Conexión de corte

Tipos de conexiones de corte

Las conexiones de corte reciben el nombre del componente que soporta la carga y del lugar donde se asienta.. Cuáles están disponibles dependen del código de diseño y de en qué se estructura la viga., entonces las listas a continuación están divididas de esa manera.

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

Seis configuraciones, cada armazón disponible al ala de la columna, a la columna web, o viga a viga a través de la web:

• Ángulo único. Un soporte en forma de L entre el alma de la viga y el soporte.. La opción más ligera, y el mas flexible, por lo que se adapta a cargas ligeras. La reacción se encuentra fuera de la línea de pernos del lado de soporte., entonces esos tornillos tienen una excentricidad (ejemplo trabajado).
• Ángulo Doble. Ángulos en ambas caras del alma de la viga.. El ángulo adicional coloca los pernos del lado de la viga en doble corte y hace que la conexión sea más flexible durante el montaje., por eso es el caballo de batalla para vigas más pesadas (ejemplo trabajado).
• Placa individual. La pestaña de corte. un plato, soldado en taller al soporte y atornillado al alma de la viga. Suele ser el más barato del grupo., porque hay una línea de soldadura y un grupo de pernos (ejemplo trabajado). Cuando la placa tiene que llegar más allá de las alas de la columna hacia el alma de una columna, se convierte en una placa única extendida, que está diseñado de manera diferente (ejemplo trabajado).
• Doble placa. Placas en ambas caras de la web., Se utiliza cuando una sola placa no puede soportar la cizalla o ajustarse al grupo de pernos requerido..
• Placa final. Una placa soldada al extremo de la viga y atornillada al soporte.. Necesita que la viga se corte a la medida con precisión., ya que la placa no deja ajuste (ejemplo trabajado).
• Web soldada directamente. El alma de la viga está soldada directamente al soporte., sin placa intermedia ni ángulo. No hay tornillos para comprobar, pero necesita soldadura en campo y renuncia a la tolerancia de montaje que proporciona un detalle atornillado..

Cómo diseñar una conexión de corte a AISC 360-16

Cada conexión de corte está diseñada de la misma manera: tomar la reacción factorizada del extremo de la viga, [mathin] R_{u} [mathin] (o [mathin] R_{a} [mathin] para TEA), y verifique cada parte de la ruta de carga contra ella. La reacción abandona la red de la viga., pasa a través de los pernos del lado de la viga o se suelda en la placa o ángulos, y luego a través de los pernos del lado de soporte o soldaduras en la columna o viga. Una falla en cualquier lugar a lo largo de ese camino es una falla de la conexión..

Las siguientes ecuaciones son las formas LRFD de AISC. 360-16 y el Manual AISC 15ª edición. 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 = 1.50 [mathin] dónde [mathin] \phi = 1.00 [mathin]).

1. Límites de detalle (J3.3, J3.4)

Antes de cualquier control de fuerza, la geometría tiene que ser edificable y coincidir con los supuestos detrás de las ecuaciones de resistencia. Los pernos necesitan un espacio mínimo y una distancia al borde, una llave necesita espacio para girar, y la placa o ángulo debe tener al menos la mitad de la dimensión T de la viga de profundidad para que el extremo de la viga se mantenga estable. La separación mínima entre pernos es:

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

Las distancias mínimas al borde provienen de la Tabla J3.4., con un incremento de la Tabla J3.5 cuando el borde se mide a través de un agujero ranurado. En los ejemplos trabajados, un límite detallado es a menudo la relación más alta en toda la conexión.. eso es normal: Los diseñadores colocan los pernos en los límites para mantener la placa pequeña..

2. Cortante y excentricidad del perno. (J3.6, Parte manual 7)

La resistencia de un perno en corte es:

[math] \phi r_{v} = \phi\, F_{nv}\, A_{b}\, N_{s} = \phi\, F_{nv}\, \frac{\pi}{4} d_{b}^{2}\, N_{s}, \qquad \phi = 0.75 [math]

dónde [mathin] F_{nv} [mathin] proviene de la Tabla J3.2 (54 ksi para A325-N y 68 ksi para A490-N, grados dentro de ASTM F3125) y [mathin] N_{s} [mathin] es el número de planos de corte. Los pernos en un grupo del lado de la viga de doble ángulo están en doble corte., [mathin] N_{s} = 2 [mathin].

