calculo de conexiones

PROCEDIMIENTOS DE

CALCULO DE CONEXIONES

Realizada por: Rodrigo Silva M.

Fecha: 06 de Junio de 2002 REV

0Aprobada por: Carlos Ramírez V.

Fecha: 06 de Junio de 2002

EDYCE S.APuerta del Sol # 55 Piso 7- Las Condes - Teléfono (56-2) 3530200 - Fax (56-2) 3530220 - Casilla 142 - Santiago, ChileAlgarrobo # 159 - Talcahuano - Teléfono (56-41) 507300 - Fax (56-41) 507330 - Casilla 2002 - Concepción, Chile

DEPARTAMENTO DEINGENIERIA DE DISEÑO

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CONTENIDOS

1. Conexiones de diagonales apernadas. 3

2. Unión viga - viga con doble clip apernado apernado. 6

3. Unión viga - columna con doble clip apernado apernado. 11

4. Unión viga - viga con doble clip apernado soldado. 12

5. Unión viga - columna con doble clip apernado soldado. 17

6. Empalmes de columnas. Cizalle doble en alas y alma. 18

7. Empalmes de vigas. Cizalle doble en alas y alma. 24

8. Doble filete de soldadura sometido a corte y cargas excéntricas. 29

9. Conexion de viga con plancha, pernos a cizalle simple (single plate). 31

PROCEDIMIENTOS DE CALCULO DE CONEXIONES


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1. CONEXIONES DE DIAGONALES APERNADAS.

1.1. CARGAS DE DISEÑO

T = 0.75 0.6 Fy Ag

( o carga especificada en el plano)

1.2. CÁLCULO NÚMERO DE PERNOS.

Espaciamiento entre pernos:

s(min) = 3 dp

lva(min) = 1.5 dp

Número de pernos:

N1 = T / Va (cizalle simple)N1 = T / (2 Va) (cizalle doble)

1.3. VERIFICACIÓN GUSSET.

Aplastamiento del gusset

fp = T / (eg N dp)Fp = 1.2 Fu

fp < Fp

Tracción y desgarramiento del gusset

Ta = T

T desg = 2 0.3 Fu eg [(N-1) S+Lva-(N-0.5) dh]+0.5 Fu eg (St-dh)



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(Para dos líneas de pernos)

Ta < T desg

1.4. VERIFICACIÓN PERFIL DIAGONAL.

Aplastamiento del perfil

fp = T / (e N dp)Fp = 1.2 * Fu

fp < Fp

Tracción y desgarramiento del perfil (para perfil XL, L, DL)

Ta = (T/2)T desg = 0.3. Fu. e. [(N-1). s+Lva-(N-0.5). dh]+0.5. Fu. e. [(b-g)-0.5. dh]

Ta < T desg

Nomenclatura

Ag : Area bruta del perfil diagonaleg : Espesor del gussete : Espesor del perfil.Va : Corte admisible del perno.fp : Tensión de aplastamiento de trabajoFp : Tensión admisible de aplastamientoTa : tracción de trabajo en gusset o en 1 perfil ángulo.T desg : capacidad del gusset o del perfil por desgarramiento.N : número de pernos por línea.Lva : distancia del centro del perno al borde.dh : diámetro agujero.dp : diámetro del perno



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g : gramil perfil Lb : ala del ángulo.St : distancia entre líneas de pernos.

St = 2. gramil, para XL, TLSt = gramil, para perfiles I conectados por las alas.

Observaciónes:

Para las diagonales o puntales TL, conectados a cizalle doble no se verifica

desgarramiento en el gusset.

Para las diagonales o puntales C y I conectados por alma, la zona de desgarramiento

del perfil es la misma que para el gusset.

2. UNIÓN VIGA - VIGA CON DOBLE CLIP APERNADO APERNADO.



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2.1 DATOS.

DimensionesViga Ha Viga Hb

Altura total de la viga: Ha Hb

Anchos de alas de la viga Aa,Ba Ab,Bb

Espesores de alas de la viga e1a,e2a e1b,e2b

Espesor del alma de la viga ta tb

Solicitación

Menor corte de diseño de las vigas a conectar. Será la fuerza de corte especificada en

los planos, o estimada en base a un porcentaje de cálculo (%) pre-establecido.

