cacUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

Facultad de Ingeniería en Mecánica

“DISEÑO DE UNA PLATAFORMA PORTA-HELICOPTEROS”

TESIS DE GRADO

Previa la obtención del Título de:

INGENIERO MECANICO

Presentada por:

JULIORICARDO MELO

GUAYAQUIL - ECUADOR

AÑOB I B L I O T E C A

1996 C E N T R A L

1VOCAL

DIRECTOR DE TESI.%

’ Ing Eduardo Orcés

V O C A L

“La responsabilidad del contenido de esta Tesis de

Grado, me corresponden exclusivamente, y el pa -

trimonio intelectual de la misma a la ESCUELA -

SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL”

RESUMEN

El helicóptero que se tomará como base para el diseíio, será el SUPER PUMA, que se

halla en operación en la FUERZA TEPPESTRE. Este helicóptero, tiene un peso máxi _

mo de 15000 lbs y posee ademas tren de aterrizaje.

A partir de los nuevos estados de carga se disefiarán: la placa-plataforma; las vigas _

longitudinales; los marcos rígidos resistentes; y, la soldadura a utilizar-ce para unir la-

estructura.

Para el diseño se usaran las normas especificadas en el Manual AL!iT, por lo cual los -

cálculos se efectuaran en el Sistema Inglés.

El disefio se lo hará a partir de la cubierta 200 (segunda cubierta) de la Unidad.

Como parte complementaria se creara un programa de computadoras para el analisis y -

el diseíío de esta estructura en particular.

INDICE GENERAL

REsmEN ................................................................................................................ Il

INDICE GENERAL.. ............................................................................................... III

IN-DICE DE FIGURAS.. ........................................................................................... I V

INDICE DE PLANOS............................................................................................... V

INTRODUCCION ..................................................................................................... 0 1

L- DIMENSIONAMIENTO DE LA ESTRUCTURA.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 2

II.- DISEÑO DE LA PLACA-PLATAFORMA... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 03

III. - CALCULO DE LA VIGA LONGITUDINAL.. .................................................. 0 7

3.1.- Anhlisis del Momento Flector y del Cortante Mhximos.. ..................... 07

3.1.1.- Análisis tomando como carga solo la Placa - Plataforma.. ....... 0 7

3.2.1.- Anhlisis tomando como carga el peso del Helicóptero.. ............ 12

3.2.- Diseño de la Viga.. ................................................................................ 1 4

3.2.1.- Diseflo por Momento.. ................................................................ .14

3.2.2.- Disefio por Cortante.. ................................................................... 17

3.2.3.- Aplastamiento del Alma.. ........................................................... 17

3.2.4.- Deflexibn Máxima _.._. _ ._._........._....._...._.._._.___..._.._...__.__...._........ 18

IV. - CALCULO DEL MARCO RIGIDO.. .................................................................. 19

4.1.- Anhlisis de Momentos y Reacciones.. ................................................... 19

4.2.- Disefío de la Columna y de laViga del Pórtico ..................................... 21

4.3.- Disefio de laRodilla. ........................................................................... 37

4.4.- Disefio de 1aPlacaBase.. .................................. 1 .................................. 4 0

V.- DISEÑO DE UNIONES SOLDADAS.. .............................................................. 4 2

5.1.- Unión de la Plataforma a la Viga Longitudinal.. .................................... 4 2

5.2.- Unión de la Viga Longitudinal a la Viga del Phtico.. ........................... 4 3

S.3.- Soldadura de la Rodilla del Marco Rigido.. ......................................... 45

5.4.- Unibn de la Columna del P&rtico a las Vigas Estructurales del Casco

del Buque.. ............................................................................................ 4 7

5.5.- Unión de la columna a la Placa Base.................................................... 4 8

VI.- PROGRAMA . . . . . . . . . . . . . . . . .._........................................................._....................... S O

PLANOS

BIBLIOTECA

C E N T R A L

ABREVIATURAS

AISCD.C.L.F D3sKsiIbMEPPuigpulg2SSRC

Ameritan Institute of Steel ConstructionDiagrama de Cuerpo LibreFactor de Distribuciónmil librasmil libras por pulgadalibrasMomento de Empotramiento Perfectopulgadaspulgadas cuadradasStructural Stability Research Counsil

BIBLMTEcA

CENTRAL

SIMBOLOGIA

A&&tA-36bfbcb

C m

d,dcEF,GFbfbFD

F’eFvfiFYF’H1KKK’kL

Area seccionalArea de compresión del alaArea seccional de un rigidizador o par de rigidizadoresAcero con punto de fluencia de 36 KsiAncho del alaAncho de un rigidizadorCoeficiente dependiente del momento gradiente

