Capítulo 3 - U

CI52R: ESTRUCTURAS DE
ACERO
Prof.: Ricardo Herrera M.
Programa CI52R
NÚMERO
3
NOMBRE DE LA UNIDAD
Diseño para tracción
DURACIÓN
2 semanas
CONTENIDOS
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
OBJETIVOS
Identificar modos de falla de elementos en
tracción.
Diseñar elementos en tracción
Elementos en tracción.
Resistencia nominal.
Área neta, área neta efectiva.
Barras en tracción, pasadores y cáncamos.
BIBLIOGRAFÍA
[Salmon&Johnson, Cáp. 3]
[McCormac, Cáps. 3 y 4]
[AISC, Cáps. B y D]
1
Capítulo 3:
Diseño para Tracción
3.1. Elementos en tracción
Elementos en tracción
n
Enrejados (puentes, de techo, torres de
transmisión, etc.)
2
Elementos en tracción
n
Arriostramientos (laterales, de techo, etc.)
Elementos en tracción
n
Cables, colgadores (puentes, techos, etc.)
3
Secciones típicas de elementos
en tracción
Capítulo 3:
Diseño para Tracción
3.2. Resistencia Nominal
4
Resistencia
P
Resistencia
5
Resistencia
σ
σy
σ avg
≈3σ avg
σ
Resistencia
1. Fluencia de la sección bruta.
2. Fractura de la sección neta.
3. Fractura en la conexión.
6
Fluencia de la sección bruta
σ
n
Resistencia nominal
Tn = Fy · Ag
Fy = tensión de fluencia
Ag = área bruta de la sección
σ
Fractura de la sección neta
efectiva
σ
n
Resistencia nominal
Tn = Fu · Ae
Fu = resistencia a la tracción
Ae = área neta efectiva de la sección
σ
7
Capítulo 3:
Diseño para Tracción
3.3. Area neta y área neta
efectiva
Área Neta
n
n
n
Perforaciones en los elementos en tracción
son requeridas cuando se conectan
usando pernos o remaches.
Estas perforaciones reducen el área del
elemento en la conexión.
La resistencia en la sección de área
reducida puede controlar la resistencia del
elemento.
8
Área Neta: Métodos de
perforación
n
n
n
Punzonado (“punching”).
Punzonado y rebaje.
Perforado.
Para perforaciones estándar
d = d perno + 1 "
8
(3,2mm)
Área Neta: perforaciones no
alineadas
n
Espacio reducido obliga a intercalar
A
perforaciones
p
B
A
p
g
s
C
B
9
Área Neta: perforaciones no
alineadas
n
n
n
Complicada evaluación de la resistencia
Modificar largo proyectado de la
trayectoria
Fórmula de Cochrane (empírica
A
simplificada)
p
p
g
s
C
B
Área Neta: perforaciones no
alineadas
n
Fórmula de Cochrane (1922)
p
A
p
g
φh
C
w
eff
AC
w
s
(
= w − 2 ⋅ φh +
B
1 "
16
)
s2
+
4g
10
Área Neta Efectiva
n
n
Area neta entrega área que resiste
tensiones, pero no necesariamente la
resistencia.
Distribución de tensiones no es uniforme.
n
n
Elementos donde sólo una parte está
conectada.
Elementos donde conexión es excéntrica
respecto al centroide del elemento.
Área Neta Efectiva
n
Ejemplos
11
Área Neta Efectiva
Se calcula como
Ae = U · An
Donde
U = coeficiente de reducción
An = área neta
n Válida para conexiones apernadas y
soldadas (A
(An = Ag en este caso)
n
Área Neta Efectiva
Coeficiente de reducción (Munse
(Munse y Chesson
1963)
U=1–x/L
Donde
x = distancia del centroide del
elemento conectado
excéntricamente al plano de
transferencia de carga
L = longitud de conexión en la
dirección de carga
n
12
Área Neta Efectiva
n
Ejemplos (Comentario AISC)
Capítulo 3:
Diseño para Tracción
3.4. Disposiciones de la AISC
13
AISC Specification for Structural
Steel Buildings
Límites de esbeltez
L / r = 300 (recomendado)
Basado en juicio profesional y consideraciones de
economía, facilidad de manejo y cuidado para
minimizar daños durante fabricación, transporte
y construcción. Este límite no es necesario para
asegurar la integridad estructural del elemento,
sólo limita la posibilidad de vibraciones
n
AISC Specification for Structural
Steel Buildings
n
Resistencia a la Tracción
n
n
Fluencia en área bruta
Pn = Fy · Ag
φt = 0.9 (LRFD)
Ωt = 1.67 (ASD)
Fractura en área neta
Pn = Fu · Ae
φt = 0.75 (LRFD)
Ωt = 2 (ASD)
14
AISC Specification for Structural
Steel Buildings
n
Determinación de área
n
Area bruta: Ag = área total de la sección
n
Area neta:
p
An = ∑ ti ⋅ wieff
i
A
p
g1
B
s2 s1
g2
2
eff
w wABD = w − 3 ⋅ (d h + 2 mm ) + ∑
i =1
si2
4 gi
dh
D
C
AISC Specification for Structural
Steel Buildings
n
Determinación de área
n
Area neta (cont.
