Si lees nuestro artículo anterior, AISC 360: Diseño de conexión de corte, tendrá una buena idea de cómo se diseñan las conexiones simples bajo el AISC 360. Si bien las conexiones de corte son comunes, no plantean el mismo desafío de diseño que las conexiones de momento. En este artículo, utilizamos un ejemplo de conexión de momento entre dos miembros en forma de I para repasar los diversos criterios de diseño que deben cumplirse. Con este tipo de conexión, También podemos obtener rápidamente los resultados de este ejemplo mediante el uso de la SkyCiv Connection Design módulo.

Similar al ejemplo de conexión de cortante, los cálculos presentados aquí utilizarán el diseño de esfuerzo permisible (ASD) método. Si no está familiarizado con la diferencia entre ASD y LRFD en el diseño estructural, asegurate que mira nuestro video explicando esto.

En este ejemplo, vamos a evaluar la capacidad de una brida atornillada-plateada totalmente restringida (FR) Momento de conexión entre una viga W18x50 y una columna W14x99 usando las dimensiones, soldaduras, y cargas que se muestran a continuación. Esta conexión debe ser capaz de soportar no solo las reacciones verticales del extremo de la viga, sino también los momentos finales desarrollados.. Puede notar que la principal diferencia radica en la conexión de las alas de la viga a la columna de soporte. (brida).

Dado:

Cargas de nivel de servicio & Material:

Corte vertical por carga muerta (enfermedad venérea) = 7.0 kips
Corte vertical por carga viva (VL) = 21.0 kips

Momento de la carga muerta (Maryland) = 42.0 kip-ft
Momento de carga viva (ML) = 126.0 kip-ft

Material de la placa: ASTM A36, Fy = 36 KSI, Fu = 58 KSI
Material de vigas y columnas: ASTM A992, Fy = 50 KSI, Fu = 65 KSI

Geometría de vigas y columnas:

Calculadora de: W18x50; bf = 7.50 in, tf = 0.570 in, d = 18.0 in, tw = 0.355 in, Sx = 88.9 en ^ 3
Columna: W14x99; bf = 14.6 in, tf = 0.780 in, d = 14.2 in, tw = 0.485 in, kdes = 1.38 in
Placa de brida: 3/4 en grueso; 7.0 en x 12.5 en dimensiones
Placa Web: 3/8 en grueso; 5.0 en x 9.0 en dimensiones

Accesorios (Pernos y soldaduras):
Brida: (8) – 7/8-in.-Pernos de diámetro ASTM A325-N en orificios estándar
Placa Web: (3) – 7/8-in.-Pernos de diámetro ASTM A325-N en orificios estándar

70-filetes de electrodo ksi

Cálculos de carga:

LRFD Cargas (Solo referencia):

Reacción vertical definitiva (R_tu) = 1.2 (7.0 kips ) + 1.6 (21.0 kips ) = 42.0 kips
Último momento (M_tu) = 1.2 (42.0 kip-ft) + 1.6 (126.0 kip-ft) = 252.0 kip-ft

ASD Cargas:

Reacción vertical permitida (R_a) = 7.0 kips + 21 kips = 28.0 kips
Momento permitido (M_a) = 42.0 kip-ft + 126 kip-ft = 168.0 kip-ft

Solución basada en el software de diseño de conexiones SkyCiv:
ERRATA: El ancho de la placa de la brida en este ejemplo fue 7.0 in pero el ancho utilizado en los cálculos es 7.50 in, de ahí la diferencia de valores.

 

Placa de brida a brida W14x99, Fuerza de soldadura
Resistencia de las soldaduras de filete, Ω = 2.0
Tamaño de soldadura, t = 0.375 in, F_noroeste = 0.6 F_EXX
F_noroeste = 0.6 F_EXX [ 1.0 + 0.5 sin^1.5 (θ) ]
Dónde, θ = el ángulo que forma la carga con el eje de soldadura
= 90, para soldaduras cargadas transversalmente
= 0, para soldaduras cargadas longitudinalmente

Resistencia por unidad de tamaño de soldadura:
Tensión de soldadura admisible, F_aw = 0.6 (70KSI) / 2.0 = 21 KSI
longitud transversal, l_t = 7 in
longitud longitudinal, l_l = 0 in
longitud efectiva total, l = l_t (1.5) + l_l (1.0) = 10,5 pulgadas
(R_a / t) = 220.5 kips / in

Tamaño efectivo (garganta) de soldadura de filete, a:
0.707 = el coseno o seno de 45 grados
a = (0.707) t = 0.265 in

R_a = (R_a / t) t = 220.50 (0.265 in) 2 = 116.9 kips
Relación de capacidad de diseño, DCR:
carga requerida, R = 107.5 kips
capacidad total, R_a = 116.9 kips
DCR = (107.5 / 116.9) = 0.919, OK