La reacción rara vez actúa sobre la línea del perno.. Cuando se sienta a una distancia e de distancia, los tornillos llevan un momento [mathin] R_{u}\, e [mathin] así como la cizalla, y el grupo entrega menos de n tornillos’ valor de fuerza. El centro instantáneo de rotación. (ICOR) El método encuentra que el recuento reducido, el coeficiente C, de la curva carga-deformación de cada perno (Ecualización manual. 7-1):

[math] R = R_{ult} \left( 1 – e^{-10\Delta} \right)^{0.55} [math]

[math] \phi R_{n} = C\, \phi r_{v} [math]

La cantidad de excentricidad a diseñar depende del tipo de conexión., y aquí es donde los cinco ejemplos trabajados difieren más:

Para la iteración en sí, ver Cálculo del grupo de tornillos usando ICOR, o ejecutar un grupo de tornillos en el calculadora de pernos.

3. Cojinete de perno y desmontaje (J3.10)

Cada perno empuja el borde de su agujero.. La capa se aplasta localmente alrededor del agujero (Llevando) o arranca una tira hasta el siguiente agujero o el borde (arrancar). Con deformación en carga de servicio una consideración de diseño:

[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]

[math] l_{c1} = L_{e} – \frac{d_{h}}{2} \qquad l_{c2} = s – d_{h} [math]

El perno de borde tiene una distancia libre corta [mathin] l_{c1} [mathin], por lo que el desgarro generalmente lo limita, mientras que los pernos interiores llegan al 2.4 dtF_tu tapa de cojinete. Revisa cada capa: la placa o los ángulos, y la web de la viga. Una viga delgada suele ser la capa débil, porque los ángulos o placa se dimensionan independientemente. En el ejemplo del doble ángulo los dos 1/4 en ángulos dan 0.5 de acero contra los pernos, pero el 1/4 en el alma de la viga tiene una sola capa, y el apoyo a la red es la relación de resistencia más alta, a 0.760.

Luego, cada perno entrega la menor cantidad de su fuerza cortante., Resistencia al rodamiento y al desgarro., y la fuerza del grupo es la suma (J3.6 Comentario):

[math] \phi R_{n,eff} = \frac{C}{n} \sum_{i=1}^{n} \min\left( \phi r_{v},\ \phi r_{n,plate,i},\ \phi r_{n,web,i} \right) [math]

4. corte de bloque (J4.3)

Un bloque del plato, El alma de la viga en ángulo o refrentada puede romperse alrededor del grupo de pernos.: corte a lo largo de la línea de agujeros más tensión hasta el borde libre, generalmente un bloque en forma de L.

[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]

[mathin] U_{bs} = 1 [mathin] cuando el esfuerzo de tensión es uniforme, cuál es el caso de una sola línea de tornillos. Las áreas netas restan cada hoyo en [mathin] d_{h} + 1/16\,in [mathin] por daños durante el punzonado (B4.3). En el ejemplo de la placa final de corte, El corte en bloque de la placa es la segunda relación más alta., a 0.920.

5. Cizalladura y rotura por cizallamiento. (J4.2)

La placa o los ángulos llevan toda la reacción en corte., a lo largo de la sección bruta (flexible) y a través de la sección de la red a través de los agujeros (ruptura):

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{y}\, A_{gv}, \qquad \phi = 1.00 [math]

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{u}\, A_{nv}, \qquad \phi = 0.75 [math]

En el ejemplo de placa única, ruptura por corte de la 1/2 En la placa está el control de carga más alto., a 0.629.

6. Flexión de la placa y la interacción corte-flexión.

La reacción actúa a distancia del soporte., entonces una sola placa es un voladizo corto. SkyCiv lo comprueba con el procedimiento de haz de doble cara del manual., que trata la placa como una viga revestida arriba y abajo, y comprueba la rotura por flexión en la sección de red a través de los agujeros.. Porque la misma sección lleva cortante y momento., los dos se combinan:

[math] \left( \frac{V_{u}}{\phi V_{n}} \right)^{2} + \left( \frac{V_{u}}{\phi R_{n}} \right)^{2} \le 1.0 [math]

Este cheque crece con la excentricidad.. En la pestaña de corte convencional es menor, pero en el ejemplo extendido de placa única, la interacción de ruptura gobierna la conexión en 0.938.

