Problema modelo 20-2. Diseñe una mensula parecida a la figura “a”, pero fije la mensula a la columna con
soldadura. La mensula tiene 6,00 pulgadas de altura y de acero ASTM A36, de ½ pulgada de espesor. Tambien, la columna es de acero A36, y tiene 8,00 pulgadas de
ancho. Solucion Paso 1. La geometria propuesta es una decision de diseño, y podra estar sujeta a posteriores iteraciones para llegar a un diseño optimo. Como primera alternativa, use el cordon en forma de C, mostrado en la figura “a”. Paso 2. La soldadura sera sometida a cortante vertical directo y a la torsion causada por la carga de 3500 lb sobre la mensula. Paso 3. Para calcular las fuerzas sobre la soldadura, se deben conocer los factores geometricos Aw y Jw. Tambien se debe calcular el lugar del centoride del cordon (ver figura b). emplee el caso 5 de la figura 20-8.
Aw = 2b + d = 2(4) + 6 = 14 pulgadas J w
2b
d
3
b2 b
d
2b
d
12
x
2
b2 2b
14 12 16
d
14
3
16 10
2
14
114,4 pu lg 3
1,14 pu lg
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El momento de torsión causa una fuerza sobre la soldadura, que es perpendicular a una línea radial desde el centroide de la figura del cordón hasta el punto de interés. En este caso, el extremo del cordón superior a la derecha sostiene la máxima fuerza. Lo más conveniente es descomponer la fuerza en componentes horizontal y vertical, para después volver a combinar todos esos componentes y calcular la fuerza resultante:
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Paso 4. La combinación vectorial de las fuerzas sobre la soldadura se muestra
en la figura 20-9(c). Entonces, la fuerza máxima es de 1560 lb/pulg. Paso 5. Al seleccionar electrodos E60 para soldar, observe que la fuerza
admisible por pulgada de lado es de 9600 lb/pulg (tabla 20-3). Entonces, la longitud necesaria del lado es
w
1560 lb / pu lg 9600 lb / pu lg por pu lg de lado
0,163 pu lg
En la tabla 20-4 se indica que el tamaño del cordón mínimo, para una placa de ½ pulgada es de 3/16 (0,188) de pulgada. Debe especificarse este tamaño.
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Problema modelo 20-4
Evalúe el diseño de la figura 20-11, con respecto a esfuerzos en las soldaduras. Todas las partes del conjunto son de acero estructural ASTM A36, soldadas con electrodos E60. La carga de 2500 lb es carga fija.
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El chaflan de ¼ de pulgada especificado en la figura 20-11 es satisfactorio.
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Figura 20-8. Factores geometricos para el analisis de soldadura
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Formulas for welded connections types 1-3. Dimensions Bending Torsion of weld A w
d
d 2 / 6
S W M
A w
2d
A w
2b
P a
d 2 / 3
S W
S W
d 3 / 12
J W T
P a
c
d / 2
b (3b 2 d 2 ) 6
J W
bd
b 3
J W
3bd 2 6
Formulas for welded connections types 4-6. Dimensions Bending Torsion of weld A w x y
A w x
A w y
b
4bd d 2 6 d 2 (4b d ) At bottom : SW 6(2b d )
d
At top : SW
b 2 2(b
2)
d 2 2(b
2)
d
2b
S W
b 2 2b
d )3 12
(2b
J W
b 2 (b d )2 (2b d )
d
b
2d
At top : S W
d 2 b
bd d 2 / 6
(b d )4 6b 2d 2 12(b d )
J W
2bd
d 2
3
J W
(b
2d )3 12
d 2 (b d )2 (b 2d )
2
2d
At bottom : S W
d ( 2b d ) 3(b d )
Formulas for welded connections types 7-9. Dimensions Bending Torsion of weld A w
A w
A w
2b
2b
2d
2d
d
S W
S W
S W
bd d 2 / 3
bd d 2 / 3
(d 2 / 4)
J W
J W
b 3
(b d )3 6
3bd 2
d 3
6
J W
(d 3 / 4)
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