Diseño por capacidad de uniones de acero (AISC)
1 Nuevo proyecto
Inicie IDEA StatiCa (descargue la versión más reciente) y abra el archivo de proyecto fuente. El diseño de la junta está terminado y preparado para el análisis estándar de Tensión/Deformación.
2 Cálculo y verificación
Inicie el análisis de tensión/deformación con el botón Calcular en la cinta de opciones. El modelo de análisis se genera automáticamente, se realiza el cálculo y puede ver los resultados generales de la verificación en la esquina superior izquierda de la escena.
Puede ver que, según el análisis de tensión/deformación, la junta está bien diseñada y supera todas las verificaciones.
Para conservar estos resultados, copie este elemento de proyecto en la esquina superior izquierda, bajo Elementos de proyecto.
3 Verificación de capacidad
En el nuevo elemento de proyecto (CON2), cambie las siguientes entradas para habilitar las verificaciones de límites de precalificación de AISC 358:
- Tipo de análisis: Diseño por capacidad
- Unión precalificada: Activa
- Sistema: Pórtico especial de momento
- Tipo de unión: Sección de viga reducida (RBS)
El elemento disipativo debe ser seleccionado. Se debe elegir como elemento disipativo un elemento o una placa donde se espera que se forme una rótula plástica. El factor de sobreresistencia del material y el factor de endurecimiento por deformación se aplican al elemento elegido. En este ejemplo, seleccione el elemento W16x31 como elemento disipativo. Se puede añadir mediante el comando de la cinta superior y confirmar la selección con la barra espaciadora/tecla Intro/clic derecho.
En las propiedades de Elementos, los parámetros de W16x31 deben ajustarse: Establezca el Tipo de modelo en N-Vz-My, porque la unión resiste el momento flector solo en el plano vertical, y el giro alrededor del eje menor de la viga debe estar restringido.
Ahora que el elemento disipativo está seleccionado, los límites de precalificación se muestran en la parte superior izquierda de la pantalla en el área del modelo:
La primera advertencia está relacionada con AISC 341-16: Capítulo D.1.1b y Tabla D1.1. Relaciones límite de anchura a espesor. Para corregir la primera advertencia, cambie la sección del perfil del pilar a W14X68 haciendo clic derecho sobre el pilar y luego haciendo clic en el icono de más:
Seleccione la sección de ala ancha, desplácese hacia abajo hasta encontrar W (AISC 15.0), use el cuadro de búsqueda, haga clic en W14X68 y haga clic en Aceptar.
Cambie el nombre del elemento a Pilar haciendo clic en el nombre W12X65 y presionando F2 en el teclado o haciendo clic derecho y seleccionando Renombrar:
La siguiente advertencia a corregir está relacionada con la soldadura del alma de la viga al ala del pilar:
La soldadura se puede cambiar en la operación CUT1, cambie la soldadura de soldadura en doble filete a la opción de soldadura a tope:
La siguiente advertencia se refiere a un requisito de placa de cortante indicado en AISC 358 Capítulo 5.6 (2) para pórticos especiales de momento.
Haga clic en Nueva operación y seleccione Operación de placa de aleta e introduzca los detalles como se muestra:
La última advertencia trata sobre el requisito de los agujeros de acceso de soldadura en AISC 358 5.5 (2). Para cumplir con esa verificación de detalle, añada una operación de Apertura, seleccione la siguiente entrada y use la opción de Prediseño para las entallas:
Tras esa operación, la unión cumple los límites de precalificación de las normas AISC 358 y 341.
Cambie el parámetro Fuerzas en a Posición, porque así se puede definir la posición exacta de la fuerza actuante. La posición de la rótula plástica es similar a la posición de la fuerza actuante: X = 17 pulgadas.
¿Cómo conocer la posición correcta de la rótula plástica? El ingeniero debe decidir dónde se producirá. Normalmente, la rótula plástica se determina en la viga. En este ejemplo, se producirá en el centro de la operación de hueso de perro. Es conveniente leer la posición desde la aplicación (vista de estructura alámbrica).
En el siguiente paso, se deben definir los efectos de carga . Las cargas para el análisis sísmico dependen de la normativa (el factor de sobreresistencia del material, el factor de endurecimiento por deformación) y también están influenciadas por la resistencia a la fluencia, las características geométricas de la sección transversal, etc.