Viga Ha armada : Va = ( % ) . ta . ( Ha – e1a – e2a ) . 0.4 . Fya Viga Hb armada : Vb = ( % ) . tb . ( Hb – e1b – e2b ) . 0.4 . Fya

% = Porcentaje de cálculo

Propiedades del acero

Elemento Tensión de fluencia (kg/cm2) Tensión de rotura (kg/cm2)



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Viga Ha Fya FuaViga Hb Fyb FubAngulos Fy Fu

2.2 CÁLCULO DEL NÚMERO DE PERNOS

Datos

Tipo de unión : Aplastamiento

Tipo de perno : A325 ( Hilo incluido en plano de corte )

Diámetro del perno : dp

Diámetro del agujero : dh

Corte adm. al corte : Va

Espacio mínimo entre pernos: smin = 3 . dp

Espacio a usar : s

Número de pernos ( N )

Criterio por resistencia de pernos:

N1(min) = V / ( 2. Va ) , Cizalle simple, dos filas de pernos.

Criterio por aplastamiento alma de viga Hb:

Si s > 3 . dp : Fp = 1.2 . Fub

N2(min) = V / ( 2 . Fp . tb . dp )

Criterio por aplastamiento alma de viga Ha:

Si s > 3 . dp : Fp = 1.2 . Fua

N3(min) = V / ( Fp . ta . dp )Número mínimo de pernos:

N(min) = Mayor [ N1(min) , N2(min) , N3(min) ]



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Número de pernos a usar: N

2.3 DISEÑO DE LOS ÁNGULOS DE UNIÓN. CÁLCULO ESPESOR DE ÁNGULO (TP) .

Ancho de ala : ba, bb

gramil : g

Distancia al borde libre mímima : Lva min = 1.5 . dp

Distancia al borde a usar : Lva

Largo del ángulo: La = ( N - 1 ) . s + 2 . Lva

Criterio fluencia en sección bruta:

t1(min) = 0.5 . V / (0.4 Fy . La )

Criterio corte en sección neta:

t2(min) = 0.5 . V / [0.3 . Fu . (La - N . dh )]

Criterio por falla de bloque de cizalle en la Viga Ha t3(min) = 0.5V / {0.3 [Lva + ( N-1 ) ( s - dh ) -0.5 . dh] + 0.5 [ (ba-g) – dh/2 ]}Fu

Criterio por falla de bloque de cizalle en la Viga Hb t4(min) = 0.5V / {0.3 [Lva + ( N-1 ) ( s - dh ) -0.5 . dh] + 0.5 [ (bb-g) – dh/2 ]}Fu

Criterio por aplastamiento

Si Lva > 1.5 . dp y s > 3 . dp : Fp = 1.2 . Fu

t5(min) = 0.5 . V / ( Fp . dp . N )

Espesor mínimo de pernos:

tp(min) = Mayor [ t1(min) , t2(min) , t3(min) ,t4(min) , t5(min) ]



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Espesor a usar: tp

Requerimientos AISC:

Para el espesor : 6(mm) < tp < 16(mm)

Para distancia al borde : Lva = Menor [ 12 tp , 152 (mm) ]

2.4 Verificación alma de viga Ha

Verificación del corte en bloque - alma de Viga Ha

Resistencia al corte en bloque de la viga, Rvb.

Rvb ={ 0.3 [(N-1) s+Lva2-(N-0.5)dh] + 0.5 [Lva3-0.5dh] } Fu ta

Lva2: Distancia vertical del último perno al destaje horizontal de la viga Ha.

Lva3: Distancia horizontal de la línea de pernos al borde del al alma de la viga Ha.

Rvb > V Alma de viga Ha no tiene falla por bloque de cizalle.

¿Verificación al corte en el alma de Viga Ha ( Vn )?

Fractura en el área neta :



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Vn = 0.3 Fua ta ( ho - N dh ) > V Se verifica corte en el alma de la viga Ha



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3. UNIÓN VIGA - COLUMNA CON DOBLE CLIP APERNADO APERNADO.

Se considera un procedimiento similar al descrito anteriormente ( conexión viga-viga),

excepto en lo que sigue:

Se verifica el aplastamiento en el ala o alma de la columna receptora.

No se verifica falla por bloque de cizalle, pues no hay destaje del ala de la viga.



