diseño de conexiones flange plate_agosto 09
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Diseño de Conexiones Column Flange Support, Bolted Flange Plates
ANSI / AISC 360-05 ; FEMA 350Elaborado por.Ing. Eliud HernándezDealer CSI - VenezuelaVicepresidente INESA.58-412-2390553
Especial colaboración del TSU Héctor A. Díaz C.
Caracas, Julio 2009
Diplomado en Ingeniería EstructuralMexico DF Agosto 2009
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
1.- Datos generales:
1.1.- Propiedades y dimesiones de la viga:
- Tipo de viga: IPE-330
Altura de la viga: 330 mm Ancho de la viga: 160 mm Espesor del ala: 11.5 mm Espesor del alma: 7.5 mm Modulo de sección elastico: 713 cm3
Modulo de sección plástico: 763 cm3
- Tipo de acero: ASTM - A 36
Esfuerzo de fluencia del acero: 2530 Esfuerzo último del acero: 4080
1.2.- Propiedades y dimesiones de la columna:
- Tipo de columna: HEB-320
Altura de la columna: 320 mm Ancho de la columna: 300 mm Espesor del ala: 20.5 mm Espesor del alma: 11.5 mm
- Tipo de acero: ASTM - A 36
Esfuerzo de cedencia del acero: 2530 Esfuerzo último del acero: 4080
Fub = Kg/cm2
Fyb = Kg/cm2
d =bfb =
twb =tfb =
Fuc = Kg/cm2Fyc = Kg/cm2
dc =bfc =
twc =tfc =
Zx =Sx =
1.3.- Propiedades y dimesiones de las planchas y pernos de conexión:
- Planchas de ala: 12 - Plancha de alma: 3
Ancho de la plancha: 220 mm Espesor de la plancha: 10 mm Gramil: 80 mm Número de columnas de pernos: 1 Separación entre pernos: 65 mm Separación vertical entre pernos: 60 mm Distancia al borde de la plancha: 50 mm Separación horizontal entre pernos: 0 mm Distancia al borde de la viga: 50 mm Distancia a bordes superior e inferior: 40 mm Espacio libre entre viga y columna: 15 mm Distancia a bordes laterales: 40 mm Longitud de la plancha: 440 mm Altura de la plancha: 200 mm
- Tipo de acero para las planchas: ASTM - A 36
Esfuerzo de cedencia del acero: 2530 Esfuerzo último del acero: 4080
- Tipo de acero para los pernos: A 490 (CR)
Capacidad nominal a tracción: 7940 Capacidad nominal a corte: 4220 ( Rosca incluida en los planos de corte )
1.4.- Propiedades de la soldadura:
- Tipo de electrodo: E 70XX
Resistencia límite a tracción: 4920
uc
Fup = Kg/cm2
Fyp = Kg/cm2
gf =Sf =Le =L'e =
Ft = Kg/cm2
Fv = Kg/cm2
FEXX = Kg/cm2
Swv =
LeS =LeL =
bpf = tpw =
Número de pernos, nbw =
nc =
Swh =
e =
Número de pernos, nbw =
Lpf = hpw =
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
2.- Cálculo del momento de diseño para la conexión
2.1.- Momento máximo probable en la rotula plastica de la viga, ( FEMA-350, Sec. 3.2.4 )
( FEMA-350, Ec. 3-1)
1.31 1.20 ( FEMA-350, Ec. 3-2)
1.5 Mpe = 34736Ry = (Ver tabla I-6-1 de AISC 341-05)
pryb
ubybpr C
FFF
C 2.12
xybyprpe ZFRCM
Kg-m
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
2.2.- Fuerza cortante en la rotula plastica, ( FEMA-350, Sec. 3.2.5 )
- Cortante debido a fuerzas gravitacioanles:
2500 0.549.101800
3958.92
Distancia entre columnas: 6.00 m
Longitud de la plancha: 0.440 m
