con perfiles lám delgada - v 2012 - memorias

8/19/2019 Con Perfiles Lám Delgada - V 2012 - Memorias

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. Pórticos con perfiles de lámina - Respuesta sísmica Gabriel Valencia Clement .

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CONSIDERACIONESSOBRE EL DISEÑOSÍSMICO DE PÓRTICOSA MOMENTOCONSTRUIDOS CONPERFILES DE LÁMINADELGADA

Gabriel Valencia Clement

PRM con perfiles de lámina Gabriel Valencia Clement

Introducción

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Por razones económicas, el uso de estructuras construidascon perfiles de lámina delgada ha venido creciendo en todoslos países.

El suministro de perfiles para este tipo de construcción se haincrementado en los últimos años en Colombia en forma

notable

PRM con perfiles de lámina Gabriel Valencia Clement3 PRM con perfiles de lámina Gabriel Valencia Clement

Introducción

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Hay códigos para el diseño de los miembros, en USA, elAmerican Iron and Steel Institute, AISI, publica la NorthAmerican Specification for the Design of Cold-FormedSteel Structural Members

NSR tiene un capítulo dedicado al tema,


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Introducción

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Pero en cuestiones de diseño sísmico…

En varios códigos y especificaciones de diseño, para el casode estructuras de acero:

Si R ≤ 3 ⇒ No se requiere considerar Provisiones sísmicas

- AISC (AISC, 2005), Sec.1;- FEMA 450 (NERHP, 2003), Sec. 8.2.1 y Table 4.3-1;- ASCE7 (ASCE, 2005), Sec. 14.1.2),


Introducción

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Siempre que sean Categorías B, C o D, y en ciertos casosD o E.

Para el caso de estructuras armadas con perfiles de láminadelgada, ASCE7 (ASCE, 2010) en la Sec.14.1.2:

“Se acepta un fator R tomado de la tabla 12.2-1, cuando la

estructura se ha diseñado y detallado de acuerdo con “AISILateral for light-framed cold-formed steel construction”

Los sistemas no diseñados así, se deben diseñar con R = 3


Introducción

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Pero AISI-Lateral (AISI, 2004), fija requisitos paraestructuras con

- muros de corte (metálicos)

- paneles con diagonales y- diafragmas

Pero no para PRMs

PRM con perfiles de lámina Gabriel Valencia Clement8

Por lo tanto…

al diseñar PRMs armados con perfiles de lámina delgada,PLD, según los citados códigos, se puede usar uncoeficiente de modificación de respuesta, R = 3en algunos casos incluso en Categorias E o F.

No obstante, el autor considera que diseñar con valores de Rmayores de 1.0 (eventualmente 1.5), puede llevar a diseñosinseguros y poco confiables,

Introducción


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Por esta razón una investigación sobre elcomportamiento de las conexiones viga-columna demiembros de lamina delgada,

Con cargas de magnitud y dirección variable (accionescíclicas),

Como una primera aproximación al estudio delcomportamiento de los PRMs con PLD ante accionessísmicas

Introducción


2. Conexiones Estudiadas

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Hasta la fecha se han ensayado 28 especímenes enescala 1:1

En todos los casos miembros armados con dos PLD- Sección cajón- Sección I (espalda-espalda)

Variables:- Tipo de secciones,- Relaciones ancho/espesor- Tipo de refuerzos en la conexión



Acciones Sísmicas en Estructuras de Acero Gabriel Valencia Clement

Detalle de la fabricación

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Tesis de maestría Ing Sergio Villar (Vilar – Valencia, 2007)


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Se consideraron dos aspectos muy importantes desdeel punto de vista de la respuesta sísmica del edificio:

1) La resistencia teórica de los miembros, teniendo encuenta el principio viga débil – columna fuerte,

2) La resistencia de los elementos de la conexión,(placas atiesadores, etc), calculada de modo degarantizar que permanezcan en rango elástico aunsi los miembros conectados alcanzan laplastificación.



La resistencia teórica de los elementos se evaluóconsiderando la resistencia al post-pandeo.

3. Comportamiento Teórico

Es decir, la resistencia se calcula con las propiedades de lasección efectiva

Como se emplearon relaciones ancho/espesor altas, enalgunos casos, Mn


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Mediante FEA se han adelantado análisis elásticos einelásticos de las conexiones.Se usan dos softwares de análisis:

- SAP- ANSYS

Para los análisisinelásticos se definela curvaσ−ε así: E

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Los análisis FEA se realizan con el fin de evaluar hastaqué punto es posible usar el procedimiento FEA en lugarde los ensayos (costos, tiempo, logística)


El enmallado

PRM con perfiles de lámina Gabriel Valencia Clement19 PRM con perfiles de lámina Gabriel Valencia Clement

4. Marco experimental

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La tendencia de los códigos actuales con respecto a lasconexiones es

ensayar para conocer su comportamiento

Los ensayos deben contemplar el comportamiento en eltiempo, por lo que se usan protocolos de cargaestandarizados para hacer comparables los resultados

Se relacionan los desplazamientos del extremo de la vigacon las cargas aplicadas


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En este extremo semiden desplazamientos


El Montaje enlaboratorio

El Montaje en el laboratorio



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Esa relación P-∆ se planteaen protocolos.

