Los miembros de acero estructural están conectados entre sí por medio de elementos de relleno o conectores que pueden ser secciones angulares., placas o incluso canales de bridas paralelas (Magnitudes de presión separadas para cargas de viento). Esas son algunas de las configuraciones comunes adoptadas en los sitios de trabajo., Magnitudes de presión separadas para cargas de viento. Para conexiones soldadas, los miembros a veces están directamente conectados entre sí sin elementos de relleno o conectores intermedios. En este artículo nos centramos en los tornillos., cabeza hexagonal y avellanada, y algunas de las conexiones atornilladas comunes utilizadas.
Pernos hexagonales y avellanados
El perno de cabeza hexagonal de la izquierda es el sujetador estructural normal.. El perno avellanado de la derecha tiene una cabeza cónica que queda al ras de la superficie de la capa., lo que importa cuando una cabeza sobresaliente dañaría una superficie de apoyo o una pieza móvil. Ese cono es también lo que reduce su capacidad de carga., como se explica a continuación.
Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC)
AISC utiliza principalmente unidades inglesas (pulgada, libras) Aunque la contraparte de SI también es compatible y disponible. Una cosa a tener en cuenta es que las dimensiones en el sistema inglés suelen estar en incrementos de un octavo de pulgada. (⅛”), que pueden no coincidir exactamente con los del SI.
Comparación de diámetros de pernos
| ½” | – |
| ⅝” | M16 |
| ¾” | M20 |
| ⅞” | M22 |
| 1" | M24 |
| 1 ⅛” | M27 |
| 1 ¼” | M30 |
| 1 ⅜” | – |
| 1 ½” | M36 |
Estos son los equivalentes prácticos más cercanos., tamaños no intercambiables. Un perno de ¾” es 19.05 mm en contra 20 mm para un M20, por lo que los tamaños de los agujeros y las distancias de los bordes difieren y los dos no se pueden sustituir entre sí en un dibujo.
Pernos de alta resistencia
Las especificaciones para los materiales de los pernos están cubiertas por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales. (ASTM), y AISC los clasifica en dos grupos por fuerza:
Grupo A - ASTM F3125 Grados A325, A325M y F1852; ASTM A354 Grado BC; ASTM A449
Grupo B — ASTM F3125 Grados A490, A490M y F2280; ASTM A354 Grado BD
ASTM F3125 es una especificación consolidada que absorbió la antigua A325 independiente., A490, Documentos F1852 y F2280, es por eso que ahora aparecen como grados dentro de él en lugar de especificaciones por derecho propio. Los dibujos y cálculos más antiguos todavía los resaltan a la antigua usanza..
Además de las diferencias en resistencia y otras propiedades., Estos grupos tienen diferentes requisitos para la pretensión mínima dependiendo del diámetro del perno..
Eurocódigo 3 (Anexo nacional del Reino Unido)
El Eurocódigo está íntegramente en unidades SI., por lo que los pernos se designan en milímetros con el tamaño precedido por “M”, por ejemplo M16 que significa un 16 perno de mm de diámetro.
| M12 |
| M16 |
| M20 |
| M24 |
| M30 |
Clases de pernos y fortalezas
Los pernos del Eurocódigo se clasifican mediante una designación de dos partes que codifica ambas resistencias.. Para una clase escrita como ab, la resistencia máxima a la tracción es a × 100 MPa, y el límite elástico es b/10 de ese valor. Entonces clase 4.6 tiene una resistencia máxima a la tracción de 400 MPa y un rendimiento de 240 MPa, mientras clase 8.8 posee 800 MPa último y 640 Rendimiento de MPa.
Entender estos dos en el sentido correcto es importante, porque las fórmulas de resistencia de los pernos toman el valor último. Al calcular las resistencias reales de los pernos, La capacidad también se ve afectada por la precarga., llamado pretensión en términos AISC, lo que en ciertos casos aumenta la capacidad de carga del perno si se aplica la cantidad correcta de tensión.
| Clase | De tensión, fub (MPa) | Producir, fib (MPa) | Rango de diámetro |
| 4.6 | 400 | 240 | M5 – M36 |
| 4.8 | 400 | 320 | M1.6 – M16 |
| 5.8 | 500 | 400 | M5 – M24 |
| 8.8 | 800 | 640 | M1.6 – M36 |
| 9.8 | 900 | 720 | M1.6 – M16 |
| 10.9 | 1000 | 900 | M5 – M36 |
| 12.9 | 1200 | 1080 | M1.6 – M36 |
Notas sobre pernos hexagonales y avellanados
Las diferencias de geometría entre los pernos hexagonales y avellanados afectan la capacidad de carga, porque la cabeza cónica elimina el material de la capa en la que se asienta. El espesor efectivo en el soporte es el espesor de la capa menos la profundidad del avellanado., que es lo que muestra la siguiente figura. (Ver Manual AISC 14ª ed., Fig. 7-10.)
