Principios para el Diseño de Conexión Precalificada Precalificada RBS, según AISC-358-10 or: a r e
on re rerras 2015
aro ar o
Introducción •
Una conexión RBS o de sección de viga reducida, es una conexión conexión de ala y alma soldadas la cual posee una reducción cóncava en las alas de la viga a una distancia S h. Esta reducción genera un fusible de deformación plástica, que permite proveer una deformación controlada a la hora de resistir un sismo.
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Esta Esta cone conexi xión ón se encu encuen entr tra a prec precali alific ficad ada a por por la AIS AISC, C, y se permi permite te su u zac n en marcos s smo res s en es e po e .
•
Debido Debido a que esta esta conex conexión ión pertenec pertenece e a un marco marco especi especial al a moment momento o (SMF, (SMF, se deben proveer los siguientes elementos: presentación. de conexión conexión precalificada. Abordada en esta presentación. – Diseño de proveyendo refuerzos transversales transversales ( llamadas llamadas también Placas de – Diseño de zona panel, proveyendo
continuidad) y refuerzos longitudinales ( placas de refuerzo de alma o Web doubler plates). Abordada en esta presentación. Los arri arrios ostr tram amie ient ntos os lat lateral erales es sobr sobre e y deba debajo jo de la vig viga. En marc marcos os con con losa losass – Los colaborantes, se puede obviar arriostramiento lateral superior. Sin embargo se deberá proveer de arriostramientos laterales al inferior de la viga para toda configuración con en esta ocasión. razón de Momentos menores a 2.0. Este diseño no será explicado en
(f) (e) (d)
(g) (a)
(c)
(a) Viga (b) Reducción viga (c) Placa de montaje (d) Columna (e) Refuerzo transversal (f) Refuerzo alma longitudinal (g) Zona panel
(b)
Requisitos de precalificación Peso lineal viga máx.
447kg/m
Altura del Alma máxima
W36(920mm)
Relación mínima Luz disp. Altura viga
SMF: 7 o mayor
Espesor del ala
según AISC 341
Calidad del material
según AISC 341
Pará Paráme metr tros os crít crític icos os de la Colu Column mna a Tipos de perfil
según AISC 341
Peso lineal viga máx.
no tiene
Altura del Alma máxima
W36(920mm)
Relación an ancho es espesor
AISC 34 341 M. M. Al Alta du ductilidad
Espesor del ala
no tiene
Calidad del material
según AISC 341
Relación esbeltez para Elementos con Alta ductilidad. • AISC341-10, requiere requiere que los elementos utilizados en marcos SMF, cumplan con lo siguiente: Para Para Vi as :
Relación esbeltez • Para Columnas •
•
a)
b)
Razón de Momentos •
En AISC 341-10 capitulo E3, se especifica que la relación de momentos viga columna debe ser mayor que 1.0, la cual busca que frente a una gran solicitación sísmica, las vigas se plastifiquen antes que la columna y así garantizar estabilidad global.
•
Esta hace referencia a AISC 358-10 capítulo 5 ( conexión RBS), donde esta
Razón de momentos:
Donde
Para el caso de una conexión RBS:
Donde Mpr es el momento máximo probable en la rotula plástica Así Con Y
depende del Acero utilizado.
Muv es el momento adicional debido al corte en la rotula plástica medido en el centro de la columna
Donde Vrbs es el corte en la rotula plástica y Sh es la distancia desde la cara de la columna al centro de la rotula plástica los cuales están en función de “a” y “b”. Como se vera a continuación.
Requisitos en la unión • Las alas de la viga deberá ser conectada al ala de la columna usando soldadura de penetración completa de ranura ( CJP grooving ), extendida entre los extremos de los orificios de acceso y adicionar una soldadura de filete de 8mm.
• CJP.
• Una placa de corte será permitida para ser usada como respaldo para la soldadura CJP, El espesor de la placa deberá ser a lo menos de 10mm.
• Se permitirán orificios en el alma para pernos, para propósitos de montaje.
Procedimiento de diseño de la conexión RBS Paso 1 : Se deben escoger valores para “a”, “b” y “c” , característicos de la reducción.
Los cuales deben estar dentro de estos parámetros:
El factor mas influyente para reducir el momento es el valor de “c”. A su vez, los valores de “a” y “b” influyen en el Momento adicional debido al corte en la razón de momentos.
Paso 2. Calcular el modulo de sección plástica en el centro de la sección de viga reducida.