El del AISC establece:

Para conexiones de PLD en el rango elástico, eseprotocolo no permitía visualizar el comportamiento de laconexión (por los fenómenos de inestabilidad local)

Se usó en los primerosensayos, pero


Entonces se adoptó un protocolo con énfasis en rango elástico:Etapa N°Carga Ciclos Deformación

1 6 0.25 δ y2 6 0.50 δ y3 6 0.75 δ

y4 4 1.00 δ y5 4 1.25 δ y6 4 1.50 δ y7 2 1.75 δ y8 2 2.00 δ y9 2 2.25 δ y

10 2 2.50 δ y11 2 2.75 δ y12 2 3.00 δ y

Tasa aplicación de carga = 0.1 mm/s

Para incrementos de esfuerzos en lasaletas comprendidos entre 6 y 30 MPa/s

Que es la tasa recomendada paraensayos de tensión simple


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Acciones Sísmicas en Estructuras de Acero Gabriel Valencia Clement

Protocolo de carga

25 PRM con perfiles de lámina Gabriel Valencia Clement


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El análisis inelástico ANSYS:

Durante el ensayo

Villar – Valencia, 2007

Al final del ensayo:


5. Resultados

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Se hicieron ensayos- Con carga monotónica- Con cargas cíclicas

En el de carga monotónica, la carga se aplica en una soladirección en forma incremental

Se compararon los resultados con los hallados en losanálisis FEA


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Resultado típico del ensayo con carga monotónica Carga cíclica

Una grandegradacióncon pocosciclos

Pandeolocal

Mientras que perfiles laminados

(con relaciones bajas deancho/espesor)


Tipos de fallas• Grandes deformaciones en la zona de panel


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Tipos de fallas

• Pandeo local de lasaletas en compresióncon esfuerzos pordebajo del de fluencia

Villar – Valencia, 2007

• Desgarramiento de las paredes de la columna cuando seusa sección I en las vigas

• Desgarramiento de las aletas en las zonas de altasconcentraciones de esfuerzos, en los puntos dondeterminan los refuerzos usados en las diferentesconexiones

• Desgarramiento de las aletas en las zonas de altasconcentraciones de esfuerzos en la unión de la viga y lacolumna cuando no hay refuerzos

López – Valencia, 2005


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• Iniciación del pandeo del alma a una distancia d/2 de laconexión

• Pandeo local de la aleta en las vecindades al sitio dondeterminan los diferentes refuerzos estudiados

6. Estimación del coeficiente R:

Se modelaron PRMs de tres pisos.

Se realizaron análisis de plastificación progresiva (pushover)

Las conexiones se modelaron con rigidez definida por lascurvas M-θ determinadas en los ensayos



- Para estimar R se utilizaron la propuesta de Newmark yHall (1972) y el método del espectro de capacidad.


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Considerando la degradación de resistencia y de rigidez,que limita en gran manera la respuesta de la estructura enrango inelástico

Se llega a la conclusión de que el valor de

R está entre 1.5 y 1.8.



La aparición de los fenómenos descritos atrás, en la curvade capacidad como una pérdida de resistencia y de rigidezlateral,

Para pequeños incrementos de carga las deformacionescrecen considerablemente.


Degradación


7. Conclusiones

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7. Conclusiones

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1. La degradación de la resistencia que se encuentra conensayos con carga cíclica es apreciablemente mayorque con carga monotónica, por lo que no se recomiendadeterminar el comportamiento de este tipo de perfiles

con base en ensayos monotónicos

7. Conclusiones

2. No es conveniente usar conexiones viga-columnafabricadas con miembros de lámina delgada sin usarrefuerzos internos a modo de placas de continuidad enla columna, así como refuerzos externos.

La resistencia de lasconexiones sin ningúnrefuerzo (interno o externo)

es muy baja, y está pordebajo de la resistenciaa la flexión de las vigas


7. Conclusiones

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3. Es muy importante el detallado de las soldaduras,

Algunos de los especímenesensayados presentaron fallaslocales en los extremos desoldaduras de corta longitudaplicadas en la viga, justamentea partir de la interfaz con lacolumna

7. Conclusiones

- Deformaciones de las conexiones son muy significativas,- Desgarramientos de las paredes de las columnas,- Fenómenos de torsión en las vigas,- Pandeo de los bordes sueltos- Otros fenómenos locales

4. Las vigas armadas consecciones I compuestas porperfiles C espalda-espalda,conectadas a columnas tipo

sección cajón, comportamientos norecomendables:


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7. Conclusiones

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5. Los análisis FEA - ANSYS, presentan buena correlacióncon los resultados experimentalespredicen con buena aproximación los resultados deparámetros básicos (dispersión del 10%):

- Deflexiones,- Momentos- En general el comportamiento de la conexión con

cargas monotónicas

No obstante, no se detecta la degradación de laresistencia en ciclos posteriores a los iniciales,


7. Conclusiones

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6. PLD baja capacidad de disipación de energía enrango inelástico (por fenómenos de inestabilidad local)

No es recomendable usar elementos delámina delgada en estructuras que requierandisipación especial o moderada de energía.

De acuerdo con criterios NSR-10, no se pueden diseñarpórticos resistentes a momento especiales o intermedioscon ese tipo de elementos.


7. Conclusiones

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7. Para el diseño de PRMs, se recomienda usar un valor deR para diseño

entre 1.2 y 1.5,

Si las estructuras se armarán con PLD con relacionesancho espesor del orden de

- 150 a 250 para almas y- 30 a 40 para aletas,

Y siempre y cuando se usen platinas de continuidad enel interior de la columna

Mención Especial

En esta presentación se incluyeron los resultados de lostrabajos de grado de

- Ing Enrique López Guerrero- Ing Sergio Villar Salinas

- Ing Maritza Uribe VallejoEstudiantes de la maestría en Estructuras de la UniversidadNacional de Colombia quienes han trabajado, con un gransentido de responsabilidad y un excepcional compromiso,en la investigación que realiza el autor.

Los ensayos se han realizado en la Escuela Colombiana deIngeniería “Julio Garavito”


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¡Gracias por su atención!

Gabriel Valencia Clement

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