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4. UNIÓN VIGA - VIGA CON DOBLE CLIP APERNADO SOLDADO.

4.1 DATOS.

DimensionesViga Ha Viga Hb:

Altura total de la viga: Ha Hb

Anchos de alas de la viga Aa,Ba Ab,Bb

Espesores de alas de la viga e1a,e2a e1b,e2b

Espesor del alma de la viga ta tb

Solicitación

Menor corte de diseño de las vigas a conectar. Será la fuerza de corte especificada en los planos, o estimada en base a un porcentaje de cálculo (%) pre-establecido.

Viga Ha armada : Va = ( % ) ta ( Ha – e1a – e2a ) 0.4 Fya Viga Hb armada : Vb = ( % ) tb ( Hb – e1b – e2b ) 0.4 Fya% = Porcentaje de cálculo

Propiedades del acero



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Elemento Tensión de fluencia (kg/cm2) Tensión de rotura (kg/cm2)

Viga Ha Fya FuaViga Hb Fyb FubAngulos Fy Fu

4.2 CÁLCULO DEL NÚMERO DE PERNOS

Datos






Espacio mínimo entre pernos: smin = 3 dp

Espacio a usar : s

Número de pernos ( N )

Criterio por resistencia de pernos:

N1(min) = V / ( 2 Va ) , Cizalle simple, dos filas de pernos.

Criterio por aplastamiento alma de viga Hb:

Si s > 3 dp : Fp = 1.2 Fub

N2(min) = V / ( 2 Fp tb dp )

Número mínimo de pernos:

N(min) = Mayor [ N1(min) , N2(min) ]

Número de pernos a usar: N



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4.3 DISEÑO DE LOS ÁNGULOS DE UNIÓN. CÁLCULO ESPESOR DE ÁNGULO (TP) .

Ancho de ala : ba, bb

gramil : g

Distancia al borde libre mímima : Lva min = 1.5 dp

Distancia al borde a usar : Lva

Largo del ángulo: La = ( N - 1 ) s + 2 Lva

Criterio fluencia en sección bruta:

t1(min) = 0.5 V / (0.4 Fy La )

Criterio corte en sección neta:

t2(min) = 0.5 . V / [0.3 . Fu . (La - N . dh )]Criterio por falla de bloque de cizalle en la Viga Hb t3(min) = 0.5V / {0.3 [Lva + ( N-1 ) ( s - dh ) -0.5 dh] + 0.5 [ (bb-g) – dh/2 ]}Fu

Criterio por aplastamiento

Si Lva > 1.5 dp y s > 3 dp :

Fp = 1.2 Fu

t4(min) = 0.5 V / ( Fp dp N )

Espesor mínimo de pernos:

tp(min) = Mayor [ t1(min) , t2(min) , t3(min) ,t4(min) ]Espesor a usar: tp

Requerimientos AISC:

Para el espesor : 6(mm) < tp < 16(mm)Para distancia al borde : Lva = Menor [ 12 tp , 152 (mm) ]



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4.4 CÁLCULO DE FILETE DE SOLDADURA.

Datos:

V = Vdiseño / 2

h = La

b = Ls

Soldadura : Electrodo E70-XX

Filete: a (mm)

Acero: A36

Fy = 2530 kg/cm2.

Fu = 4925 kg/cm2.

Se calcula el esfuerzo en el punto más lejano del centroide del grupo de soldadura (Punto A).



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La capacidad de la conexión se debe reducir si el espesor del alma de la viga es menor que

dos veces el filete de soldadura apilcado. Para esto se aplica un factor de reducción (r) a la

tensión admisible de la soldadura o del metal base.

1, si ta 2ar = ta / 2a , si ta 2a

filete mínimo : a min = max { Fr / (r 0.4Fy) ; Fr / (r 0.3Fu) }

filete mínimo filete a usar Se verifica filete de soldadura.

5. UNIÓN VIGA - COLUMNA CON DOBLE CLIP APERNADO SOLDADO.



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Se considera un procedimiento similar al descrito anteriormente ( conexión viga-viga),

excepto en lo que sigue:

Se verifica el aplastamiento en el ala o alma de la columna receptora.

6. EMPALMES DE COLUMNAS. CIZALLE DOBLE EN ALAS Y ALMA.



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6.1 DATOS.