0.44 m
Distancia entre Rotulas: 4.80 m
- Cortante en las rotulas plasticas:
23975 Kg
9501 Kg
CP =
CV =PP =
Kg / m
W = Kg / m
Kg / mf1 =
2
LWVgravity
L =
L' =
gravitype V
LM
Vu'
2
Diagrama de cuerpo libre entre rotulas plásticasKg / m
Lp =
Ph LS
2.3.- Momento máximo probable a la cara de la columna y momento de Cedencia, ( FEMA-350, Sec. 3.2.6 y Sec. 3.2.7 )
0.78 ( FEMA-350, Ec. 3-3 y Ec. 3-4)
3.- Mínimo espesor requerido para las planchas de ala, ( FEMA 350, Sec. 3.6.3.1 )
Espesor de plancha tentativo: 25 mm
23 mm ( FEMA-350, Ec. 3-41 )
4.- Diseño de los pernos de unión, ( FEMA 350, Sec. 3.6.3.1 )
3/4 ( FEMA-350, Ec. 3-43 )
Diámetro de los pernos = 19.1 mm1.09
20.6 mm
> OK
45285 Kg-m
52051 Kg-m
35276 Kg-m
42331 Kg-m
hupef SVMM
tpf =
fyyf MCM
x
xpr
y
SZC
C 1yfM
2
4.42
..pyp
yf
reqpf
bFM
ddt
Diámetro de los agujeros = ad
Pernos seleccionados =
( FEMA-350, Ec. 3-44 )
boltsfailM yfM2.1
bd
12/21bffec
cTF nSeLdL
dLL
1TFvbbffail LdFAnMbolts
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
5.- Chequeo de la resistencia a la tracción de la plancha de ala, ( AISC 360-05, Sec. J4, Part. 1 )
5.1.- Fluencia por tracción:
Para Ф = 1 ( AISC 360-05, Ec. J4-1)
> OK
5.2.- Rotura por tracción:
Para Ф = 0.9 ( AISC 360-05, Ec. J4-2)
44.7
> OK
119242 Kg
119242 Kg
119242 Kg
119242 Kg139150 Kg
164138 Kg
appfn dbt
AgA
285.0
min nA cm2
pfyffugypn tdMFAFR /2.1
pfyffunupn tdMFAFR /2.1
nR
nR
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
6.- Chequeo de la resistencia al aplastamiento y al desgarramiento, ( AISC 360-05, Sec. J3, Part. 10, Ec. J3-a )
Para Ф = 0.9
102
39.70 mm
> ( Controla el aplastamiento )
44.40 mm
> ( Controla el aplastamiento )
119242 < OK
46757 Kg
46757 Kg
48593 Kg
54346 Kg 46757 Kg
504973 Kg
(n i ) = Número de pernos internos =(n o ) = Número de pernos externos =
Resistencia al aplastamiento:
Desgarramiento por los pernos externos:
Desgarramiento por los pernos internos:
uppcno FtLr 2.1
Kg nnR nnR
2a
ecdLL
afc dSL
fuF
noonniinnnfu rnrnRF
uppfb Ftd4.2
uppfcno FtLr 2.1
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
Ala de la viga:
39.70 mm
> ( Controla el aplastamiento )
44.40 mm
> ( Controla el aplastamiento )
119242 Kg < OK
21508 Kg
232288 Kg
24999 Kg 21508 Kg
22353 Kg
21508 KgResistencia al aplastamiento:
Desgarramiento por los pernos internos:
ubfbb Ftd4.2Desgarramiento por los pernos externos:
2a
ecdLL
ubfbcno FtLr 2.1
ubfbcni FtLr 2.1
afc dSL
fuF nnR
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
7.- Chequeo de la resistencia por bloque de corte en la plancha y el ala de la viga, ( AISC 360-05, Sec. J4, Part. 3 )
7.1.- Plancha de ala:
Para Ф = 1 ( AISC 360-05, Ec. J4-5)
- Modo de falla 1:
187.50
130.85
14.85
345213 > OK
- Modo de falla 2:
187.50
130.85
29.85
406413 > OK
119242 Kg
119242 Kg
nfu RF
cm2
cm2
cm2
nR
cm2
cm2
cm2
nR
fuF
fuF
Kg
afppfnt dgbtA
Kg
afpfnt dgtA
ntupgvyp
ntupnvupn AFAF
AFAFR
6.06.0
min
epfpfgv LLtA 2
21
22 bf
aepffbnvn
dLLtA
epfpfgv LLtA 2
