CONEXIONES A MOMENTO
En todas las conexiones de viga a columna y de viga a viga, hay en algún grado cierta restricción por momento, aún en las co con nex exio ione ness dis iseñ eñad adas as co como mo sim impl ples es o lilibr bres es de mo mome ment ntos os.. Es im impo possib iblle co cons nstr tru uir un una a ar arti ticu cula lac ció ión n pe perf rfe ect ctam ame ent nte e lib ibre re de fricción y la mayoría de las conexiones diseñadas para estar lib ibre re de mom omen ento to,, fa fallllan an en al alca canz nzar ar ta tall co cond ndic ició ión n. Por otra parte es también difícil fabricar una junta perfectamente rígida que sea capaz de transmitir el 100% de la capacidad por momento de un miembro a otro.
TIPO FR – TOTALMENTE RESTRINGIDA (ESTRUCTURACIÓN RÍGIDA O CONTINUA) Tiene ju jun ntas resis iste ten ntes a momento, capaces de transmitir cualquier momento que el miembro pueda resistir. Sin rotación relativa de los miembros que se puedan unir en la junta. Si el marco se diseña como marco rígido, las conexiones deben diseñarse como conexiones por momento.
TIPO PR – PARCIALMENTE RESTRINGIDA (ESTRUCTURACIÓN SEMIRRÍGIDA) el marco se diseña con base en una cantidad conocida de restricción, intermedia entre simple y rígida en cada junta. En general, las restricciones del momento serán del orden de entre 20% y 90% de la capacidad por momento del miembro.
CONEXIONES DE MOMENTO FR DE PLACA EXTREMO EXTENDIDA
La placa de extremo extendida es, como su denominación adelantada, una chapa (en general de generoso espesor) que soldada perpendicularmente al eje axial de la viga, permite ser abulonada (Sujetada con bulones) a otra viga (con idéntica chapa de extremo) o a una columna.
Esta forma de conectar es realmente simple y con el uso masivo de los tornillos de alta resistencia y las mejoras en los procesos de soldadura en taller, ha pasado a ser de las preferidas por los constructores y montadores de estructuras metálicas.
La palabra bulón se utiliza para denominar tornillos de tamaño relativamente grande, con rosca solo en la parte extrema de su cuerpo, utilizados en obras de ingeniería, maquinaria pesada, vías férreas, etcétera.
Se ocupa, relativamente a otras conexiones a momento, poco material adicional (solo la placa y sus rigidizadores), así como bulones, lo que lleva a significativas economías de mano de obra de montaje. Placa de extremo extendida (Extended End Plate, EEP) en unión a columna a) sin rigidizar b) rigidizada
CONEXIONES DE MOMENTO FR DE PLACA EXTREMA EXTENDIDA
En las conexiones de momento FR de placa de extremo extendida, se ha pre-perforado y soldado en taller una sola placa rectangular, de longitud mayor que el peralte de la viga soportada, al extremo de esta, con el plano de la placa perpendicular al eje longitudinal de la vida.
TIPOS DE CONEXIONES DE MOMENTO FR DE PLACA DE EXTREMO EXTENDIDA
CONEXIÓN DE MOMENTO CON PLACA DE EXTREMO EXTENDIDA NO ATIESADA DE CUATRO TORNILLOS
CALCULO DE TENSIÓN EN EL PATÍN DE LA VIGA
La contribución del alma de la viga a la capacidad de momento de la sección de la viga se desprecia. Por lo tanto el momento en el extremo de la viga se reemplaza por un par de fuerzas estáticamente equivalentes Puf en los patines de la viga dadas por:
=
( − )
DISEÑO DE TORNILLOS CERCA DEL PATÍN A TENSIÓN
Se supone que la fuerza de tensión en el patín superior se transmite al patín de la columna a través de los cuatro tornillos superiores.