Figura 1. Espesor efectivo en el rodamiento de un perno avellanado
Especificaciones de conexión y orificios para pernos
Las conexiones atornilladas se pueden especificar como ajustadas, pretensado o de deslizamiento crítico. Estas condiciones juegan un papel importante en la elección del orificio para perno utilizado.. Los tipos de agujeros son estándar (normal, en términos EN), de gran tamaño, o ranurado corto o largo, y se adoptan de acuerdo con la especificación de conexión. La especificación RCSC establece los requisitos para la condición de ajuste perfecto.. Si la conexión está diseñada para algo que no sea apretado, esa condición debe estar claramente identificada en los dibujos, ya sea una pretensión AISC o un requisito de precarga EN.
La distinción no es papeleo.. Un perno ajustado resiste la carga mediante el rodamiento una vez que ha entrado en contacto., mientras que una conexión de deslizamiento crítico está diseñada para que la fuerza de sujeción detenga el movimiento de las capas.
Las conexiones de deslizamiento crítico son importantes dondequiera que se deba evitar el deslizamiento, y se aplican diferentes factores en el cálculo de la resistencia al deslizamiento dependiendo del tipo de agujero, ya que un orificio de gran tamaño o ranurado le da a la capa más espacio para moverse antes de que soporte. En la mayoría de los casos, Se adoptan orificios para pernos estándar o normales junto con un nivel específico de pretensión o precarga.. Estas variables se pueden modelar y analizar utilizando herramientas como Análisis y diseño de estructuras de acero SkyCiv, que ayuda a los ingenieros a tener en cuenta el comportamiento de la conexión en el sistema estructural más amplio.
Figura 2. Ángulo atornillado, un tipo de conexión de cortante
Conexiones atornilladas
Las conexiones atornilladas se pueden utilizar tanto en conectores de placa cortante como en placas de alma., camisetas, y ángulos de alma y asiento, y en conexiones momentáneas (rígido, completamente restringido) que comúnmente usan relleno, placas de continuidad y empalme. Usar pernos significa agregar un conector intermedio o elemento de conexión del tipo que se acaba de mencionar..
Figura 3. Conexión de placa de brida atornillada
En teoría hay muchas formas de combinar configuraciones de conexión.. En la práctica, La capacidad de construcción y el costo de fabricación significan que ciertos tipos de conexión se ven favorecidos sobre otros y, por lo tanto, se adoptan más ampliamente.. Estos son algunos de los tipos de conexión comunes que utilizan pernos., con breves descripciones.
Corte (Sencillo) EN ACERO
- Placa simple/doble (pestaña o aleta) Utiliza una placa o placas para conectar el alma de una viga al miembro de soporte., una viga o una columna. Por lo general, un lado necesita una soldadura en el borde de la placa., mientras que los pernos lo conectan en el regazo al alma de la viga.
- Único/Ángulo Doble es similar a las placas, excepto que los ángulos se pueden atornillar en ambos lados de la conexión.
- Ángulo del asiento, Como el nombre sugiere, utiliza una sección en ángulo para soportar el ala del miembro soportado (o la pared plana para una sección cerrada) para que la viga pueda asentarse sobre ella. Se pueden utilizar pernos en todo este tipo de conexión..
Momento (Contenido) EN ACERO
- Placas de brida, utilizado junto con una conexión de corte, Proporcionar continuidad a las alas que se enmarcan en las columnas de un marco resistente a momento., o más generalmente en empalmes de miembros.
- El collarín y las placas pasantes se encuentran en las columnas HSS. (RHS o CHS) formando parte de un marco resistente a momento. Una placa pasante atraviesa la columna., mientras se coloca una placa de collar alrededor, usado de manera muy parecida al cuello de una camisa. Ambos son costosos de fabricar debido al corte y ajuste involucrados..
Visita nuestro artículo sobre Tipos de conexiones de acero aprender más, comparar sujetadores en pernos vs soldaduras vs remaches, o prueba nuestro calculadora de resistencia al corte de pernos. El documentación de pernos cubre cómo los grados de los pernos, Los tipos de orificios y la pretensión se ingresan en el módulo de diseño de conexiones..
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Referencias
[1] Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC). (2016). Especificación para edificios de acero estructural. Chicago, IL 60601-6204
[2] Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC). (2011). manual de construcción de acero. 14El d. Chicago, IL 60601-6204
[3] The Steel Construction Institute y The British Constructional Steelwork Association. (2014). Uniones en construcciones de acero Uniones simples según Eurocódigo 3. Ascot SL5 7QN; Londres SW1A 2ES, Reino Unido
[4] The Steel Construction Institute y The British Constructional Steelwork Association. (2014). Uniones en la construcción de acero Uniones resistentes a momento según el Eurocódigo 3. Ascot SL5 7QN; Londres SW1A 2ES, Reino Unido