Dimensiones de la columna:

Altura total : H

Ancho de alas : B

Espesor de alas : e

Espesor de alma : t

Propiedades del acero :

Tensión de fluencia (kg/cm2) : Fy

Tensión de rotura (kg/cm2): FuDatos de conexión :




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Distancia mínima al borde : Lvamin = 1.5 dp

Diámetro de agujero: dh = dp + 1/16”

Cargas de diseño :

Carga de tracción sobre las alas: Tala = 0.6 Fy B e

Carga de corte sobre el alma: V = 0.4 Fy ( H-2e ) t

Carga de tracción sobre el alma: T alma = 0.6 Fy ( H - 2e ) t

6.2 CONEXIÓN DE PLANCHAS CONECTADAS AL ALA

Diseño de pernos

Diámetro de pernos en alas: dpala

Corte admisible perno: Va

Espacio a usar : S1

Número de pernos requerido por resistencia de pernos y aplastamiento del ala:

N° pernos ala min = max { Tala / ( 2Va ) ; Tala / (dpala e1.2Fu) }

N° pernos a usar : Nala

Espesor planchas superiores

bps B

Area neta / espesor = An =min {(bps - 2dh) ; 0.85bps }

ep1 = 0.5 Tala / ( 0.5 Fu An ) : criterio de fractura en el área neta.

ep2 = 0.5 Tala / ( 0.6 Fy bps ) : criterio de fluencia en el área bruta.

ep3 = 0.5 Tala / ( N pernos ala dpala 1.2 Fu ) : aplastamiento



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epsmin = Max [ eps1 , eps2, eps3]

espesor a usar : ep

Espesor planchas inferiores

Area neta / espesor = An =min {(bpi - dh) ; 0.85bpi }

ei1 = 0.25 Tala / ( 0.5 Fu An ) : criterio de fractura en el área neta.

ei2 = 0.25 Tala / ( 0.6 Fy bp ) : criterio de fluencia en el área bruta.

ei3 = 0.25 Tala / ( 0.5 N pernos ala dp 1.2 Fu ) : aplastamiento

ep min = Max [ ei1 , ei2, ei3]

espesor a usar : ei

Verificación de desgarramiento en ala

Rd1 = {20.3[Lv+(Nala/2-1)S1 – (Nala/2-0.5)dh] + 20.5(Lv2-dh/2) } e Fu

Tala < Rd1 el número de pernos y distancia es satisfactorio.

Verificación de desgarramiento en plancha exterior



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Rd2 = { 20.3[Lv+(Nala/2-1)S1 – (Nala/2-0.5)dh] + 0.5(S4-dh) } e Fu

(para dos filas de pernos en el ala)

Tala < Rd2 el número de pernos, distancia y espesor de plancha es satisfactorio.

6.3 CONEXIÓN DE PLANCHAS CONECTADAS AL ALMA

Diseño de pernos

Diámetro de pernos en alas: dpalma


Espacio a usar : S2, S3 (ver figura)

Número de pernos requerido por resistencia de pernos y aplastamiento del alma:

N° pernos alma min = max { T alma / ( 2Va ) ; T alma / (dpt1.2Fu) }

N° pernos a usar : Nalma

N° de filas de pernos (en sentido perpendicular a las alas) : Nfilas

Verificación aplastamiento planchas del alma

Si fp = T alma / (2et Nalma dpalma) < 1.2 Fu planchas resisten el aplastamiento.

Verificación de desgarramiento en alma



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Rd3 = { 20.3[ Lv+( Nfilas -1)S3 – (Nfilas -0.5)dh ] +

0.5[ (Nalma / Nfilas - 1) S2 -(Nalma / Nfilas - 1) dh) } t Fu

Talma < Rd3 el número de pernos y distancia es satisfactorio.

Verificación de desgarramiento en planchas conectadas al alma

Rd4 = { 20.3[ Lv+( Nfilas -1)S3 – (Nfilas -0.5)dh ] +

0.5[ (Nalma / Nfilas - 1) S2 -(Nalma / Nfilas - 1) dh) } et Fu

Talma /2 < Rd4 el número de pernos, distancia y espesor de planchas es satisfactorio.

Verificación excentricidad grupo de pernos

C : coeficiente adimensional que reduce la resistencia de un grupo de pernos bajo cargas

excéntricas. Se obtiene de tablas XI a XVIII de Manual AISC, ASD.