≥ ∶ es la resistencia de diseño en
tensión de un solo tornillo. Deben usarse tornillos de alta resistencia pretensados A325 o A490, de diámetros no mayores a 1 ½ pulg
DISEÑO DE PLACA DE EXTREMO
Se han hecho varias suposiciones en los procedimientos de diseño descritos en el LRFDM para conexiones de placa de extremo extendida no atiesado de cuatro tornillos: De preferencia, el material de la placa de extremo debe ser A36 ASTM La placa de extremo debe diseñarse para que resista el momento de flexión y el cortante que se desarrollan en ella, mientras transfieren la fuerza P uf del patín a tensión a los tornillos adyacente. El espesor necesario para la placa de extremo se encuentra al suponer que hay un punto de inflexión a media distancia entre la base de la soldadura del patín de la viga a la placa de extremo y el tornillo. El ancho de la placa de extremo es 1.15 veces el del patín de la viga, redondeando por arriba a la ½ pulg. Más cercana. El ancho de la placa de extremo, que se considere efectivo para resistir el momento aplicado, no es mayor que el patín de la viga b f más 1 pulg. o
o
o
o
DISEÑO DE PLACA DE EXTREMO
La distancia mínima recomendada desde la cara del patín de la viga hasta la línea central del tornilla más cercano es el diámetro del tornillo. d más ½ pulgada. Aunque la menor distancia posible suele dar la conexión más económica, muchos fabricantes prefieren usar una dimensión estándar, por lo general de 2 pulgadas, es adecuada para todos los diámetros de tornillo.
Los tornillos de alta resistencia en una conexión de momento con placa de extremo se localiza a una distancia P f, arriba y aproximadamente a la misma distancia abajo del patín a tensión de la viga. Entonces, puede considerarse que la fuerza aplicada a cada uno de estos cuatro tornillos por la fuerza del patín a tensión Puf es igual.
El gramil de los tornillos a tensión (Distancia horizontal entre líneas verticales de tornillos) no debe exceder el ancho del patín a tensión de la viga.
La placa de extremo se extiende fuera del patín a compresión de la viga en una cantidad igual al espesor de la placa de extremo t p.
DISEÑO DE PLACA DE EXTREMO
El momento crítico efectivo en la placa de extremo está dado por:
=
El espesor requerido de la placa en el extremo tp correspondiente al estado limite de la formación del mecanismo de articulación plástica corresponde
≥
∅
Además deberá verificarse el estado limite de la cortante en la placa de extremo seleccionada,
= ( , ) ≥
DISEÑO DE SOLDADURA
Además, deben tomarse en cuenta el diseño de soldaduras que conectan a la viga en la placa de extremo:
Las soldaduras que conectan la placa de extremo con el patín a tensión de la viga son soldaduras de filete que rodean por completo el patín de la viga, o soldaduras de ranura CJP. El tamaño de las soldaduras de filete en el patín a tensión debe ser lo suficientemente grande para desarrollar la fuerza P uf resultante del momento factorizado. El tamaño máximo de estas soldaduras de filete, por razones económicas, está limitado en forma arbitraria a ½ pulgada. Si se requiere capacidad mayor, se recomienda una soldadura de ranura CJP con refuerzo de AWS, por ejemplo.
DISEÑO DE SOLDADURA Solo se considera efectiva la soldadura de alma a placa de extremo en una distancia Lv para resistir el cortante de extremo de la viga, donde: = ,
=
−
= − − ( + )
PROCEDIMIENTOS EN DISEÑOS EN GENERAL
EJEMPLO conexión de momento FR Con placa de extremo extendida no atiesada de 4 tornillos Una viga W21X57 se conecta al patín de una columna W14X90,se emplea una conexión de momento FR Con placa de extremo extendida no atiesada de 4 tornillos. Un análisis de marco muestra que la conexión debe transferir un momento factorizado de 350 kips-pie y una cortante también factorizada de 52 kips. Supongo acero A992 para los miembros estructurales y acero A36 para los miembros para el material de conexión. Use electrodos E70 y tornillos A490-SC (superficies clase A). Diseñe la conexión.
