Conexión de momento

Tipos de conexiones de momento

Las conexiones de momento conllevan mucho más momento que una conexión de corte., y cuestan más hacer: más material, más soldadura, Más ajuste y más inspección.. La mayoría de los marcos los usan solo cuando la estructura depende de la acción del marco para la estabilidad lateral., y use conexiones de corte en todos los demás lugares.

Las configuraciones disponibles dependen del código de diseño y de en qué se estructura la viga..

Viga a columna de sección I (AISC 360-16)

Cuatro configuraciones, estructura al ala de la columna o al alma de la columna:

• Placa de brida. Placas en las alas superior e inferior de la viga., soldado en taller a la columna y atornillado en obra a la viga. Mientras la viga se dobla, Una placa entra en tensión y la otra en compresión., y esa pareja lleva el momento. Una placa web separada, en efecto, una pestaña de corte, lleva la cizalla. Toda la soldadura se realiza en el taller., Por eso a los fabricantes les gusta. (ejemplo trabajado).
• Bridas soldadas. Las alas de la viga están soldadas directamente al ala de la columna sin placa intermedia., y la red está atornillada a una pestaña de corte. Esto proporciona la unión más rígida del grupo y la trayectoria de carga más limpia., pero es la soldadura en campo en un miembro que tiene que ajustarse dentro de la tolerancia., asi lleva precalentamiento, Costes de acceso e inspección que un detalle atornillado no.
• Placa final al ras. Una placa soldada al extremo de la viga y atornillada a la columna., terminar al ras con las alas de la viga para que todos los pernos queden entre ellas. Se mantiene dentro de la profundidad del haz., que se adapta a los suelos, pero los tornillos’ el brazo de palanca es limitado, por lo que conviene en momentos moderados (ejemplo trabajado).
• Placa final extendida. la misma idea, con la placa extendida más allá de la brida de tensión para que una fila de pernos pueda quedar fuera de ella. Esa fila tiene el brazo de palanca más largo alrededor del ala de compresión., y la extensión agrega líneas de rendimiento al plato, que es lo que compra la capacidad de momento extra. Es la configuración que se muestra en la parte superior de esta página. (ejemplo trabajado).

Cómo diseñar una conexión momentánea a AISC 360-16

La conexión de cada momento se diseña siguiendo la fuerza de la brida.. El momento de la viga se convierte en una fuerza de tensión en un ala y una fuerza de compresión en el otro.. Cada fuerza pasa desde el ala de la viga., a través de los pernos, placas o soldaduras, en el ala de la columna, y la columna tiene que llevarlo. La cizalla pasa por la red por separado.. Una falla en cualquier lugar a lo largo de cualquiera de las rutas es una falla de la conexión..

Las siguientes ecuaciones son las formas LRFD de AISC. 360-16, el Manual AISC 15ª edición y, para placas finales, Guía de diseño AISC 39. para TEA, reemplazar [mathin] \phi R_{n} [mathin] con [mathin] R_{n} / \Omega [mathin], utilizando la [mathin] \Omega [mathin] dado en la misma cláusula ([mathin] \Omega = 2.00 [mathin] dónde [mathin] \phi = 0.75 [mathin], y [mathin] \Omega = 1.67 [mathin] dónde [mathin] \phi = 0.90 [mathin]).

1. La fuerza de la brida

El momento se lleva en pareja.. Dividiéndolo por la distancia entre los centroides de las bridas se obtiene la fuerza en cada brida., y una carga axial suma la mitad de su valor a cada brida:

[math] P_{uf} = \frac{M_{u}}{d – t_{f}} + \frac{P_{u}}{2} [math]

En el ejemplo de la placa de brida, a 300 momento kip-pie en un W24x84 con 100 kip de carga axial da [mathin] P_{uf} = 204.31\,kip [mathin], y cada verificación en las placas de brida se realiza con ese número.

Las placas finales funcionan de la misma manera., pero guía de diseño 39 convierte la tensión axial en un momento equivalente, porque tira de los mismos pernos tensores:

[math] M_{u,eq} = M_{u} + \frac{T_{u}}{2} \left( d – t_{f} \right) [math]

Esta no es una pequeña corrección.. En el ejemplo de placa final enrasada, 150 Un salto de tensión se convierte en un 200 momento kip-pie en 328.75 kip-ft.