C(req) = max { V / (2Va) ; V / (dpt1.2Fu) ; V / (2dpep1.2Fu)

Si C > C(req) Cantidad de pernos es satisfactoria.

6.4 RESUMEN DE RESULTADOS



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7. EMPALMES DE VIGAS. CIZALLE DOBLE EN ALAS Y ALMA.



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7.1 DATOS.

Dimensiones de la viga:

Altura total : H

Ancho de alas : B

Espesor de alas : e

Espesor de alma : t



Tensión de rotura (kg/cm2): FuDatos de conexión :



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Cargas de diseño :

Wx : módulo de flexión de la viga en el eje fuerte.

Carga de tracción sobre las alas: Tala = 0.6 Fy Wx / (H-e)

Carga de corte sobre el alma: V = 0.4 Fy ( H-2e ) t

Carga de tracción sobre el alma: no se considera tracción.

7.2 CONEXIÓN DE PLANCHAS CONECTADAS AL ALA

Diseño de pernos

Diámetro de pernos en alas: dpala


Espacio a usar : S1

Número de pernos requerido por resistencia de pernos y aplastamiento del ala:

N° pernos ala min = max { Tala / ( 2Va ) ; Tala / (dpala e1.2Fu) }

N° pernos a usar : Nala

Espesor planchas superiores

bps B

Area neta / espesor = An =min {(bps - 2dh) ; 0.85bps }

ep1 = 0.5 Tala / ( 0.5 Fu An ) : criterio de fractura en el área neta.

ep2 = 0.5 Tala / ( 0.6 Fy bps ) : criterio de fluencia en el área bruta.



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ep3 = 0.5 Tala / ( N pernos ala dpala 1.2 Fu ) : aplastamiento

epsmin = Max [ eps1 , eps2, eps3]

espesor a usar : ep

Espesor planchas inferiores

Area neta / espesor = An =min {(bpi - dh) ; 0.85bpi }

ei1 = 0.25 Tala / ( 0.5 Fu An ) : criterio de fractura en el área neta.

ei2 = 0.25 Tala / ( 0.6 Fy bp ) : criterio de fluencia en el área bruta.

ei3 = 0.25 Tala / ( 0.5 N pernos ala dp 1.2 Fu ) : aplastamiento

ep min = Max [ ei1 , ei2, ei3]

espesor a usar : ei

Verificación de desgarramiento en ala

Rd1 = {20.3[Lv+(Nala/2-1)S1 – (Nala/2-0.5)dh] + 20.5(Lv2-dh/2) } e Fu

Tala < Rd1 el número de pernos y distancia es satisfactorio.

Verificación de desgarramiento en plancha exterior



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Rd2 = { 20.3[Lv+(Nala/2-1)S1 – (Nala/2-0.5)dh] + 0.5(S4-dh) } e Fu

(para dos filas de pernos en el ala)

Tala < Rd2 el número de pernos, distancia y espesor de plancha es satisfactorio.

7.3 CONEXIÓN DE PLANCHAS CONECTADAS AL ALMA

Diseño de pernos

Diámetro de pernos en alas: dpalma


Espacio a usar : S2, S3 (ver figura)

Número de pernos requerido por resistencia de pernos y aplastamiento del alma:

N° pernos alma min = max { V / ( 2Va ) ; V / (dpt1.2Fu) }

N° pernos a usar : Nalma

N° de filas de pernos (en sentido perpendicular a las alas) : Nfilas

Verificación aplastamiento planchas del alma

Si fp = V / (2et Nalma dpalma) < 1.2 Fu planchas resisten el aplastamiento.

Verificación excentricidad grupo de pernos



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C(req) = max { V / (2Va) ; V / (dpt1.2Fu) ; V / (2dpep1.2Fu)


7.4 RESUMEN DE RESULTADOS



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8. DOBLE FILETE DE SOLDADURA SOMETIDO A CORTE Y CARGAS EXCÉNTRICAS.

Este grupo de soldadura se presenta en variadas conexiones, tales como conexiones de

gusset y conexiones de “single plate” (conexión de corte a cizalle simple).

La resistencia del grupo de soldadura puede determinarse de la tabla XIX del Manual AISC,

ASD, basada en el Método de Resistencia Ültima.

