Miembros a Tensión

DISEÑO ELEMENTOS EN TENSIÓN

Titles you can't find anywhere else

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.





DISEÑO DE MIEMBROS EN TENSIÓN Los miembros a tensión axialmente cargados son proporcionados de manera que la fuerza de diseño requerida Pu sea menor o igual a la resistencia Pn del estado límite multiplicada por el factor de resistencia Φ

φ Pn≥ Pu De acuerdo con la sección condiciones de estado límite:

a.

D1

de las especificaciones AISCS deben revisarse dos

El estado límite de fluencia del área total de la sección sección transversal transversal Ag:

Pn = Fy * Ag Φ = 0.90 b.

El estado límite de fractura del área neta neta efectiva Ae en los extremos del miembro a tensión:

Pn = Fu * Ae Φ= 0.75 en donde: Φ

= coeficiente de reducción de la re sistencia.

Pn = resistencia nominal axial Fy = esfuerzo de fluencia mínima. Fu = esfuerzo último del acero. 

Nota: El menor factor de resistencia de 0.75 para la fractura se usa debido a las graves consecuencias de este tipo de falla de la conexión.

Desplazamiento El aumento en la longitud de un miembro a tensión bajo las cargas de servicio se puede calcular como: ∆=

P * L E * A g A g





El diseño de miembros a tensión de acero estructural depende del área de su sección transversal, para esto se definen 3 áreas:



Area bruta (Ag): área total de la sección transversal sin deducir los huecos.



Area Neta (An): es el área bruta menos el área de los huecos.



Area neta efectiva (Ae):

incluye los traslapos en la vecindad de las uniones. Cuando el miembro terminal de la unión trasmite los esfuerzos directamente a todos los elementos de la sección transversal, Ae es igual a An, pero si la transmisión es a través de no todos los elementos se utiliza un área neta efectiva.

.El área neta efectiva de un miembro a tensión se define en la sección B3 de las Comentario .El especificaciones AISCS: Ae= A*U , en donde A es el área igual al área de la sección transversal total cuando la carga de tensión se transmite por soldaduras longitudinales sólo o en combinación con soldaduras transversales y es igual al área neta si se trasmite por tornillos o remaches. U es el coeficiente de reducción por retraso del cortante que debe usarse cuando sólo parte de la sección transversal está conectada como por ejemplo un lado de un perfil angular en tensión. Ver sección B3 del comentario AISCS

Área neta Para calcular el área neta, el ancho de un hueco se toma un está especificado para esa dirección.

1/16 de pulg mayor de lo que

De acuerdo con las tolerancias se necesita que el hueco para un tornillo tor nillo sea 1/16 pulg mayor que el diámetro del tornillo., el ancho de un hueco se asume para propósitos de diseño, dos veces 1/16” o 1/8” mayor que el diámetro del tornillo. El área neta de un elemento es su ancho neto multiplicado por su espesor.

Huecos en cadena. El área neta real An en el caso de una cadena de agujeros que se extienden a través de un elemento, se determina por medio de una regla empírica definida en la sección B2 de las especificaciones: el ancho neto de la parte se obtendrá deduciendo del ancho total la suma de los diámetros de todos los agujeros en la cadena y sumando para cada espacio en la cadena la 2 cantidad s /4g . El área neta crítica An de la parte se obtiene de aquella cadena que da el menor ancho neto".

s = separación longitudinal, paso. g = separación transversal, gramil. 2 t





Coeficiente U Varios factores influyen en el comportamiento de un miembro en tensión, pero el más importante es la forma en que él es conectado o en como se hace la conexión. Una conexión siempre debilita el elemento y la medida de su influencia se conoce como eficiencia de la unión. Este factor es función de la ductilidad del material, del espaciamiento entre los tornillos, de la concentración de esfuerzos en los huecos, del proceso de fabricación y del retraso del cortante. Este último se presenta cuando algunos elementos de la sección transversal no están conectados, produciendo produciendo una sobrecargada de la parte del miembro conectado conectado y la que no se conecta no queda plenamente esforzada. El retraso de cortante afecta tanto a las conexiones atornilladas como a las soldadas, por lo que su tratamiento es similar en ambos casos, utilizándose el concepto del área neta r educida. Este coeficiente toma en cuenta se puede decir en términos sencillos la distribución no uniforme del esfuerzo en las conexiones de elementos a tensión .

Miembros atornillados

Ae = U An En donde el coeficiente coeficiente U se define como: como:

U = 1−

x ≤ 0.90 L

x= distancia del centroide del área conectada al plano de la conexión. L= longitud de la conexión





Nota : Si un miembro tiene dos planos simétricamente localizados de conexión, x se mide desde el centroide de la mitad del área más cercana. L es la longitud de la conexión en la dirección de la carga. carga. Para las conexiones atornilladas, se mide mide desde el centro del del tornillo al centro del tornillo en el otro extremo de la conexión.