= 1.75 +1.05 (Mlf M2) + 0.3 @Il/ M2)2Coeficiente de amplificaciónProfundidad del perfilProfundidad de cohunnaProfundidad de columnaMódulo de eslasticidad del acero ( 29 000 Ksi )Esfuerzo axial permitido (Ksi)Esfuerzo axial computado (Ksi)Esfuerzo transversal permitido (Ksi)Esfuerzo transversal computado (Ksi)Factor de distribuciónEsfuerzo de EulerEsfuerzo cortante permitidoEfherzo cortante computadoEsfuerzo de fluenciaPerfil compactoFuerza cortante horizontalMomento de inercia (pul$)Coeficiente de distribuciónFactor para la longitud efectivaCoeficiente de distribución modificadoZona de influencia del alma con respecto al alaLongitud

MMlM2P

Pbf

rT

rX

ry

ttf

tw

t st

SVP

cow

P

Máxima longitud no arriostrada con un estierzo máx.0.66 FyMáxima longitud no arriostrada con un esfùerzo máx.0.6 Fy

MomentoMomento más peque80Momento más grandeFuerza axialFuerza producida en el ala, debido auna conecciónRadio de giro en la zona de compresiónRadio de giro con respecto al eje X-XRadio de giro con respecto al eje Y-Y’EspesorEspesor del alaEspesor del almaEspesor de uu rigidizadorMódulo se secciónCortante verticalMódulo de Poisson

Carga uniformeEspesor de soldadura

Densidad volum&ica

INDICE DE FIGURAS

Figura 1.1Figura 3.1Figura 3.2Figura 3.3Figura 3.4Figura 3.5

Figura 3.6Figura 3.7Figura 3.8Figura 3.9Figura 3.10Figura3.11Figura 3.12Figura 4.1Figura 4.2Figura 4.3Figura 4.4Figura 4.5Figura 4.6Figura 4.7Figura 4.8Figura 4.9Figura 4.10Figura 4. llFigura 4.12Figura 4.13Figura 4.14Figura 4.15Figura4.16Figura 4.17Figura 5.1Figura 5.2Figura 5.3Figura 5.4Figura 5.5Figura 5.6

p%?lCarga concentrada P sobre una placa rectangular ..................... 03Configuracibn isométrica de la estructura ................................. 0 7Configuración superior de la estructura ..................................... 0 7D.C.L. de la viga longitudinal ................... . ................................. 0 8D.C.L. del tramo 1 para la obtención del cortante ..................... 0 9Diagrama de las reaciones isostáticas e hiperestáticas de la vi-ga.. ........................................................................................... 10Diagrama de cortante de la viga .............................................. 1 0Reacciones en cada apoyo de la viga ....................................... l lDiagrama de momentos de la viga ........................................... l lD.C.L. de los 3 primeros apoyos ............................................. 1 2Diagrama de cortante de los 3 primeros apoyos ...................... 1 3Diagrama de momento de los 3 primeros apoyos .................... 1 3Nomenclatura de un perftl ST.. ................................................. 1 5D.C.L. del pórtico .................................................................... 191 aproximacibn del pórtico ........................................................ 2 0Elementos de la 1 aproximación ................................................ 22D.C.L. de la viga 1 aproximación ............................................... 22Nomenclatura de un perfil W .................................................... 22D.C.L. de la columna 1 aproximación.. ....................................... 24Elementos de la II aproximación ................................................ 25II aproximación del pórtico ....................................................... 25D.C.L. de la viga II aproximación.............................................. 2 7D.C.L. de la columna11 aproximación ....................................... 30Elementos de la III aproximación .............................................. 3 1III aproximación del p6rtico ...................................................... 3 1D.C.L. de IavigaIII aproximaci6n ............................................ 32D:C.L. de la columna III aproximacibn ..................................... 34Curvatura de la cubierta de vuelo.. ............................................ 3 6Rodilla del pórtico .................................................................... 37Diagrama de la placa base ......................................................... 4 0Diagrama de soldadura.. ............................................................ 4 2Diagrama de la unión ................................................................. 4 4Rodilla del p6rtico ..................................................................... 45Ubicación de las vigas estructurales del buque ......................... 4 7Diagrama de launión ................................................................ 4 8Diagrama de launión ................................................................. 4 8

IN-DICE DE PLANOS

Plano Al Configuración de la Plataforma Porta -HelicópterosPlano A2 Ubicación fisica de la estructura en el buque

BIBLIOTECA

CENTRAL

INTRODUCCION.-

Las Fragatas Misilísticas Clase “LEANDER”, son unidades de superficie multipropó -

sito, es decir, tienen capacidad para Guerra Antiaérea, Guerra de Superficie; y, Guerra-

Antisubmarina Tiene ademas la versatilidad de operar un helicóptero tipo Link, el mis-

mo que tiene un peso miurimo de 7000 lbs.

Debido a los cambios constantes en el aspecto táctico y tecnológico en el campo naval-

militar, la ARMADA NACIONAL, requiere de unidades aereas, que tengan capacidad-

de reacción en Guerra Antisubmarina; posean sistema Data-L& ; y, que puedan operar-

desde una plataforma móvil.

