Principios para el Diseo deConexin Precalificada RBS, segn

AISC-358-10Por: Gabriel Contreras Alfaro

2015Por: Gabriel Contreras Alfaro

2015

Introduccin Una conexin RBS o de seccin de viga reducida, es una conexin de ala y

alma soldadas la cual posee una reduccin cncava en las alas de la viga auna distancia Sh. Esta reduccin genera un fusible de deformacin plstica,que permite proveer una deformacin controlada a la hora de resistir unsismo.

Esta conexin se encuentra precalificada por la AISC, y se permite suutilizacin en marcos sismo resistentes del tipo SMF e IMF.

Debido a que esta conexin pertenece a un marco especial a momento(SMF, se deben proveer los siguientes elementos: Diseo de conexin precalificada. Abordada en esta presentacin. Diseo de zona panel, proveyendo refuerzos transversales ( llamadas tambin Placas de

continuidad) y refuerzos longitudinales ( placas de refuerzo de alma o Web doublerplates). Abordada en esta presentacin.

Los arriostramientos laterales sobre y debajo de la viga. En marcos con losascolaborantes, se puede obviar arriostramiento lateral superior. Sin embargo se deberproveer de arriostramientos laterales al inferior de la viga para toda configuracin conrazn de Momentos menores a 2.0. Este diseo no ser explicado en esta ocasin.

Una conexin RBS o de seccin de viga reducida, es una conexin de ala yalma soldadas la cual posee una reduccin cncava en las alas de la viga auna distancia Sh. Esta reduccin genera un fusible de deformacin plstica,que permite proveer una deformacin controlada a la hora de resistir unsismo.

Esta conexin se encuentra precalificada por la AISC, y se permite suutilizacin en marcos sismo resistentes del tipo SMF e IMF.

Debido a que esta conexin pertenece a un marco especial a momento(SMF, se deben proveer los siguientes elementos: Diseo de conexin precalificada. Abordada en esta presentacin. Diseo de zona panel, proveyendo refuerzos transversales ( llamadas tambin Placas de

continuidad) y refuerzos longitudinales ( placas de refuerzo de alma o Web doublerplates). Abordada en esta presentacin.

Los arriostramientos laterales sobre y debajo de la viga. En marcos con losascolaborantes, se puede obviar arriostramiento lateral superior. Sin embargo se deberproveer de arriostramientos laterales al inferior de la viga para toda configuracin conrazn de Momentos menores a 2.0. Este diseo no ser explicado en esta ocasin.

(a)(g)

(e)(d)

(f)

(g) Zona panel

(e) Refuerzo transversal

(b)(c) Placa de montaje(b) Reduccin viga(a) Viga

(f) Refuerzo alma longitudinal

(c)

(d) Columna

Requisitos de precalificacinPeso lineal viga mx. 447kg/mAltura del Alma mxima W36(920mm)

Relacin mnima Luz disp. Altura viga SMF: 7 o mayorEspesor del ala segn AISC 341Calidad del material segn AISC 341

Parmetros crticos de la ColumnaTipos de perfil segn AISC 341Peso lineal viga mx. no tieneAltura del Alma mxima W36(920mm)

Relacin ancho espesor AISC 341 M. Alta ductilidadEspesor del ala no tieneCalidad del material segn AISC 341

Relacin esbeltez para Elementos conAlta ductilidad.

AISC341-10, requiere que los elementos utilizados enmarcos SMF, cumplan con lo siguiente:

Para Vigas :

AISC341-10, requiere que los elementos utilizados enmarcos SMF, cumplan con lo siguiente:

Para Vigas :

Relacin esbeltez Para Columnas

Para Columnas

a) b)

Razn de Momentos En AISC 341-10 capitulo E3, se especifica que la relacin de momentos

viga columna debe ser mayor que 1.0, la cual busca que frente a una gransolicitacin ssmica, las vigas se plastifiquen antes que la columna y asgarantizar estabilidad global.

Esta hace referencia a AISC 358-10 captulo 5 ( conexin RBS), donde estarelacin de momentos debe determinarse mediante la siguiente ecuacin:

En AISC 341-10 capitulo E3, se especifica que la relacin de momentosviga columna debe ser mayor que 1.0, la cual busca que frente a una gransolicitacin ssmica, las vigas se plastifiquen antes que la columna y asgarantizar estabilidad global.