21
22 bf
aepffbnvn
dLLtA
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
7.2.- Ala de la viga:
Para Ф = 1 ( AISC 360-05, Ec. J4-5)
86.25
60.191
6.831 1840
158798 > OK
8.- Diseño de la plancha de ala comprimida, ( AISC 360-05, Sec. J4, Part. 4 )
Para Ф = 1
0.72 cm 5.85 ( AISC 360-05, Ec. J4-5)
139150 Kg > OK
119242 Kg
119241.58 Kg
119242 Kg
nfu RF
cm2
cm2
affbfbnt dgbtA cm2
e
bfffbgv L
nStA 1
22
21
21
22 bf
aebf
ffbnvn
dLn
StA
nR fuFKg
rKl
12pft
r
pfyffun tdMFP /2.1
25r
Klpara gypn AFP
nP fuF
ntubgvyb
ntubnvubn AFAF
AFAFR
6.06.0
min
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
9.- Diseño de la plancha de alma y los pernos de unión:
9.1.- Cortante a la cara de la columna o cortante de diseño, ( FEMA 350, Sec. 3.6.3.1 )
( FEMA-350, Ec. 3-52 )
9.2.- Diseño a corte de los pernos, ( AISC 360-05, Sec. J3, Part. 6 )Para Ф = 0.9
17.43 mm 3/4 Diámetro de los pernos = 19.1 mm
20.6 mm
9.3.- Fluencia por corte en la plancha, ( AISC 360-05, Sec. J4, Part. 2 )
Para Ф = 1 ( AISC 360-05, Ec. J4-3)
> OK
9.4.- Rotura por corte en la plancha, ( AISC 360-05, Sec. J4, Part. 2 )
Para Ф = 0.9 ( AISC 360-05, Ec. J4-4)
13.82
> OK
27172 Kg
30448 Kg 27172 Kg
30360 Kg 27172 Kg
11283 Kg
gravityfc
fwep V
bLM
V2
2
fcgravity
bLWV
bwv
webreqb nF
Vd 4.
Diámetro de los agujeros = adPernos seleccionados =
bd
wepgypn VAFR 60.0nR
cm2
nR
wepnvupn VAFR 60.0
c
pwappwnv n
ndhtA
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
9.5.- Chequeo de la resistencia al aplastamiento y desgarramiento, ( AISC 360-05, Sec. J3, Part. 10, Ec. J3-a )
Para Ф = 0.9
2 1
- Plancha de alma:
29.70 mm
< ( Controla el desgarramiento )
39.40 mm
<
< OK
- Alma de la viga:
39.4 mm
< ( Controla el aplastamiento )
< OK
27172 Kg 39261 Kg
14468 Kg 14027 Kg
14027.04 Kg
18703 Kg
18703 Kg14541 Kg
14541 Kg 18703 Kg
27172 Kg 37873 Kg
noonniinnnweb rnrnRV (n i ) = Número de pernos internos = (n o ) = Número de pernos externos =
Resistencia al aplastamiento:
Desgarramiento por los pernos externos:
uppwb Ftd4.2
uppwcno FtLr 2.1
2a
scdLL
Desgarramiento por los pernos internos:
uppwcni FtLr 2.1 awvc dSL
webV nnR
Por inspección, controla el plastamiento para los pernos externos, por lo tanto:
Desgarramiento por los pernos internos:
awvc dSL
ubwbbno Ftdr 4.2
ubwbcni FtLr 2.1
webV nnR
Diseño de Conexiones Tipo: CFS-BFP
9.6.- Falla por bloque de corte en la plancha, ( AISC 360-05, Sec. J4, Part. 3 )
Para Ф = 1 ( AISC 360-05, Ec. J4-5)
16.00
10.85
2.97
36406 > OK
9.7.- Diseño de la soldadura:
Resistencia al corte de la soldadura: 2214
4.34 mm
D = 5 mm
27172 Kg
ntupgvyp
ntupnvupn AFAF
AFAFR
6.06.0
minnweb RV
cm2
21
c
bwaespwwpnv n
ndLhtA
espwpwgv LhtA
cm2
2a
lepwntdLtA cm2
nR Kg webV
EXXw FF 60,075,0 Kg/cm2
Para la plancha de alma, se usará soldadura de filete a ambos lados para resisir el corte de diseño Vweb:
pww
web
hFVD2
Por tanto, se usará soldadura de filete a ambos lados con un espesor de:
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