7. Ductilidad: el espesor máximo de la placa (Parte manual 10)

Se supone que una conexión de corte gira. Si la placa es más fuerte a la flexión que los pernos al corte, los pernos se rompen antes de que la placa ceda, lo cual es un fracaso frágil y contradice la simple suposición de conexión. El Manual limita el espesor de la placa para que la placa ceda primero:

[math] M_{max} = \frac{F_{nv}}{0.90}\, \frac{\pi}{4} d_{b}^{2}\, C’ [math]

[math] t_{max} = \frac{6\, M_{max}}{F_{y}\, d_{p}^{2}} [math]

C’ es el coeficiente del grupo de pernos solo para el momento. Esta es la única comprobación de que una placa más gruesa empeora. En el ejemplo de una sola placa, 1/2 en el plato se sienta en 0.966 de su limite.

8. Resistencia de la soldadura y límite del metal base. (J2.4, Parte manual 9)

Las soldaduras en ángulo que unen la placa o ángulos al soporte. (o la placa terminal al alma de la viga) Llevar la reacción a lo largo de su longitud.:

[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]

Para una reacción vertical en soldaduras verticales., [mathin] \theta = 0 [mathin] y el factor direccional es 1.0. El acero a cada lado de la soldadura también limita la cantidad del tamaño de la soldadura que cuenta.. Para soldaduras en ambas caras de una placa de espesor t, el tamaño utilizable en dieciseisavos es:

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

Por eso una soldadura más grande no siempre ayuda. En el ejemplo de la placa final de corte, la 0.355 en el alma de la viga limita la soldadura utilizable a aproximadamente 0.233 in, y la soldadura gobierna la conexión en 0.995. Para un solo plato, el Manual también pide filetes de [mathin] \frac{5}{8}\, t_{p} [mathin] en ambos lados, para que la soldadura pueda desarrollar la placa si cede. Pruebe los tamaños en el calculadora de soldadura.

9. Los miembros que apoyan y apoyan.

La conexión es tan buena como el acero al que se une.. Una viga remate tiene una sección reducida en el remate., que necesita su propio corte de bloque, controles de corte y flexión; el ejemplo de un solo ángulo funciona para un W12x14 rematado en el ala superior. Donde la viga se estructura en el alma de una viga o en el alma de una columna delgada., Verifique el rodamiento y el desgarro en esa red también.

Ejemplos de diseño de conexiones de cortante (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. Muestran cómo el control de gobierno pasa de un tipo de conexión al siguiente..

 

Vale la pena conocer el patrón.. un corto, La lengüeta de corte convencional rara vez está cerca de su límite.. Una vez que la reacción se aleja de los tornillos, como en el ángulo único y la placa extendida, la excentricidad impulsa el diseño. Y en una conexión soldada como la placa final., la pieza más delgada de metal base decide la soldadura.
Para la teoría detrás de los cinco, ver Diseño de conexiones de acero utilizando AISC. 360-16.

¿Qué conexión de corte debería utilizar??

¿Qué comprueba el software??

Para una conexión cortante, El diseño ejecuta tanto una pasada de detalle como una pasada de fuerza..

El detalle se ejecuta primero y capta la geometría.: distancias al borde del perno, espaciado de pernos (paso y calibre), espacios libres de herramientas, y dimensiones mínimas y máximas de la placa., además de detección de choques entre placas, pernos y soldaduras. Una conexión que falla aquí nunca llega a resolverse.. Normalmente eso es lo que quieres, porque los números no importan si el detalle no se puede construir.

Las comprobaciones de resistencia cubren cada estado límite en el procedimiento anterior.: cizalla para pernos de ICOR, cojinete de perno y desgarro, ruptura por corte del bloque, fluencia por corte y rotura, Flexión de la placa y su interacción con el corte., ductilidad, y resistencia de la soldadura con el límite del metal base, más las comprobaciones de las vigas afrontadas y del elemento de soporte.. El informe de cálculo muestra cada fórmula., verificación de diseño y referencia de código completa, con los números de cláusula de AISC 360-16 o AS 4100:2020, 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 de este, ver la documentación en tornillos y soldaduras.

¿Cuál es la diferencia entre Shear y Moment Connection??