 

Cheques locales de columna

Fuerza de brida, PAGS_de = [ 168.0 kips-ft (12 pulg / pie) ] / (18.0 in + 0.75in) = 107.5 kips

• Rendimiento local web, Ω = 1.5
  R_norte / Ω = [ F_es t_F (5k + l_b) ] / Ω = 50ksi (0.485in) [ 5(1.38in) + 0.75in ] / 1.5 = 123.7 kips
  Relación de capacidad de diseño, DCR:
  Fuerza de brida, PAGS_de = 107,5 kips
  Capacidad total, R_a= 123,7 kips
  DCR = (107.5 / 123.7) = 0.869, OK

• Doblado local de bridas, Ω = 1.67
  R_norte / Ω = [ 6.25 F_y t_F² ] / Ω = [ 6.25 (50KSI) (0.78in)² ] / 1.67 = 113.8 kips
  Relación de capacidad de diseño, DCR:
  Fuerza de brida, PAGS_de = 107.5 kips
  Capacidad total, R_a= 113.8 kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.944, OK

• Paralizante local web, Ω = 2.0
  R_norte / Ω = 0.8 t_w² [ 1 + 3 ( l_b / re ) ( t_w / t_F )^1.5 ] ( E F_y t_F / t_w)^0.5 / Ω
  = 0.8 (0.485in)² [ 1 + 3 (0.05) (0.62)^1.5 ] [ (29000KSI) (50KSI) (0.485in) / 0.78in ] ^0.5 / 2.0
  = 154.8 kips
  Relación de capacidad de diseño, DCR:
  Fuerza de brida, PAGS_de = 107.5 kips
  Capacidad total, R_a= 154.8 kips
  DCR = (107.5 / 154.8) = 0.694, OK

• Pandeo por compresión de la banda, Ω = 1.67
  R_norte / Ω = [ 24 t_w³ ( E F_y )^0.5 / h ] / Ω
  = 24 (0.485in)³ [ (29000KSI) (50KSI) ] ^0.5 ] / 14.2in (1.67)
  = 139.0 kips
  Relación de capacidad de diseño, DCR:
  Fuerza de brida, PAGS_de = 107.5 kips
  Capacidad total, R_a= 139.0 kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.773, OK

 

Brida W18x50, Elástico a la tracción de la placa de la brida
Fuerza del elemento en tensión, Ω = 1.67

R_norte / no plantean el mismo desafío de diseño que las conexiones de momento_y A_gramo / Ω = (36KSI) (7.5in) (0.75in) / 1.67 = 121.3 kips

Relación de capacidad de diseño, DCR:
Fuerza de brida, PAGS_de = 107.5 kips
Capacidad total, R_a= 121.3 kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, OK

 

Brida W18x50, Rendimiento de compresión de placa de brida
Fuerza del elemento en compresión, Ω = 1.67

R_norte / no plantean el mismo desafío de diseño que las conexiones de momento_y A_gramo / Ω = (36KSI) (7.5in) (0.75in) / 1.67 = 121.3 kips

Relación de capacidad de diseño, DCR:
Fuerza de brida, PAGS_de = 107.5 kips
Capacidad total, R_a= 121.3 kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, OK

 

Brida W18x50, Ruptura por tracción de la placa de la brida
Fuerza del elemento en ruptura, Ω = 2.0
Factor de retraso de cizallamiento, U de la tabla de especificaciones AISC D3.1: 1.0

R_norte / no plantean el mismo desafío de diseño que las conexiones de momento_tu A_mi / Ω = (58KSI) [ 7.5in – 2 (1in) ] (0.75in) (1.0) / 2.0 = 119.6 kips

Relación de capacidad de diseño, DCR:
Fuerza de brida, PAGS_de = 107.5 kips
Capacidad total, R_a= 119.6 kips
DCR = (107.5 / 119.6) = 0.899, OK

 

Tabla resumen de todas las comprobaciones de resultados
A continuación se muestra la tabla de resumen del módulo de diseño de conexión SkyCiv de todas las comprobaciones de diseño necesarias completadas para esta conexión. No todas estas comprobaciones se muestran en este artículo, pero están disponibles en PDF que puede descargar aquí.: Informe-Diseño-Conexión-EJEMPLO II.B-1-ASD

De igual forma, el ejemplo de la versión LRFD se puede encontrar en este enlace: Informe de diseño de conexión EJEMPLO II.B-1-LRFD

Referencias

• AISC 360 Especificación Edificios de acero estructural
• Ejemplos de diseño AISC v14.1 (EJEMPLO II.B-1, páginas IIB-2 a 13)
• Software de diseño de conexión SkyCiv: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/