2. Límites de detalle (J2.2b, J3.3, J3.4, J3.5)

Antes de cualquier control de fuerza, la conexión tiene que ser edificable. Los pernos necesitan un espacio mínimo y una distancia al borde, una llave necesita espacio para girar, y las soldaduras en ángulo necesitan un tamaño mínimo para las piezas que unen (Tabla J2.4). La separación mínima entre pernos es:

[math] s_{min} = 2\tfrac{2}{3}\, d_{b} \qquad (3\, d_{b}\ \text{preferred}) [math]

Una placa final también debe ser lo suficientemente profunda más allá de cada brida para que encaje la soldadura de la brida.. En el ejemplo de la placa terminal extendida, la separación entre columnas de pernos se encuentra exactamente en el mínimo, una proporción de 1.000, que esta permitido. Los diseñadores colocan pernos en los límites para mantener la placa pequeña.

3. Placas finales: Tamaño del perno y espesor de la placa. (Guía de diseño 39)

Guía de diseño 39 utiliza un enfoque de placa gruesa. Los pernos están dimensionados para alcanzar su resistencia a la tracción sin hacer palanca., y luego la placa se vuelve lo suficientemente rígida como para que nunca se desarrolle palanca. El diámetro del perno proviene de los brazos de palanca. [mathin] h_{i} [mathin] de las filas de pernos de tensión alrededor del centro del ala de compresión:

[math] d_{b,reqd} = \sqrt{\frac{4\, M_{u,eq}}{\pi\, \phi\, F_{nt} \sum_{i} n_{i} h_{i}}}, \qquad \phi = 0.75 [math]

La resistencia a la flexión de la placa proviene de un patrón de líneas de fluencia alrededor de esos pernos., resumido en el parámetro de la línea de rendimiento [mathin] Y_{p} [mathin] de las tablas de la guía para cada patrón de pernos:

[math] t_{p,reqd} = \sqrt{\frac{1.10\, M_{u,eq}}{\gamma_{r}\, \phi\, F_{yp}\, Y_{p}}}, \qquad \phi = 0.90 [math]

El 1.10 factor mantiene la placa 10% más fuerte que la demanda, por lo que permanece rígido y se cumple la suposición de no hacer palanca. [mathin] \gamma_{r} [mathin] es 1.0 para una placa extendida y 0.8 para una placa de accionamiento, porque una placa de accionamiento es más flexible y debe hacerse más gruesa para que se considere totalmente restringida. La extensión es de donde proviene la fuerza extra.: el ejemplo extendido tiene [mathin] Y_{p} = 212.35\,in [mathin], contra 123.54 para la placa de accionamiento.

4. Placas de brida: deslizar, cizalla para cojinetes y bloques (J3.8, J3.10, J4.3)

Las placas de brida suelen tener orificios de gran tamaño para su montaje., y J3.2 permite aquellos solo en juntas de deslizamiento crítico. La resistencia al deslizamiento del grupo de tornillos es:

[math] \phi R_{n} = \phi\, \mu\, D_{u}\, h_{f}\, T_{b}\, N_{s}\, n_{b} [math]

dónde [mathin] \mu = 0.5 [mathin] para superficies clase B, [mathin] D_{u} = 1.13 [mathin], [mathin] T_{b} [mathin] es la pretensión mínima del perno de la Tabla J3.1, y [mathin] h_{f} [mathin] es el factor de relleno, 0.85 cuando puede haber dos o más rellenos. [mathin] \phi = 0.85 [mathin] para agujeros de gran tamaño. En el ejemplo de placa de brida, el deslizamiento se verifica en 0.978.

El rodamiento del perno y el desgarro siguen J3.10 tanto en la placa como en el ala de la viga.:

[math] \phi r_{n} = \phi\, \min\left( 1.2\, l_{c}\, t\, F_{u},\ 2.4\, d_{b}\, t\, F_{u} \right), \qquad \phi = 0.75 [math]

y se verifica que la placa y el ala de la viga no se rompan por corte del bloque alrededor de los pernos.:

[math] \phi R_{n} = \phi \left( 0.6\, F_{u} A_{nv} + U_{bs} F_{u} A_{nt} \right) \le \phi \left( 0.6\, F_{y} A_{gv} + U_{bs} F_{u} A_{nt} \right), \qquad \phi = 0.75 [math]

Pruebe los diseños de tornillos en el calculadora de pernos.

