diseño de conexiones de corte_agosto 09

Diseño de Conexiones de CorteANSI/AISC 360-05

Elaborado por.Ing. Eliud HernándezDealer CSI-VenezuelaVicepresidente INESA 58-412-2390553

Especial colaboración del TSU Héctor A. Díaz C.

Diplomado en Ingeniería EstructuralMexico DF Agosto 2009

Caracas, Julio 2009

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 1: Conexión de Corte con plancha de Alma Extendida

Datos preliminares y predimensionado:

a.- Viga Secundaria

- Perfil: IPE-240

Altura de la viga: ds = 240 mm

Ancho de la viga: bfs = 120 mm

Espesor del ala: tfs = 9.8 mm

Espesor del alma: tws = 6.2 mm

- Tipo de acero: ASTM - A 36

Esfuerzo de fluencia del acero: Fys = 2530 Kg/cm2

Esfuerzo último del acero: Fus = 4080 Kg/cm2

b.- Viga maestra

- Perfil: IPE-330

Altura de la viga: dm = 330 mm Ancho de la viga: bfm = 160 mm Espesor del ala: tfm = 11.5 mm Espesor del alma: twm = 7.5 mm

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 1: Conexión de Corte con Rigidizador en Viga

c.- Planchas y pernos de conexión: d.- Soldaduras de la conexión:

Número de pernos: nb = 3 - Tipo de electrodo: E70XX Diámetro de los pernos en pulgadas db = 5/8 pulg

Diámetro nominal en milimetros: db = 15.9 mm Resistencia límite a tracción: FEXX = 4920 Kg/cm2

Diámetro del agujero: da = 17.5 mm Espesor soldadura en el alma: Dwy = 5 mm Separación entre pernos: Sv = 80 mm Espesor soldadura en las alas: Dwx = 5 mm Distancia horizontal al borde del perfil: Les = 30 mm Longitud soldadura en el alma: Lwy = 247 mm Distancia horizontal a borde de plancha: Leh = 30 mm Longitud soldadura en el ala: Lwx = 46.3 mm Distancia vertical a borde de plancha: Lev = 30 mm Longitud de la plancha de corte: Lp = 220 mm Centro de gravedad del grupo Xcgw =

Espesor tentativo de la plancha: tp = 8 mm de soldaduras: Ycgw = Separación entre vigas: e = 10 mm Corte en las esquinas de la plancha: clip = 30 mm

- Acero de la plancha: ASTM - A 36 e.- Fuerza de corte mayorada: Vu =

Esfuerzo de fluencia del acero: Fyp = 2530 Kg/cm2

Esfuerzo último del acero: Fup = 4080 Kg/cm2

- Tipo de pernos: A 325 (SR)

Capacidad nominal a corte: Fv = 4220 Kg/cm2

14.47 mm

8064.00 Kg

153.50 mm

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 1: Conexión de Corte con Rigidizador en Viga

Diseño de los pernos

a.- Excentricidad de la carga:

b.- Fuerza de corte sobre el perno más solicitado:

128 cm2

c.- Resistencia al corte de un perno, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J3.6:

Para Ф =

1.99 cm2 > P* OK Ratio = 0.92

0.75

80.00 mm

5129.49 Kg

101.78 mm

2688.00 Kg

5791.11 Kg

14.47 mm

6284.31 Kg

2iP yI

*y

cgweswmfm Xletba 5.0cgwX

P

ux I

ayVP*

b

uy n

VP

*PAFR bvn

nR 42bb dA

22*yx PPP

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 1: Conexión de Corte con Rigidizador en Viga

d.- Resistencia al aplastamiento, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J3.10:

Para Ф =

- Resistencia al aplastamiento de un perno sompre la plancha:

- Resistencia al aplastamiento de un perno sompre el alma de la viga:

> P* OK Ratio = 0.80

Espesores limites de la plancha:

- Espesor mínimo para prevenir el pandeo local de la plancha en flexión:

< tp OK

- Espesor máximo de la plancha, para garantizar la ductilidad rotacional en la conexión:

> tp OK

7239.72 Kg

9341.57 Kg

7239.72 Kg

9.54 mm

6.00 mm

0.75*PRn

uppbn Ftdr 4.2

uswsbn Ftdr 4.2

nn rR min

min,

164.25

2 pb

máxP tdmáxt

mmLmáxt P

P 6,64min

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 1: Conexión de Corte con Rigidizador en Viga

Resistencia al corte de la plancha de conexión:

a.- Cedencia por corte de la plancha, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J4.2a:

Para Ф =

cm2 > Vu OK Ratio = 0.30

b.- Rotura por corte de la plancha, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J4.2b:

Para Ф =

13.4 cm2 > Vu OK Ratio = 0.33

c.- Bloque de corte, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J4.3

Para Ф =

15.2 cm2

11.7 cm2

1.7 cm2 > Vu OK Ratio = 0.36

24602.40 Kg

0.75

0.75

22507.20 Kg

17.60 26716.80 Kg

1.00

baPPnv ndLtA

ugypn VAFR 60.0

PPg LtA nR

nR

ntupgvyp

ntupnvupn AFAF

AFAFR

6.06.0

min

evppgv LLtA

un VR

5.0baevPPnv ndLLtA

2a

ehPntdLtA nR

unvupn VAFR 60.0

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 1: Conexión de Corte con Rigidizador en Viga