Una conexión de corte solo transfiere corte. Una conexión de momento también transfiere la flexión.. Piensa en ello como un bisagra: una conexión cortante permite que el extremo de la viga gire, una conexión momentánea lo sostiene.

La distinción es una decisión sobre el modelo de análisis., no solo sobre el detalle. Una pestaña de corte diseñada de manera tan simple tiene que ser lo suficientemente flexible como para rotar., que es lo que impone la verificación de ductilidad, y una conexión de momento tiene que ser lo suficientemente rígida como para justificar la fijación que asumió el modelo de marco..

 

 

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la capacidad de una conexión de corte??

Calcule la fuerza de cada estado límite a lo largo de la ruta de carga. (cortante de perno con la excentricidad, rodamiento y desgarro en cada capa, corte de bloque, fluencia por corte y rotura, flexión de la placa, ductilidad y soldaduras) y toma el más bajo. Ese valor más bajo es la capacidad de conexión., y el cheque que lo da es el estado límite gobernante.

¿Es una conexión de corte lo mismo que una conexión con pasadores??

Si, para análisis. Una conexión cortante se modela como un pasador., libre para rotar y sin llevar ningún momento. En la práctica conlleva un pequeño momento., por eso AISC 360-16 B3.4 pide que una conexión simple tenga suficiente capacidad de rotación para acomodar la rotación del extremo de la viga. El límite de ductilidad en el espesor de la placa es una de las formas en que el diseño garantiza eso..

¿Cuál es la excentricidad en una pestaña de corte?, y por que es a/2?

Tabla Manual AISC 10-9 establece la excentricidad de diseño para una conexión de placa única convencional. Para muchos números de pernos y tipos de orificios, es la mitad de la distancia desde la línea de soldadura hasta la línea de pernos., a/2, porque el punto de momento cero se encuentra entre la soldadura y los pernos. Fuera de los límites convencionales, como una placa extendida en el alma de una columna, Se utiliza toda la distancia y el grupo de tornillos pierde mucha más fuerza..

¿Qué control suele controlar una conexión a cortante??

Depende del tipo. En los cinco ejemplos trabajados, la verificación de carga gobernante fue la rotura por corte de la placa. (plato único), apoyo sobre el alma de la viga (doble angulo), cortante de perno con excentricidad (ángulo único), la interacción corte-flexión (placa única extendida) y la soldadura (placa final de corte). Las almas de vigas delgadas y la excentricidad son las dos cosas a considerar primero.

¿Deben los pernos ser del tipo cojinete o de deslizamiento crítico??

La mayoría de las conexiones de corte utilizan pernos tipo cojinete ajustados y ajustados. (A325-N, A490-N), que es lo que usan los cinco ejemplos resueltos. Se necesitan pernos de deslizamiento crítico donde el deslizamiento sería un problema, como orificios de gran tamaño o ranurados paralelos a la carga, o uniones sujetas a fatiga o inversión de carga.

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

Si. Los estados límite son idénticos.. Reemplazar [mathin] \phi R_{n} [mathin] con [mathin] R_{n} / \Omega [mathin] y comparar con la reacción del TEA. 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 y el Manual AISC 15ª edición, que está escrito alrededor de esa Especificación. El manual de la 16.ª edición se combina con AISC 360-22. Los estados límite de la conexión de corte son muy similares., pero las referencias a cláusulas y tablas se mueven, así que compruébalos con la edición que utiliza tu proyecto..

Software de diseño de conexión SkyCiv

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Referencias

• AISC 360-16, Especificación para edificios de acero estructural: B3.4, B4.3, J2.4 (Eq. J2-4), J3.2 (Tabla J3.2), J3.3, J3.4 (Tabla J3.4), J3.5 (Tabla J3.5), J3.6 (Eq. J3-1) y comentario, J3.10 (Eq. J3-6a, J3-6c), J4.2 (Eq. J4-3, J4-4), J4.3 (Eq. J4-5).
• Manual de construcción en acero AISC, 15a edición: Parte 7 (Eq. 7-1, centro de rotación instantáneo); Parte 9 (límite del metal base en el tamaño de la soldadura, flexión de la viga afrontada); Parte 10 (conexiones de corte simples, Tabla 10-9, Eq. 10-3 y 10-4).
• AS 4100:2020, Estructuras de acero.