(cont.):
):
n
Angulos
g = ga −
n
t
t
+ g b − = g a + gb − t
2
2
Perfiles tubulares
tpl
t
An = Ag − 2 ⋅ t pl ⋅ t
tpl
15
AISC Specification for Structural
Steel Buildings
n
Determinación de área
n
Area neta (cont.
(cont.):
):
n
Elementos cortos (placas)
An ≤ 0.85 Ag
AISC Specification for Structural
Steel Buildings
n
Determinación de área
n
Area neta efectiva:
n
n
Ae = U ⋅ An
Coeficiente de reducción
(ver Tabla D3.1)
U = 1−
x
L
Angulos,, ángulos dobles y Ts
Angulos
Ts::
n
n
conexiones dimensionadas para lograr U = 0.6, o
Diseñar elementos para carga excéntrica
16
AISC Specification for Structural
Steel Buildings
n
Ejemplo: verificar empalme entre IN30x250x90,7
e IN300x250x75,4 (acero A37A37-24ES)
P
IN 300x250x90,7:
d = 300 mm
W = 90,7 kgf/m
bf = 250 mm
tf = 20 mm
tw = 6 mm
tf
d
tw
IN 300x250x75,4:
d = 300 mm
W = 75,4 kgf/m
bf = 250 mm
tf = 16 mm
tw = 6 mm
bf
P
AISC Specification for Structural
Steel Buildings
n
Ejemplo: verificar empalme entre IN30x250x90,7
IN30x250x90,7
e IN300x250x75,4
,4
IN300x250x75
30 60 30
Alma
IN300x250x75,4
12
30
60
60
30
2
Alma
IN300x250x90,7
17
Capítulo 3:
Diseño para Tracción
3.5. Barras en tracción, pasadores
y cáncamos
Barras en tracción
n
Usos
n
Arriostramientos de techo y muro
n
Colgadores (puentes, estructuras colgantes)
n
Otros
18
Barras en tracción
n
Resistencia a la Tracción
n
Fractura en área neta
Pn = 0.75F
0.75Fu · Ab
φt = 0.75 (LRFD)
Ωt = 2 (ASD)
Ab
dnom
Hyatt Regency, Kansas City
n
n
n
Abierto en Julio, 1980.
Pasarelas colgantes.
Pasarelas colapsaron el 17 de Julio de
1981: 114 muertos, 200+ heridos.
19
Hyatt Regency, Kansas City
n
Causas:
n
n
Cambios en diseño.
Errores en diseño y revisión de cambios
propuestos.
Hyatt Regency, Kansas City
20
Pasadores y cáncamos
n
n
Usos
n
Cuando se quiere materializar una rótula.
n
Puentes.
n
Estructuras de techo.
n
Otros
Funcionan bien cuando la carga viva es sólo una
fracción pequeña de la permanente
Pasadores y cáncamos
n
Elementos conectados por pasadores
21
Pasadores y cáncamos
n
Elementos conectados por pasadores
n
Resistencia nominal
n
Fractura en sección neta (tracción)
Pn = 2t
2t · beff · Fu
n
Fractura en sección neta (corte)
Pn = 0.6F
0.6Fu · Asf
φt = 0.75 (LRFD)
Ωt = 2 (ASD)
Aplastamiento de la perforación
n Fluencia de la sección bruta
n
Pasadores y cáncamos
n
Elementos conectados por pasadores
beff = 2t
2t + 16mm
16mm = b
Asf = 2t
2t ·(a+ d/2)
a = (4/3)·
(4/3)· beff
w = 2b
2beff + d
c=a
22
Pasadores y cáncamos
n
Cáncamos
n
Solían ser forjados, ahora son cortados
térmicamente (al oxígeno o plasma).
Sección rectangular
Pasadores y cáncamos
23
Pasadores y cáncamos
n
Cáncamos
n
Resistencia nominal: fluencia de la sección bruta del
cuerpo
t = 13mm
13mm
w = 8t
8t
d = 7w
7w/8
dh = d + 1mm
1mm
R = dh + 2b
2b
2w/3 = b = 3w
3w/4 (cálculo)
24