5. Placas de brida en tracción y compresión. (J4.1, J4.4)

Se comprueba que la placa de tensión ceda en la sección bruta y se rompa a través de los orificios.:

[math] \phi R_{n} = \min\left( 0.90\, F_{y} A_{g},\ 0.75\, F_{u} A_{e} \right) [math]

La placa de compresión es una columna corta entre la cara de la columna y la primera fila de tornillos.. Si es lo suficientemente robusto, J4.4 le permite omitir las ecuaciones de pandeo del Capítulo E:

[math] \frac{K L}{r} \le 25 \quad \Rightarrow \quad \phi R_{n} = 0.90\, F_{y}\, A_{g} [math]

para un plato, [mathin] r = t / \sqrt{12} [mathin], así una placa delgada alcanza el límite rápidamente. El 1/2 en placa en el ejemplo de placa de brida viene en 24.942, justo debajo 25.

6. La viga en los agujeros de los pernos. (D3, F13.1)

Los agujeros salen del ala traccionada de la viga exactamente en el punto de máximo momento.. F13.1 comprueba si reducen la resistencia a la flexión de la viga.:

[math] F_{u} A_{fn} \lt Y_{t} F_{y} A_{fg} \quad \Rightarrow \quad M_{n} = \frac{F_{u} A_{fn}}{A_{fg}}\, S_{x} [math]

[mathin] Y_{t} = 1.0 [mathin] Cuándo [mathin] F_{y}/F_{u} \le 0.8 [mathin]. La fuerza del ala también tiene que llegar a la viga.: la mitad de la viga, una camiseta, Se trata como un miembro de tensión conectado a través de la brida únicamente., con retraso de corte que reduce el área neta:

[math] U = 1 – \frac{\bar{y}}{l} [math]

7. Soldaduras y metal base. (J2.4, Ecualización manual. 9-2)

La fuerza de la brida atraviesa una soldadura en cada una de estas conexiones.: placa de brida a la columna, o ala de viga a placa terminal. Cargado perpendicular a su longitud., una soldadura de filete obtiene el aumento direccional J2.4 de 1.5:

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX}\, \frac{\sqrt{2}}{2}\, w\, L_{w} \left( 1 + 0.5\, \sin^{1.5}\theta \right), \qquad \phi = 0.75 [math]

El acero en cada lado limita la cantidad del tamaño de la soldadura que cuenta.. Para soldaduras en ambas caras de una parte de espesor t, el tamaño utilizable en dieciseisavos es:

[math] D_{max} = \frac{ \frac{t}{2}\, F_{u} }{3.09\,kip/in} [math]

Guía de diseño 39 agrega un piso a las soldaduras de brida de la placa final: Están diseñados para al menos 60% del límite elástico de la brida, por lo que la soldadura nunca es el eslabón débil, incluso bajo un pequeño momento.

[math] P_{fl} \ge 0.6\, F_{y}\, b_{f}\, t_{f} [math]

En el ejemplo al ras el piso (295.2 kip) es mayor que la fuerza de las cargas (191.5 kip), entonces el piso dimensiona la soldadura. En el ejemplo de la placa de brida, la 1/4 en la soldadura a la columna gobierna toda la conexión en 0.998. Pruebe los tamaños en el calculadora de soldadura.

8. Cortar a través de la web

El cortante de la viga no atraviesa las alas.. En una conexión de placa de brida, pasa a través de la placa de alma., que está diseñado como una pestaña de corte: cizalla de perno, apoyo sobre la placa y el alma de la viga, corte de bloque, y fluencia por cizallamiento y rotura de la placa.. En el ejemplo de la placa de brida, ruptura por corte de la 1 en la placa del alma gobierna ese lado en 0.943.

En una placa final, la cizalla atraviesa las soldaduras del alma fuera de la zona de tensión, y el alma de la viga a menudo limita la soldadura. En el ejemplo de la placa final empotrada, 1/2 en la web limita el tamaño de soldadura utilizable a 0.3287 in, menos que el 3/8 en especificado, y la soldadura del alma en corte gobierna la conexión en 0.988.

9. la columna: doblado de bridas, rendimiento web, zona paralizante y panel (J10)

Las fuerzas en las alas llegan a la columna como cargas concentradas., y la columna tiene que transportarlos sin fallo local. Estas comprobaciones deciden si la columna necesita refuerzos transversales o una placa dobladora de alma., y suelen ser más baratos de satisfacer con una columna más pesada que con refuerzos..