Las cargas para este ejemplo se calcularon mediante este procedimiento:
My = Cpr .Ry .Fy .Zpl,y(RBS) y la fuerza cortante correspondiente Vz = –2 My / Lh, donde:
- Ry – relación entre la resistencia a la fluencia probable y la mínima – AISC 341-16 – Tabla A3.1; para A992 – Ry = 1.1
- \( C_{pr}=\frac{F_y+F_u}{2\cdot F_y} \le 1.2 \) – factor de endurecimiento por deformación; para A992 – Cpr = 1.15
- Fy – resistencia a la fluencia característica; para A992 – Fy = 50.0 ksi
- Fu – resistencia última característica; para A992 – Fu = 65.0 ksi
- Zpl,y(RBS) – módulo resistente plástico; valor para la sección de viga reducida – Zpl,y,(RBS) = 44.80 in3
- Lh – distancia entre rótulas plásticas en la viga; Lh = 250 - (2 . 17) = 216 in
My = 1.15 x 1.1 x 50 x 44.80 = 2834 kip.in = 236.17 kip-ft
\[ V_{\textrm{Ed}} = \frac{2 \cdot M_{\textrm{y}}}{L_{h}} = 2 \cdot \frac{2834}{216} = 26,2 \, \textrm{kip} \]
Añada la fuerza cortante y el momento flector calculados como un nuevo efecto de carga (LE).
La fuerza cortante y el momento flector deben introducirse con los signos apropiados para que el momento flector disminuya en la viga en la dirección que se aleja del nodo.
Ahora el análisis de capacidad puede iniciarse con el comando Calcular.
Como se puede ver en los resultados y en la vista de deformación plástica, el pilar tiene una deformación plástica extrema, y el objetivo principal del diseño por capacidad junto con las uniones precalificadas del proceso de diseño de AISC 358 es diseñar un sistema de pilar fuerte-viga débil. Por lo tanto, la fluencia y la formación de rótulas plásticas están previstas para ocurrir en el elemento disipativo (viga seleccionada), y en el tipo de unión de sección de viga reducida, la intención es tener la deformación plástica máxima en la parte central de la sección reducida de la viga.
El enfoque de diseño consiste en llevar el fallo hacia la viga. Los siguientes pasos tienen como objetivo aumentar la resistencia de la zona del panel del pilar.
Podemos comenzar añadiendo cuatro rigidizadores al pilar alineados con las alas de la viga. Establezca el espesor de los rigidizadores en 5/8".
Para aumentar la capacidad de carga del pilar, añada una placa dobladora a ambos lados del alma (añada la operación de fabricación Placa de rigidización).
Los rigidizadores en el alma del pilar deben cortarse y soldarse a las placas dobladoras mediante la operación de fabricación Corte de placa.
Repita la operación de corte de placa cuatro veces para conectar los otros rigidizadores delanteros/traseros a las placas dobladoras.
*Consejo: Haga clic derecho en la primera operación de corte, cópiela según sea necesario y pase el ratón sobre las placas para ver los nombres de las placas a cortar.
Todas las modificaciones de diseño están ahora completas, ejecute Calcular en la pestaña Verificación. Puede ver que todos los componentes (como soldaduras y tornillos) superaron la verificación normativa. La deformación plástica de las placas del elemento disipativo no influye en los resultados generales.
La aparición de la rótula plástica puede explorarse en la ventana de análisis de Deformación plástica.
La rótula plástica apareció en la ubicación esperada, y esta junta superó las verificaciones requeridas por el diseño por capacidad.
Para una mejor comprensión de los resultados, consulte el Fundamento Teórico.
4 Informe
Por último, puede revisar el Informe. IDEA StatiCa ofrece un informe totalmente personalizable para imprimir o guardar en formato editable.
Al final del informe detallado, hay una lista de las verificaciones de detalle de la unión precalificada con su referencia y estado:
Ha realizado una verificación de diseño por capacidad de una unión estructural precalificada según AISC 358 y AISC 341.
Factores de resistencia
Dado que se cumplen los requisitos de diseño para la unión "precalificada" y las resistencias disponibles se calculan de acuerdo con AISC 358-16, los factores de resistencia ϕ se tomarán de la siguiente manera:
Para estados límite dúctiles ϕd = 1.00
Para estados límite no dúctiles ϕn = 0.90
Estos factores pueden editarse en la "Configuración de normativa" de IDEA StatiCa Connection:
