en cada extremo de la viga, tomando en cuenta las combinaciones de carga. El esfuerzo cortante en la ubicación de la bisagra, Vh, se determinará de un diagrama de cuerpo libre de la porción de la viga entre las localidades de bisagra de plástico. Este cálculo deberá asumir el momento en la posición de la bisagra de plástico es Mpr y deberá incluir cargas gravitatorias que actúan sobre la viga basada en las cargas de combinación 1.2D + f1L + 0.2S, donde f1 es el factor de carga determinado por el código de construcción aplicable para cargas vivas, pero no inferior a 0,5. Nota: La combinación de la carga 1.2D + f1L + 0.2S está en conformidad con la norma ASCE/SEI 7. Cuando se utiliza el código de construcción internacional, debe utilizarse un factor de 0,7 que debe ser utilizado en lugar de la aplicación de un factor de 0,2 cuando el techo es tal que no derramen nieve fuera de la estructura.

        á

(Ecu.10)

Paso 7: Calcular el momento esperado en la cara de la columna.

   (Ecu.11) Donde:



: Es el mayor de los valores de la fuerza de corte en la ubicación de la visagra de la viga en cada extremo de la viga. (Kips, N). Ecuación 11 descuida la carga de gravedad en la parte de la viga entre la rótula plástica y la cara de la columna. Si lo desea, la carga de gravedad en esta pequeña porción de la viga está permitido ser incluido.

    á

(Ecu.12)

Esta ecuación 12, deja por fuera la carga gravitacional en la porción que se encuentra la rótula plástica y la cara de la columna. Paso 8: Calcular



, la fuerza de la placa debido a



, usando:

  () (Ecu.13) Donde:

 

: Profundidad de la viga. (in, mm). : Espesor de la placa de brida. (in, mm).

Paso 9: Verificar que el número de pernos seleccionados en el paso 4, con la ecuación 6 y 7, sea adecuada.

   

.

(Ecu.14)

(Ecu.15)

Donde:



: Es La resistencia al corte del perno.

Paso 10: Verificar que el espesor de la placa asumida en el paso 3, ecuación 5, sea la adecuada.

   (Ecu.16) Donde:

         

: Es la tensión de fluencia mínima especificada en la placa de la brida. (Ksi, MPa). : Es el ancho de la placa de la brida. (in, mm).

Paso 11: Verificar que la placa no falle por ruptura, por tensión.

(Ecu.17)

(Ecu.18)

(Ecu.19) Donde:



: Se define en las disposiciones de ruptura a la tracción del capítulo J de la especificación AISC.

Paso 12: Verificación por bloque cortante:

   

(Ecu.20)

(Ecu.21) Donde:

         

: Se define en las disposiciones de ruptura a la tracción del capítulo J del AISC.

(Ecu.22)

Paso 13: Verificación por pandeo del ala de la placa.

   

(Ecu.23)

(Ecu.24) Donde:



: Se define en el pandeo de compresión dispuesto en el especificación AISC.

capítulo J de la

Nota: Para comprobar la compresión de pandeo del ala de la placa, la longitud efectiva, KL, puede tomarse como 0.65S1.

   (Ecu.25)

Puede requerirse una iteración del paso 3 al 13 para determinar un tamaño de la placa del ala aceptable.

     (Ecu.26)

(Ecu.27)

      (Ecu.28)

(Ecu.29)

Se calcula el Fe, que viene hacer el esfuerzo elástico de pandeo.

   

(Ecu.30)

Se calcula también la resistencia a pandeo. El valor que se utiliza es:

  



(Ecu.31)

Se calcula el esfuerzo crítico como se indica:



                √  (Ecu.32)

(Ecu.33)

Se calcula el esfuerzo crítico como:

(Ecu.34)

(Ecu.35)

(Ecu.36)

(Ecu.37)



: Puede ser tomado como: dimensiones b, por h, se calcula como:

(Ecu.38)

Paso 14: Determinar el viga y la columna.



, y el radio de giro r, para una placa de

, requerido para la viga y de la conexión entre el alma de la

      (Ecu.39)

(Ecu.40) Donde:

Lh= Distancia entre dos puntos de la bisagra de plástico, pulgadas (mm) Vgravity= Fuerza cortante de la viga resultante 1.2D + f1L + 0.2S (donde f1 es un factor de carga determinado por el código de construcción aplicable para cargas en vivas, pero no inferior a 0,5), Kips (N). Nota: La combinación de la carga 1.2D + f1L + 0.2S está en conformidad con la norma ASCE/SEI 7. Cuando se utiliza el código de construcción internacional, debe utilizarse un factor de 0,7 que debe ser utilizado en lugar de la aplicación de un factor de 0,2 cuando el techo es tal que no derramen nieve fuera de la estructura. El esfuerzo de fluencia Fy, y las demás propiedades se calculan en unidades imperiales (SI). Cuando:

                                  (Ecu.41)

(Ecu.42)

(Ecu.43)

   (Ecu.44)

Compruebe la resistencia al corte de diseño de la viga según la especificación AISC. Paso 15: diseñar la conexión por cortante simple una placa. En la cara de la columna con el , calculado en paso 14, luego seleccionar un número n de pernos, el espesor de la placa , y que cumpla lo siguiente: Estados límites para la conexión apernada entre el alma de la viga y el ala de la columna.

 

a. Resistencia cortante del perno (Ecu.45)

  

b. Aplastamiento del agujero (Ecu.46) c. Ruptura de placa (Ecu.47) d. Fluencia de placa (Ecu.48) e. Bloque cortante (Ecu.49)

 ( )               

Paso 16: Comprobar los requisitos de la placa de continuidad de acuerdo con el capítulo 2. Se comprueba el requerimiento de las placas de continuidad, para esto se debe revisar la siguiente relación en caso de que la sección sea laminada o a partir de placas:

       (Ecu.50)

(Ecu.51)

En el caso de que no se cumpliera la ecuación antes mencionada se requiere colocar las placas de continuidad. De ser requeridas se debe analizar si la conexión solo tiene un extremo o si tiene dos extremos. Si la conexión tiene un solo lado, el ancho de la placa debe ser mayor o igual a un medio de la t, de la viga. Si la conexión tiene dos extremos, del ancho de la placa debe ser mayor o igual a dos veces la t, de la viga. Paso 17. Verificar la zona panel de la columna de acuerdo con la Sección 7.4 Revisar la zona de panel de la conexión, para esto se debe determinar la sumatoria de momentos en las caras de las columnas proyectando los momentos plásticos , en las rotulas plásticas correspondientes





Figura 2. (Tomado de AISC 358-10, Prequalified connections for SMF and IMF for seismic applications). Para la figura 2, se revisa la compresión y tensión en las placas de continuidad (de ser necesarias) de la conexión. También se revisa el cortante en el alma de la columna por la zona de panel.

   ó

(Ecu.52)

1. Para tensión:



(Ecu.53)

2. Para compresión:

                 a. Cuando:

. Se calcula el esfuerzo crítico como:

(Ecu.54)

b. Cuando:

. Se calcula el esfuerzo crítico como:

(Ecu.55)

(Ecu.56)

(Ecu.57)

3. Para la zona de panel cortante en el alma utilice:

     (Ecu.58)

(Ecu.59)

 

          a. Para:

(Ecu.60) b. Para:

(Ecu.61)

La resistencia al corte requerido de la zona del panel se determinará de la suma de los momentos en las caras de la columna según lo determinado por momentos proyectando iguales a RyFyZe en los puntos de bisagra de plástico a las caras de la columna. Para d, añadir dos veces el espesor de la placa de apoyo a la profundidad de la viga.