DISEÑO DE UNA COLUMNA INTERMEDIA DOBLE C .

Contenido

Introducción        

Objetivo General        

Objetivos específicos        

Restricciones y consideraciones:        

Geometría general de la conexión.        

Restricciones dadas por la prensa disponible        

Restricciones dadas por el AISC y el RCSC        

Disponibilidad comercial        

Diseño        

Parámetros _        

Estados límites calculados        

Resultados        

Conexión 1 (Anexo 2)        

1.1        Fluencia en el Área Bruta        

1.2        Fractura en el Área Neta efectiva        

1.3        Bloques de Cortante        

1.3.1 Bloque A        

1.3.2 Bloque B        

1.4        Aplastamiento en Pernos        

1.5        Cortante en Pernos        

Conexión 2 (Anexo 3)        

2.1 Fluencia en el Área Bruta        

2.2 Fracturas        

2.2.1 Área Neta 1        

2.2.2        Área Neta 2        

2.3        Bloque de cortante        

2.4        Aplastamiento en Pernos        

2.5        Cortante en Pernos        

Tablas resumen de capacidades        

Curvas Esfuerzo-Deformación        

Resultado para la Conexión 1        

Resultado para la Conexión 2        

Modo de Falla Observado        

Modo de Falla para la Conexión 1        

Modo de Falla para la Conexión 2        

Análisis de Resultados        

Conclusiones        

Anexo 1        

Anexo 2        

Anexo 3        

Introducción

Como parte complementaria para el aprendizaje integral de la asignatura Estructuras de Acero se llevó a cabo el diseño  de un par de columnas doble C las cuales al ser sometidas a un ensayo a compresión debían fallar bajo el estado límite de cortante.

Objetivo General

• Introducirse en el ámbito de la experimentación como medio para validar ecuaciones aplicando conocimientos en ciencias básicas y de la Ingeniería

Objetivos específicos

• Diseñar una columna intermedia y su sección considerando tanto las restricciones de tipo teórico como aquellas impuestas por los elementos disponibles comercialmente.
• Calcular todos los estados límites posibles y asegurar un modo de falla particular.
• Comprobar experimentalmente las ecuaciones LRFD.

Restricciones y consideraciones:

Geometría general de la columna.

Para ambos ensayos se debieron unir 3 placas de acero de al menos 10mm de espesor traslapadas de la forma en que aparecen en los Anexos 2 y 3 utilizando pernos estructurales es decir, pernos con un diámetro no menor a ½ in y que cumplan las especificaciones de AISC 360.

Restricciones dadas por la prensa disponible

-Rango de Longitud de la Conexión: 40cm

-Ancho máximo de la conexión: 8cm[pic 2]

-Carga Máxima de la Prensa: 100000 kgf

Restricciones dadas por el AISC y el RCSC

-Espaciamiento mínimo entre pernos: “La distancia entre centros de perforaciones estándar,…, no será menor que 2-2/3 veces el diámetro nominal, d, del conector; se prefiere una distancia de 3d” (AISC J3.3)

-Distancia mínima al borde: Dadas por la Tabla J 3.4 del AISC que consta en el Anexo 1

-Espaciamiento máximo desde el centro de cualquier perno hasta el borde más cercano: “…12 veces el espesor de la parte conectada bajo consideración, pero no debe exceder de 150 mm”. (AISC J3.5).

-Longitudes de pernos: es la suma de las placas a unir (grip) más los espesores de las arandelas, más el valor dado en la tabla C-2.2 del RCSC 2004 (ver Anexo 1) y por último se redondea al siguiente valor de 1/4in para longitudes de grip menores a 5 in, e incrementos de ½ in para pernos con grip mayores a 5 in de longitud (LRFDM 13th edición). 

Disponibilidad comercial

- Espesores de interés de placas de acero A36 (escogido por su extendido uso): 10; 12; 15; 18; 20; 24; 30 (mm)

Diseño

Se programó en una Hoja Excel el cálculo de todos los Estados Límite en función de los parámetros variables y tomando en cuenta las restricciones y consideraciones antes mencionadas se fueron modificando estos parámetros hasta que las resistencias (nominales y factorizadas) para el estado límite de cortante sea menor a las resistencias para los demás estados límite con un porcentaje de excedencia suficiente para garantizar la fractura a compresión no sea superior a 1KN.

Parámetros ^[1] 

Constantes para ambas conexiones

Placas

-Tipo de acero: A36 escogido por su uso extendido y amplia gama de espesores disponibles.

-Esfuerzos límites: Fy =36 ksi; Fu= 58 ksi

-Ancho total: 8cm

Pernos

-Tipo: SAE 5

-Resistencia al corte: se toma como semejante al especificado para los pernos A 325 cuando la rosca está excluida del plano de corte, esto es 68 ksi  

Variables para cada tanteo y según la conexión

-Número de pernos

-Espaciamientos entre pernos y distancias a los bordes en direcciones longitudinal y transversal.

-Espesores de las placas.

Estados límites calculados

1. Fluencia en el Área Bruta
2. Fractura en el Área Neta efectiva
3. Bloques de Cortante (según la conexión)
4. Aplastamiento de Pernos
5. Cortante en Pernos

Resultados

A continuación se calculan las diferentes resistencias para cada una de las conexiones diseñadas. Puesto que en ambos casos las placas exteriores tienen la mitad del espesor de la placa intermedia, los estados límite (iguales para la placa intermedia y las exteriores trabajando en conjunto) se calculan directamente considerando siempre el espesor de la placa intermedia.  En las láminas de los anexos indicados se muestran detalladamente las geometrías resultantes.

Conexión 1 (Anexo 2)

1.   Fluencia en el Área Bruta

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1. Fractura en el Área Neta efectiva

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1. Bloques de Cortante

1.3.1 Bloque A

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[pic 24][pic 23]

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1.3.2 Bloque B

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1. Aplastamiento en Pernos

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1. Cortante en Pernos

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Conexión 2 (Anexo 3)

2.1 Fluencia en el Área Bruta

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