Flexión local de brida, debajo de la brida de tensión (Eq. J10-1):

[math] \phi R_{n} = \phi\, 6.25\, F_{y}\, t_{f}^{2}, \qquad \phi = 0.90 [math]

Rendimiento local web, con longitud de rodamiento [mathin] l_{b} [mathin], lejos del final de la columna (Eq. J10-2):

[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{y}\, t_{w} \left( 5k + l_{b} \right), \qquad \phi = 1.00 [math]

Guía de diseño 39 utiliza 6k en lugar de 5k para placas finales, porque la fuerza se propaga a través de la placa antes de llegar a la columna.

Web paralizante, debajo de la brida de compresión (Eq. J10-4):

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.80\, t_{w}^{2} \left[ 1 + 3 \left( \frac{l_{b}}{d} \right) \left( \frac{t_{w}}{t_{f}} \right)^{1.5} \right] \sqrt{\frac{E\, F_{y}\, t_{f}}{t_{w}}}\, Q_{f}, \qquad \phi = 0.75 [math]

Corte del alma de la zona del panel, donde el alma de la columna entre las fuerzas del ala está en corte (Eq. J10-9):

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.60\, F_{y}\, d_{c}\, t_{w}, \qquad \phi = 0.90 [math]

Para placas finales, Los pernos de tensión también doblan el ala de la columna en un patrón de línea de fluencia., Comprobado como la propia placa final.:

[math] \phi M_{cf} = \phi\, F_{y}\, t_{f}^{2}\, Y_{c} \ge 1.10\, M_{u,eq} [math]

El corte de la zona del panel gobernó la columna en los tres ejemplos trabajados., a 0.461, 0.726 y 0.492. Una zona de panel defectuosa necesita una placa duplicadora, y un ala o un control de alma defectuosos necesitan refuerzos opuestos al ala de la viga.

Ejemplos de diseño de conexión de momento (AISC 360-16 LRFD)

Cada ejemplo a continuación es una hoja de cálculo AISC completa de SkyCiv Connection Design, escrito paso a paso con cada ecuación, valor sustituido y DCR.

 

Vale la pena conocer el patrón.. En una placa final, Los pernos y la placa tienen el mismo tamaño y tienden a terminar cerca uno del otro., y el alma de la viga a menudo limita las soldaduras. En una placa de brida, todo en el lado de la brida se compara con la misma fuerza de brida, por lo que las soldaduras y los pernos de deslizamiento crítico terminan trabajando igual de duro. en los tres, la columna no necesitaba refuerzos ni placa doble, pero la zona del panel era la columna de control más cercana a su límite.

Para la teoría detrás de los ejemplos., ver Diseño de conexiones de acero utilizando AISC. 360-16.

¿Qué conexión de momento deberías utilizar??

¿Qué comprueba el software??

Los detalles se ejecutan primero: distancias al borde del perno, espaciado de pernos (paso y calibre), espacios libres de herramientas, dimensiones mínimas y máximas de la placa, tamaños mínimos de soldadura, y detección de choques entre placas, refuerzos, pernos y soldaduras. Una conexión que no se puede construir no llega a la solución.

Las comprobaciones de resistencia siguen el procedimiento anterior.. Para placas de extremo, eso significa el diámetro de perno y el espesor de placa requeridos de la Guía de diseño. 39, la porción extendida de la placa en corte, las soldaduras de brida y alma con su metal base, y cortante de perno, cojinete y desgarro. Para placas de brida significa deslizamiento., Llevando, corte de bloque, tensión y compresión de la placa, rotura de la viga en los agujeros y las soldaduras, más la placa del alma como pestaña de corte. En la columna significa flexión de brida., rendimiento local web, web paralizante, pandeo por compresión del alma y cortante en la zona del panel.

Cada fórmula, La verificación del diseño y la referencia del código se muestran en su totalidad., con números de cláusula de AISC 360-16, para que puedas seguir el cálculo en lugar de confiar en él. Los ejemplos trabajados anteriores están escritos a partir de esos informes.. Para el lado del sujetador, ver la documentación en tornillos y soldaduras.

Moment Connection vs Shear Connection: la diferencia

La diferencia es lo que sucede con el ángulo entre los dos miembros.. En una conexión momentánea ese ángulo se mantiene., entonces doblar un miembro lleva al otro. En una conexión de corte, la junta tiene libertad para girar., entonces el extremo de la viga gira y ningún momento significativo cruza la unión. Ver ¿Qué es una conexión cortante? para la otra mitad de la comparación.

 

 

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la fuerza de la brida en una conexión de momento??

Divida el momento del extremo de la viga por la distancia entre los centroides del ala., [mathin] d – t_{f} [mathin], y agregue la mitad de cualquier carga axial. A 300 momento kip-pie en un W24x84 (d = 24.1 in, t_F = 0.77 in) con 100 kip de carga axial da 204.31 salto en cada brida.

¿Cuál es la diferencia entre una conexión de momento totalmente restringida y una conexión de momento parcialmente restringida??

Un totalmente restringido (FR) La conexión mantiene el ángulo entre los miembros., para que el marco se pueda analizar con una junta fija. Un parcialmente restringido (relaciones públicas) la conexión transfiere el momento pero gira notablemente, por lo que su rigidez rotacional tiene que entrar en el análisis. AISC 360-16 B3.4 define ambos. El 0.8 factor de reducción en placas finales al ras en la Guía de diseño 39 existe para mantener esas conexiones lo suficientemente rígidas como para ser tratadas como FR.

¿Cuándo una conexión momento necesita refuerzos de columna o una placa doble??

Cuando la columna falla una de las comprobaciones J10 bajo las fuerzas del ala. Flexión local de brida, rendimiento local web, La paralización y el pandeo del alma se fijan con refuerzos transversales opuestos a las alas de la viga.. El cortante de la zona del panel se fija con una placa doble en el alma de la columna.. A menudo, una sección de columna más pesada es más barata que cualquiera de las dos., porque los refuerzos y duplicadores añaden soldadura.

¿Cuál es la diferencia entre una placa final empotrada y extendida??

Una placa final enrasada se detiene en las alas de la viga., Entonces todos los tornillos están entre ellos.. Una placa terminal extendida sobresale más allá de la brida tensora con una fila de pernos fuera de ella.. Esa fila tiene el brazo de palanca más largo., y la extensión agrega líneas de rendimiento, entonces una placa extendida conlleva un momento mucho mayor. Se utiliza una placa de accionamiento cuando la conexión debe permanecer dentro de la profundidad de la viga..

¿Por qué los pernos de las placas de brida son críticos para el deslizamiento??

Las placas de brida suelen estar detalladas con agujeros de gran tamaño., para darle al montador tolerancia en las bridas, y AISC 360-16 J3.2 permite agujeros de gran tamaño sólo en conexiones de deslizamiento crítico. Se pretensan los pernos y se preparan las superficies de unión., normalmente a la Clase B, entonces la junta soporta la fuerza de la brida por fricción.

¿Puedo diseñar una conexión momentánea con ASD en lugar de LRFD??

Si. Los estados límite son los mismos.. Reemplazar [mathin] \phi R_{n} [mathin] con [mathin] R_{n} / \Omega [mathin] y comparar con las cargas de ASD. SkyCiv Connection Design ejecuta ambos, y cambiar entre ellos es una configuración.

¿Los ejemplos siguen el Manual de la edición 15 o 16 del AISC??

Siguen al AISC 360-16 con el Manual AISC 15ª Edición, que está escrito alrededor de esa Especificación, y guía de diseño AISC 39 para las placas finales. El manual de la 16.ª edición se combina con AISC 360-22. Los estados límite son muy similares., pero las referencias a cláusulas y tablas se mueven, así que compruébalos con la edición que utiliza tu proyecto..

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Referencias

• AISC 360-16, Especificación para edificios de acero estructural: B3.4, D3 (Tabla D3.1), F13.1 (Eq. F13-1), J2.2b (Tabla J2.4), J2.4, J3.1 (Tabla J3.1), J3.2, J3.3, J3.4, J3.5, J3.6, J3.8, J3.10, J4.1, J4.3, J4.4 (Eq. J4-6), J10 (Eq. J10-1, J10-2, J10-4, J10-8, J10-9).
• Manual de construcción en acero AISC, 15a edición: Parte 9 (Eq. 9-2, límite del metal base en el tamaño de la soldadura); Parte 12 (conexiones de momento totalmente restringido).
• Guía de diseño AISC 39, Conexiones de momento de placa terminal.