El AISC permite usar valores promedio para el valor de U, dando tres casos para ello: a)

Perfiles W,M,S con anchos de patín patín no menores menores que 2/3 de sus peraltes y tees estructurales cortadas cortadas de esos perfiles, siempre que la conexión sea por patines. Las conexiones con tornillos deben tener no menos de tres tornillos por hilera en la direcci ón de la fuerza . U=0.90

b)

Los perfiles W,M,S que no cumplan las c ondiciones del punto a., tees estructurales cortadas de esos y otros perfiles, incluyendo secciones armadas. Las conexiones atornilladas deberán tener no menos de tres tornillos por hilera en la dirección de la f uerza. U=0.85

c)

Todos los miembros con conexiones atornilladas con solo dos tornillos por por hilera en en la dirección de la fuerza. U=0.75

Ejemplos de la aplicación del coeficiente U





Miembros soldados Ae= U Ag

Nota : en donde se evalúa con la misma expresión anteriormente dada, solo que en este caso L es la longitud de la soldadura más larga

Se pueden usar valores de U promedio para estas conexiones soldadas. Las reglas son las mismas, salvo que la regla que corresponde a dos sujetadores por línea no se aplica.

1.

Para perfiles W,M,S con una razón ancho-peralte de por lo menos 2/3 (y perfiles Tees recortados de ellos) y conectados en los patines. U=0.90

2.

Para todos los otros perfiles

U=0.85

Casos especiales Solo cuando algunos elementos de la sección transversal no están conectados, Ae es menor que An. Para miembros en tensión como placas o barras simples el área neta efectiva se toma como el área neta total calculada. Para estos elementos unidos por soldaduras longitudinales en sus extremos Ae= U Ag Donde U= 1.0 1.0 para L > = 2w U= 0.87 para 1.5w <= L < 2w = 0.75 para w <= L < 1.5 w L: longitud del par de soldaduras soldaduras >= w w: distancia entre soldaduras

Para cualquier miembro conectado por soldaduras transversales, el área neta efectiva es igual al área del elemento conectado.







Bloque de cortante Puede darse el caso, de que parte de una sección se pueda desgarrar, dependiendo en gran medida de la geometría de la conexión. Este desgarramiento, se le llama bloque de cortante, y la sección tiende a fallar por una combinación de cortante paralelo al eje de la sección y por tensión en el área perpendicular a la carga. En el AISC este tema se trata en la sección J4.3

Se pueden presentar dos modos de fallas, por fluencia debido al cortante y por fractura debido a la tensión, por lo que se tienen dos condiciones que hay que evaluar: ΦRn

=Φ[0.6Fy Agv + Fu Ant]

ΦRn

=Φ[0.6Fy Anv + Fu Agt]

Con Φ=0.75. La ecuación que rige será la que de el mayor en fractura. Donde: Agv : área total en cortante Anv: área efectiva efectiva en cortante Agt: área total en tensión Ant : área efectiva en tensión. Como aclaración, el área total en cortante se calcula como la longitud Lc por el espesor de la placa y el área total en tensión como como el producto de la longitud Lt Lt por el espesor; para calcular el área efectiva en cortante habría que reducir un hueco y medio y en el caso del área efectiva en tensión habría que reducir medio hueco, tal como se puede deducir en la figura anterior.





Selección de miembros a tensión. Selección de un miembro a tensión

Seleccione el tipo de miembro, el grado de acero y los detalles de conexión

Determinar la carga de diseño factorizada. Sección A4.1 AISCS

Area total requerida (Ec D1.1 AISCS)

Ag, req = Pu / 0.90Fy

Area neta efectiva requerida (Ec D1.2 D1.2 AISCS)

Ae, req = Pu / 0.75Fu

1 Seleccionar el miembro a tensión

Calcular Ae





Ejemplo 1. Elementos en tensión Área bruta, área efectiva Problema. Para una sección W8x24, de acero A36, con cuatro huecos de una pulgada de diámetro, dos por ala, calcular la capacidad en tensión de la sección.

Datos:

Sección: W8x Acero: A36 Huecos: 4 x 1"

Referencias Parte 2. Sección D. Tension Members, AISC Parte 6. Capítulo B. Secciones B1, B2, B3 Design Requirements, AISC

Solución De la parte I del Manual se toman los siguientes datos de la sección:





= 7.08 - 4 x ( 1 + 1/8) x 0.40 = 5.28 in2

øPn

= 0.75 x 58 x 5.28 = 229.7 kip Gobierna la falla por fluencia

La capacidad de la sección, suponiendo que la carga es muerta se obtiene: Pu = 1.4 Pcm < øPn Pcm = 229.3/ 1.4 = 164 kip. Ahora, suponiendo que la misma sección anterior se une a dos dos placas por sus alas, con un total de ocho tornillos, 2 por hilera, y que están separados 4 pulgadas, calcular la capacidad de la unión.

a. Por fluencia. De acuerdo con el cálculo anterior,

øPn = 229.3 kip

b. Por fractura en el área neta efectiva. De acuerdo con la sección B, de las especificaciones, en la unión, como no toda la sección está conectada, se debe usar un factor de reducción. Ane = A n U Para este caso, el área neta es la misma que en el primer caso An = 5.28 U = 1- x/L

L= 4 pulg

De acuerdo, con el comentario C-B3.1a, por ser una sección simétrica, se debe tomar el valor de x, correspondiente a la mitad de la sección, que en este caso corresponde con una sección WT 4x12. De las tablas de propiedades Wt se obtiene: x=0.695

Miembros a Tensión

Recommend Documents