Esta hace referencia a AISC 358-10 captulo 5 ( conexin RBS), donde estarelacin de momentos debe determinarse mediante la siguiente ecuacin:

Para el caso de una conexin RBS:

Razn de momentos:

Donde

Donde Mpr es el momento mximo probable en la rotula plsticaAsConY depende del Acero utilizado.

Muv es el momento adicional debido al corte en la rotula plstica medido en elcentro de la columna

Donde Vrbs es el corte en la rotula plstica y Sh es la distancia desde la cara de lacolumna al centro de la rotula plstica los cuales estn en funcin de a y b.Como se vera a continuacin.

Muv es el momento adicional debido al corte en la rotula plstica medido en elcentro de la columna

Donde Vrbs es el corte en la rotula plstica y Sh es la distancia desde la cara de lacolumna al centro de la rotula plstica los cuales estn en funcin de a y b.Como se vera a continuacin.

Requisitos en la unin Las alas de la viga deber ser conectada al ala de la columna

usando soldadura de penetracin completa de ranura (CJPgrooving), extendida entre los extremos de los orificios deacceso y adicionar una soldadura de filete de 8mm.

El alma de la viga deber ser conectada mediante soldadurasCJP.

Una placa de corte ser permitida para ser usada comorespaldo para la soldadura CJP, El espesor de la placa deberser a lo menos de 10mm.

Se permitirn orificios en el alma para pernos, para propsitosde montaje.

Las alas de la viga deber ser conectada al ala de la columnausando soldadura de penetracin completa de ranura (CJPgrooving), extendida entre los extremos de los orificios deacceso y adicionar una soldadura de filete de 8mm.

El alma de la viga deber ser conectada mediante soldadurasCJP.

Una placa de corte ser permitida para ser usada comorespaldo para la soldadura CJP, El espesor de la placa deberser a lo menos de 10mm.

Se permitirn orificios en el alma para pernos, para propsitosde montaje.

Paso 1 : Se deben escoger valores para a, b y c , caractersticos de lareduccin.

Los cuales deben estar dentro de estos parmetros:

Procedimiento de diseo de la conexin RBS

El factor mas influyente para reducir el momentoes el valor de c. A su vez, los valores de a y binfluyen en el Momento adicional debido al corteen la razn de momentos.

Paso 2. Calcular el modulo de seccin plstica en el centro de la seccin deviga reducida.

Paso 3, Calcular el momento mximo probable en el centro de la seccin reducida

Aceros Fy Mpa Fu Mpa Ry RuA36/A36M 250 400 1.5 1.2

A1043/A1043M gr 36 250 400 1.3 1.1A572/572M gr 50 345 450 1.1 1.1

A250ESP 250 400 1.4 1.375A345ESP 345 450 1.1 1.1

Adicionalmente, se debe comparar si : Tomado de anlisis estructural

Paso 4, Calcular la fuerza de corte en el centro de la viga reducida para cada extremode la viga.

Ecuacin que nace al hacer equilibrio esttico y despejar Vrbs

Paso 5, calcular el momento mximo probable en la cara de la columna.El momento en la cara de la columna deber ser calculado desde un diagrama de cuerpolibre de un segmento desde el centro de la viga reducida hasta la cara de la columna comose muestra en la figura:

Esta ecuacin desprecia la porcin de carga gravitacional en la distanciadesde el centro de la rotula plstica a la cara de la columna, al considerarlola ecuacin queda como:

Paso 6, Calcular equivalente al momento plstico de la viga basadoen la resistencia fluyente esperada.

Paso 7, comprobar que el momento en la cara de la columna es menor queel momento plstico capaz de la viga

Si esta ecuacin no se satisface, se deben ajustar los valores de la seccinreducida (a, b y c) y repetir desde el paso 2 al 7.Paso 8. Determinar el corte requerido, Vu, de la viga y la conexin del alma dela viga a la columna

Paso 8.1 Chequear el diseo a corte de la viga acorde al captulo G de la AISC 360-10.

Para vigas laminadas I-shaped:

Para vigas armadas u otras:

Paso 9, Disear la conexin de la viga a la columna.

Para esto se deben proporcionar soldaduras de penetracin completa, mas filetesde refuerzo de 8mm.En general, en una unin de penetracin completa, controla la resistencia delmetal base, y suele no verificarse.La porcin del ala debe resistir el momento plstico que llega a la conexinEl alma debe resistir el corte Vu.Lo ms importante para esta conexin son ensayos de impacto Charpy V-notch.