Paso 3, Calcular el momento máximo probable en el centro de la sección reducida
Aceros A36/A36M
Fy Mpa 250
Fu Mpa 400
Ry 1.5
Ru 1.2
A1043/A1043M gr 36
250
400
1.3
1.1
A572/572M gr 50
345
450
1.1
1.1
A250ESP
250
400
1.4
1.375
A345ESP
345
450
1.1
1.1
Adicionalmente, se debe comparar si :
Tomado de análisis estructural
Paso 4, Calcular la fuerza de corte en el centro de la viga reducida para cada extremo de la viga.
Ecuación que nace al hacer equilibrio estático y despejar Vrbs
Paso 5, calcular el momento máximo probable en la cara de la columna. El momento en la cara de la columna deberá ser calculado desde un diagrama de cuerpo libre de un segmento desde el centro de la viga reducida hasta la cara de la columna como se muestra en la figura:
Esta ecuación desprecia la porción de carga gravitacional en la distancia desde el centro de la rotula plástica a la cara de la columna, al considerarlo la ecuación queda como:
equivalente al momento plástico de la viga basado Paso 6, Calcular en la resistencia fluyente esperada.
Paso 7, comprobar que el momento en la cara de la columna es menor que el momento plástico capaz de la viga
Si esta ecuación no se satisface, se deben ajustar los valores de la sección reducida (a, b y c) y repetir desde el paso 2 al 7. Paso 8. Determinar el corte requerido, Vu, de la viga y la conexión del alma de la viga a la columna
Paso 8.1 Chequear el diseño a corte de la viga acorde al capítulo G de la AISC 360-10.
Para vigas laminadas I-shaped: Para vigas armadas u otras:
Paso 9, Diseñar la conexión de la viga a la columna.
Para esto se deben proporcionar soldaduras de penetración completa, mas filetes de refuerzo de 8mm. En general, en una unión de penetración completa, controla la resistencia del metal base, y suele no verificarse. •La porción del ala debe resistir el momento plástico que llega a la conexión . Lo más importante para esta conexión son ensayos de impacto Charpy V-notch.
Una verificación de estas soldaduras, puede ser mediante la siguiente procedimiento: Para las soldaduras CPJ en alas: Verificar la resistencia del metal base a tracción producto del par de fuerzas de momento
Resistencia a la fluencia del Ala de la Vi a: Resistencia a la fluencia de la porción de la columna:
Resistencia a la fractura del Ala de la Viga: Resistencia a la fractura de la porción de la columna: Debido a que Mf se determino para un estado de deformación plástica, Rn debiera amplificarse por
Para verificar la resistencia al corte del metal base en la columna realizar procedimiento igual al paso 8.1 usando Fy de la columna. Orificios de acceso:
Los orificios a diferencia de los usados en conexiones WUF-W, no requieren ser especiales, sin embargo se pueden utilizar las recomendaciones de la AWS D1.8. La distancia longitudinal debe ser a lo menos 1.5 veces el espesor del alma pero no menor a 38mm. La altura del orificio debe ser a lo menos del espesor de la placa pero no menor a 19mm El extremo debiera tener un radio no menor a 10mm
Diseño de Zona Panel •
El diseño de la zona panel, consiste en reforzar el nudo de la conexión para evitar deformaciones tanto del ala como alma de la columna debido a las fuerzas transmitidas desde la viga.
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Dichos refuerzos, son placas transversales que se adosan al interior de la columna, soldadas a las alas y alma de la columna al nivel de las alas de la viga.
Refuerzo Transversal
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La necesidad de dichas placas deben realizarse mediante el capítulo J10 de AISC 360. Determinando las siguientes resistencias:
• • • •
Flexión local del ala Rn1 Fluencia local del alma Rn2 Aplastamiento local del alma Rn3 Pandeo por compresión del alma Rn4
Si Fu > min ( Rn1, Rn2, Rn3, Rn4) , se deben proveer de placas de refuerzo transversal. y estos se deben diseñar para resistir la fuerza desbalanceada. ( Fu – min (Rn1…Rn4)
Refuerzo transversal mínimo Los refuerzos mínimos, deben proveerse en función del espesor del ala de la columna, si se cumple con los siguientes requisitos, se puede prescindir de refuerzo mínimo. Sin embargo luego se debe determinar si por resistencia se requieren de dichos refuerzos.
Refuerzo longitudinal: El refuerzo longitudinal se provee para suplir la resistencia al corte faltante de la columna. Para dicha resistencia se debe determinar la resistencia al corte de la Zona panel, y que corresponde al punto J10.6 de AISC 360-10. Para este documento será denominada como Rn5.
Determinación de resistencia al corte en Zona panel
Determinación de las fuerzas solicitantes en zona panel
Diseño de Refuerzo transversal