En el método presentado a continuación, se realiza un ánalisis elástico y se verifica la

resistencia del filete de soldadura (corte en garganta efectiva) y la resistencia del metal base.

Esta metodología entrega resultados más conservadores.

Datos:

V : carga en sentido paralelo a la soldadura (eje Y).

Mf : momento flector ( eje X )

Mt : momento torsor ( eje Z )

largo de soldadura : h



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distancia entre filetes = b


Filete: a (mm)

Acero: A36

Fy = 2530 kg/cm2.

Fu = 4925 kg/cm2.

Cálculo de esfuerzo

Cálculo de filete de soldadura

filete mínimo : a min = max { Fr / (0.4Fy) ; Fr / (0.3Fu) }

filete mínimo filete a usar Se verifica filete de soldadura.



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9. CONEXION DE VIGA CON PLANCHA, PERNOS A CIZALLE SIMPLE (SINGLE PLATE).

9.1 DATOS.

Dimensiones de la viga:

Altura total : H

Anchos de alas : A, B

Espesores de alas : e1 , e2

Espesor de alma : t

Espesor de plancha : tp

Solicitación

Fuerza de corte especificada en los planos, o estimada en base a un porcentaje de

cálculo (%) pre-establecido.

Viga H armada : V = ( % ) . ta . ( Ha – e1a – e2a ) . 0.4 . Fy



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Tensión de rotura (kg/cm2): Fu

Datos de conexión :







Fu = 4925 kg/cm2.

9.2 DISEÑO DE PERNOS

Datos




Espacio mínimo entre pernos: S min = 3 . dp

Espacio a usar : S1, S2

Cálculo de número de pernos.

Se verifica corte en los pernos y aplastamiento en alma y plancha, considerando el efecto de

la excentricidad de la carga.



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C(req) = max { V / (Va) ; V / (dpt1.2Fu) ; V / (dptp1.2Fu) }


Para distancias entre pernos diferentes a las tabuladas, se puede obtener un valor de C más

conservador, con la fórmulas dadas en Manual ICHA 1976.

Para una fila de pernos:

Para dos filas de pernos:

n: número de pernos por fila.

9.3 CÁLCULO DE FILETE DE SOLDADURA.

El filete de soldadura requerido se obtiene aplicando el método explicado en sección 8, con

los siguientes datos:

V : carga de corte de la viga

Mf : momento flector = V ex

Mt : momento torsor = 0



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largo de soldadura : h = L

distancia entre filetes : b = tp.

Finalmente se debe verificar que el filete de soldadura cumpla con el mínimo exigido por

AWS.



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9.4 VERIFICACIÓN PLANCHA CONECTORA.

Además del aplastamiento, se debe verificar la resistencia al corte de la plancha,

considerando la fluencia en el área neta y la fractura en el área bruta.

V 0.4 Fy tp L

V 0.3 Fu tp (L – n dh)



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10. CONEXIONES CON CONECTOR T PARA VIGAS CON ALTA CARGA DE TRACCION.

La plancha conectora a la viga, de espesor tp, se verifica de acuerdo a la parte 3 del

presente informe, es decir es una conexión a simple plate. La plancha cabeza debe ser

verificada para la interacción corte-tracción que se expone a continuación

VERIFICACIÓN INTERACCIÓN CORTE-TRACCIÓN.

Nomenclatura:

a: distancia entre el centerline del perno al borde de la placa, no mayor a 1.25b

b: distancia entre el centerline del perno y el borde de la placa conectada

p: Largo del ala paralela o el ancho tributario de cada perno.

t: Espesor del ángulo conector o de la plancha de cabeza.

Le: distancia entre el centerline del perno y los bordes

Ap: Área del perno

Vcp: Corte por perno

Tpp: Tracción por perno



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Tensión admisible por tracción

Vcp = V / N

Fv = Vcp / Ap

B = Ft * Ap

Tpp < B

Verificación del efecto tenaza

a' = a + d / 2

b' = b – d / 2

d' = d + 1 / 16"

r = b' / a'

d = 1 - d' / P

a' considerada:

Tpp < TA

Verificación de pernos al corte

Vcp < Fv



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Verificación al aplastamiento

Si Le > 1.5d , se debe verificar que:

Vadm = Ap * Fp

Vadm > Vcp


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