Para esto se deben proporcionar soldaduras de penetracin completa, mas filetesde refuerzo de 8mm.En general, en una unin de penetracin completa, controla la resistencia delmetal base, y suele no verificarse.La porcin del ala debe resistir el momento plstico que llega a la conexinEl alma debe resistir el corte Vu.Lo ms importante para esta conexin son ensayos de impacto Charpy V-notch.

Una verificacin de estas soldaduras, puede ser mediante la siguienteprocedimiento:

Para las soldaduras CPJ en alas: Verificar la resistencia del metal base a traccinproducto del par de fuerzas de momento

Resistencia a la fluencia del Ala de la Viga:Resistencia a la fluencia del Ala de la Viga:

Resistencia a la fluencia de la porcin de la columna:

Resistencia a la fractura del Ala de la Viga:

Resistencia a la fractura de la porcin de la columna:

Debido a que Mf se determino para un estado de deformacin plstica, Rn debiera amplificarse porRy o Ru segn corresponda(Ry y Ru factores que muestran la resistencia real segn el material)

Para verificar la resistencia al corte del metal base en la columna realizarprocedimiento igual al paso 8.1 usando Fy de la columna.Orificios de acceso:Los orificios a diferencia de los usados en conexiones WUF-W, no requieren serespeciales, sin embargo se pueden utilizar las recomendaciones de la AWS D1.8.La distancia longitudinal debe ser a lo menos 1.5 veces el espesor del almapero no menor a 38mm.La altura del orificio debe ser a lo menos del espesor de la placa pero no menor a19mmEl extremo debiera tener un radio no menor a 10mm

Para verificar la resistencia al corte del metal base en la columna realizarprocedimiento igual al paso 8.1 usando Fy de la columna.Orificios de acceso:Los orificios a diferencia de los usados en conexiones WUF-W, no requieren serespeciales, sin embargo se pueden utilizar las recomendaciones de la AWS D1.8.La distancia longitudinal debe ser a lo menos 1.5 veces el espesor del almapero no menor a 38mm.La altura del orificio debe ser a lo menos del espesor de la placa pero no menor a19mmEl extremo debiera tener un radio no menor a 10mm

Diseo de Zona Panel El diseo de la zona panel, consiste en reforzar el nudo de la conexin para evitar

deformaciones tanto del ala como alma de la columna debido a las fuerzas transmitidasdesde la viga.

Dichos refuerzos, son placas transversales que se adosan al interior de la columna,soldadas a las alas y alma de la columna al nivel de las alas de la viga.

Refuerzo Transversal La necesidad de dichas placas deben realizarse mediante el captulo J10 de AISC 360.

Determinando las siguientes resistencias:

Flexin local del ala Rn1 Fluencia local del alma Rn2 Aplastamiento local del alma Rn3 Pandeo por compresin del alma Rn4

Si Fu > min ( Rn1, Rn2, Rn3, Rn4) , se deben proveer de placas de refuerzo transversal.y estos se deben disear para resistir la fuerza desbalanceada. ( Fu min (Rn1Rn4)

El diseo de la zona panel, consiste en reforzar el nudo de la conexin para evitardeformaciones tanto del ala como alma de la columna debido a las fuerzas transmitidasdesde la viga.

Dichos refuerzos, son placas transversales que se adosan al interior de la columna,soldadas a las alas y alma de la columna al nivel de las alas de la viga.

Refuerzo Transversal La necesidad de dichas placas deben realizarse mediante el captulo J10 de AISC 360.

Determinando las siguientes resistencias:

Flexin local del ala Rn1 Fluencia local del alma Rn2 Aplastamiento local del alma Rn3 Pandeo por compresin del alma Rn4

Si Fu > min ( Rn1, Rn2, Rn3, Rn4) , se deben proveer de placas de refuerzo transversal.y estos se deben disear para resistir la fuerza desbalanceada. ( Fu min (Rn1Rn4)

Refuerzo transversal mnimoLos refuerzos mnimos, deben proveerse en funcin del espesor del ala de la columna,

si se cumple con los siguientes requisitos, se puede prescindir de refuerzo mnimo.Sin embargo luego se debe determinar si por resistencia se requieren de dichosrefuerzos.

Refuerzo longitudinal:El refuerzo longitudinal se provee para suplir la resistencia al corte faltante de lacolumna.Para dicha resistencia se debe determinar la resistencia al corte de la Zona panel,y que corresponde al punto J10.6 de AISC 360-10.Para este documento ser denominada como Rn5.

Determinacin de resistencia al corteen Zona panel

Determinacin de las fuerzas solicitantes en zona panel

Diseo de Refuerzo transversal