diseño de conexiones flange plate_agosto 09

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 =


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



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



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


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


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


Ala de la viga:

39.70 mm


44.40 mm


119242 Kg < OK

21508 Kg

232288 Kg

24999 Kg 21508 Kg

22353 Kg

21508 KgResistencia al aplastamiento:


ubfbb Ftd4.2Desgarramiento por los pernos externos:

2a

ecdLL

ubfbcno FtLr 2.1

ubfbcni FtLr 2.1

afc dSL

fuF nnR


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


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


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


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


uppwcni FtLr 2.1 awvc dSL

webV nnR

Por inspección, controla el plastamiento para los pernos externos, por lo tanto:


awvc dSL

ubwbbno Ftdr 4.2

ubwbcni FtLr 2.1

webV nnR


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:

diseño de conexiones flange plate_agosto 09

Documents