Resistencia a la flexión de la porsión extendida de la plancha de conexión:

a.- Resistencia requerida a la flexión:

ep = a =

b.- Cedencia por flexión de la plancha:

Para Ф =

- Esfuerzo critico de flexión en presencia del esfuerzo cortante, fv:

Kg/cm2 2134 Kg/cm2

- Resistencia a la flexión:

64.5 cm3 > Mu OK Ratio = 0.60

c.- Rotura por flexión de la plancha:

Para Ф =

48.24 cm3

> Mu OK Ratio = 0.56

0.75

0.90

458.18

137728.97 Kg-cm

147621.82 Kg-cm

101.78 mm 82071.84 Kg-cm Puu eVM

g

uv A

Vf 22 3 vypcr fFF

nM

nM

P

abbvP

Pnet L

dnnSLtS 16

222

unetuPn MSFM

uPcrn MSFM

6

2PP

PLtS

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 1: Conexión de Corte con Rigidizador en Viga

Diseño de la soldadura:

a.- Analisis elastico de tensiones en la soldadura:

- Propiedades de la soldadura:

POS123

- Tensiones en los puntos criticos:

POS Esfuerzo máximo en la soldadura:AB f = 1447

b.- Resistencia de la soldadura:

2214 > f OK Ratio = 0.65

1065.60

1200.31

977.56-14.47 123.50 787.23 579.56

f (Kg/cm2)61.78 153.50 978.46

163.52873.28

1446.68Xj (mm) Yj (mm) fx (Kg/cm2) fy (Kg/cm2)

SUMA = 331.06 1287.53

163.52 412.63462.28

38.65 153.50 158.29 412.63-14.47 0.00 14.4738.65 -153.50 158.29

Xi (mm) Yi (mm) r (mm) Ip (cm4)Aw (mm2)

101.78 mm 82071.84 Kg-cm

Kg/cm2

Kg/cm2

EXXw FF 60,075,0

aew wuu eVM

22yx fff

22iii yxr

2

2

12 iw

wiP rLAIwiiwi LDA22

P

jux I

xMf

P

ju

w

uy I

xMAVf

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 2: Conexión de Corte con destaje de Alas de Viga - Tipo de acero: ASTM - A 36

Esfuerzo de fluencia del acero: Fys = 2530 Kg/cm2

Esfuerzo último del acero: Fus = 4080 Kg/cm2 c.- Viga maestra

b.- Planchas y pernos de conexión: - Perfil: VP-350

Número de pernos: nb = 3 Altura de la viga: dm = 350 mm

Diámetro de los pernos en pulgadas db = 5/8 pulg Ancho de la viga: bfm = 175 mm

Diámetro nominal en milimetros: db = 15.9 mm Espesor del ala: tfm = 12 mm

Diámetro del agujero: da = 17.5 mm Espesor del alma: twm = 6 mm

Separación entre pernos: Sv = 120 mm Distancia horizontal al borde del perfil: Le1 = 35 mm d.- Soldaduras: Distancia al borde superior del perfil: Le2 = 35 mm

Distancia al borde inferior del perfil: Le3 = 35 mm - Tipo de electrodo: E60XX Espesor del rigidizador: tp = 6 mm

Corte en las esquinas de la plancha: clip = 30 mm Resistencia límite a tracción: FEXX = 4220 Kg/cm2

Espesor soldadura en el alma: Dwy = 6 mm - Acero de la plancha: ASTM - A 36 Espesor soldadura en las alas: Dwx = 6 mm

Longitud soldadura en el alma: Lwy = 266 mm

Esfuerzo de fluencia del acero: Fyp = 2530 Kg/cm2 Longitud soldadura en las alas: Lwx = 54.5 mm

Esfuerzo último del acero: Fup = 4080 Kg/cm2

Centro de gravedad del grupo Xcgw =

- Tipo de pernos: A 325 (SR) de soldaduras: Ycgw =

Capacidad nominal a corte: Fv = 4220 Kg/cm2 e.- Fuerza de corte mayorada: Vu =

16.64 mm

163.00 mm

16000.00 Kg

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 2: Conexión de Corte con destaje de Alas de Viga

Datos preliminares y predimensionado:

a.- Viga Secundaria

- Perfil: VP-350

Altura de la viga: ds = 350 mm

Ancho de la viga: bfs = 175 mm

Espesor del ala: tfs = 12 mm

Espesor del alma: tws = 6 mm Longitud del destaje: c = 85 mm

Altura del destaje: dc = 20 mm

Altura de la viga con las alas destajadas: h0 = 310 mm Separación entre alas de vigas: e = 10 mm

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 2: Conexión de Corte con destaje de Alas de Viga

Diseño de los pernos

a.- Excentricidad de la carga:

b.- Fuerza de corte sobre el perno más solicitado:

288 cm2

c.- Resistencia al corte de un perno, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J3.6:

Para Ф =

1.99 cm2 > P* OK Ratio = 0.90

5333.33 Kg

5647.47 Kg

27.86 mm

1857.29 Kg

120.00 mm

6284.31 Kg

16.64 mm 27.86 mm

0.75

2iP yI

*y

cgwX

b

uy n

VP

*PAFR bvn

nR 42bb dA

22*yx PPP

cgwewmfm Xcletba 15.0

aane bb ,04.014.25max

P

bux I

yeVP*

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 2: Conexión de Corte con destaje de Alas de Viga

d.- Resistencia al aplastamiento, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J3.10:

Para Ф =

- Resistencia al aplastamiento de un perno sompre la plancha:

- Resistencia al aplastamiento de un perno sompre el alma de la viga:

> P* OK Ratio = 0.81

Rotura por flexión de la sección destajada de la viga:

Para Ф =

76.6 cm3

> Vu OK Ratio = 0.53

7006.18 Kg

7006.18 Kg

7006.18 Kg

0.75

0.75

77.859 mm 30101.26 Kg

*PRn

uppbn Ftdr 4.2

uswsbn Ftdr 4.2

nn rR min

alce es 1

us

netusn V

eSFR

nR

0

2220

16 h

dnnShtS abbvwsnet

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 2: Conexión de Corte con destaje de Alas de Viga

Pandeo lateral torsional de la sección destajada de la viga:

Para Ф =

- Verificación de los parametros: c ≤ 2ds c = < 2ds OKdc ≤ 0.2ds dc = < 0.2ds OK

- Factor de ajuste: 3.07

- Esfuerzo critico de pandeo:

96.1 cm3 > Vu OK Ratio = 0.68

2530.00 Kg

0.75

20 mm = 70 mm

= 700 mm85 mm

23420.41 Kg

s

cd d

df 5.75.3

us

netcrn V

eSFR

ysdw

cr FfchtEF

0

2

62.0 crF

6

20htS ws

netnR

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 2: Conexión de Corte con destaje de Alas de Viga

Resistencia al corte de la sección destajada de la viga:

a.- Cedencia por corte, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J4.2a:

Para Ф =

cm2 > Vu OK Ratio = 0.57

b.- Rotura por corte, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J4.2b:

Para Ф =

15.45 cm2 > Vu OK Ratio = 0.56

c.- Bloque de corte, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J4.3

Para Ф =

16.5 cm2

13.9 cm2

1.575 cm2 > Vu OK Ratio = 0.68

18.60 28234.80 Kg

1.00

28366.20 Kg

0.75

0.75

23604.75 Kg

nR

nR

ntupgvyp

ntupnvupn AFAF

AFAFR

6.06.0

minun VR

nR

30 ewsgv LhtA

5.030 baewsnv ndLhtA

21a

ewsntdLtA

ugysn VAFR 60.0

unvusn VAFR 60.0

0htA wsgs

bawsns ndhtA 0

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 2: Conexión de Corte con destaje de Alas de Viga

Resistencia al corte de la plancha o rigidizador:

a.- Cedencia por corte, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J4.2a:

Para Ф =

19.56 cm2 > Vu OK Ratio = 0.54

b.- Rotura por corte, Según AISC 360-05, Cap. J, Sec. J4.2b:

Para Ф =

16.41 cm2 > Vu OK Ratio = 0.53

Espesor mínimo de la plancha para prevenir el pandeo local:

< tP 14.08 < 16.13 OK5.63 mm

29692.08 Kg

1.00

30128.76 Kg

0.75

ugypn VAFR 60.0

nR

unvupn VAFR 60.0

fmmPgp tdtA 2

baPgpnp ndtAA nR

ypp

p

FE

tb

56.015min

pp

bt

Diseño de Conexiones de Corte

Caso 2: Conexión de Corte con destaje de Alas de VigaDiseño de la soldadura:

a.- Analisis elastico de tensiones en la soldadura:

- Propiedades de la soldadura:

POS123

- Tensiones en los puntos criticos:

POS Esfuerzo máximo en la soldadura:AB f =

b.- Resistencia de la soldadura:

1899 > f OK Ratio = 0.79

67.86 163.00 721.86 1306.181102.49-16.64 133.00 589.00 931.97

658.19SUMA = 2013.06

40.61 163.00 167.98

Xj (mm) Yj (mm) fx (Kg/cm2) fy (Kg/cm2)

658.19Aw (mm2)

-16.64 0.00 16.64 696.6840.61 -163.00 167.98

1590.99231.22

1128.54231.22

55.719 mm 89149.87 Kg-cm

Xi (mm) Yi (mm) r (mm) Ip (cm4)

1492.381492.38

f (Kg/cm2)

Kg/cm2

Kg/cm2

EXXw FF 60,075,0

wuu eVM

P

jux I

xMf

22yx fff

aee bw

22iii yxr

2

2

12 iw

wiP rLAIwiiwi LDA22

P

ju

w

uy I

xMAV

f