Por lo anteriormente expuesto, es que se ha decidido la modificacibn de la estructura de

las cubiertas de vuelo de estas clase de unidades, a fin de que pueden operar con un he-

licóptero del tipo Super Puma, el mismo que incluidos los aditamentos que la Armada -

requiere, tiene un peso máximo de 15000 lbs.

l.O.- DIMENSIONAMIENTO DE LA ESTRUCTURA.

La Cubierta de Vuelo se halla localizada entre las cuadernas 69 y 63 del Buque; a fin -

de no alterar la configuración original, se mantendrá el mismo espaciamiento entre cua-

dernas (marcos resistentes), así como tambien el mismo espaciamiento de las vigas lon

gitudinales; de acuerdo a esto, la estructura estar4 compuesta de? marcos rigidos y de7

vigas longitudinales (Planos 1 y 2).

El tren de aterrizaje se compone de una rueda delantera y de dos ruedas traseras, 11~

vando la mayor concentración de peso las ruedas traseras, por lo cual para el amIlisis -

se asumir-a que la fuerza de impacto durante el aterrizaje se distribuye únicamente entre

las dos ruedas traseras.

2.0.- DISEÑO DE LA PLACA PLATAFORMA.

Para el disefio de la Placa Plataforma, se usa&n las f6rmulas. obtenidas con la teoría de

flexibn de placas que dan los valores aproximados de los momentos flexores por uni _-

dad de ancho en losas rectangulares cargadas en el centro con una carga P distribuida -

sobre una superficie circular de diámetro & (1).

FIGURA 1.1

CARGA CONCENTRADA P SOBRE UNA PLACA RECTANGULAR

b=lado menor; a= lado mayor; b/a= a

do= diámetro del área promedio de la sección de una rueda pegada a la placa

b=51”

a= 55”

(1) Curso Superior de Resistencia de Materiales / SEELY, SMITH - Pag 235

P = 15 OOOlbs ( 1.1) = 8250 lbs (carga de impacto en cada rueda)2

CE,, szO.927 p.=o55”

Tipos de apoyo en los bordes:

a) Los cuatro bordes simplemente apoyados

b) Todos los bordes empotrados

a) Simplemente apoyados:

Momentos eu la direccih b:

En el ceutro del borde: - h& = 0

Eh el centro de laPlaca: & = 0.25b (1)

Mbc = 0.213 P = 1418 Ib pulg / pulg1+ 0.3 a3

h&,c 7 1418 + c

híbc = 2250 Ib pulg / pulg

(1) SL Q es menor que 0.25 b debe sumarse la siguicntc corrección a cada uno de los valoresiudicados de & y & :

Comcci6n: C,O.l7P i/,-Cd&) (Q=4 <0.25b=12.75)l/r+‘%(&lb)

C = 832 lbs pulg l pulg

Momentos en la direccción a:

EJI el centro del borde: - M, = 0

En el centro de la placa: M,, = 0.136 P ( 1+ 0.201~ )

WC = 1301 +c

M,, = 2133

b) Todos los bordes empotrados:

Momentos en la dirección b:

En el centro del’borde: - MI,~= 1/6 P1+ 1/3 a3

- Mbs= 1086

fin el centro de la placa: & = 0.158 P1+0.1 (l-a>2

h&= 1303 + c

Mbc = 2135

Momentos en la dirección 8:

En el centro de la placa: M,, = 0.158 P .1+oq 1-cq2 ”

M,,= 1300 ; + C

M,,= 2132

Los momentos mtimos se producen en la dirección b, en el centro de la placa Pero es

tos momentos han sido calculados tomando el caso ideal de p = 0. Para encontrar los VB

6

lores reales aproximados en el centro de la placa, se usarh las respectivas correlacio -

nes con el valor de p.= 0.303:

Tomando hnicamente los valores mhximos tenemos:

& = 2250 + ( 0 ) = 2250 lbs. pulg / pulg

Mbc= 2135 + 0.303 (-1086 ) = 1806 lbs. pulg / pulg

bordes simplemente apoyados

bordes empotrados

El valor del momento real que se producirá, está en el intervalo entre 6stos dos momen-

tos encontrados, por lo tanto una buena aproximación para encontrar el espesor de la _-

placa, es utilizar el momento medio de Cstos dos momentos:

M = 2250 + 1806 t 2028 lbs pulg / pulg2

CJ - M.-6M Fb = 0.66 Fy = 23760 Iblpulg2 ( acero A-36)I/C tz

t = J 6M / 0 = 0.751 5 11/16>)

Para el impacto se considera el factor mhs conservador: 1.1; debido a que Cste efecto -

es absorvido en su mayor parte por el agua, ya que el buque se puede considerar como

uua viga soportada por una superficie elhstica continua que es el agua

3.0 CALCULO DE LA VIGA LONGITUDINAL

3.1.- An&lisis del Momento @lector y del Cortante Máximos.

3.1.1, AmIlisis tomando como carga ~610 eI peso de la Plancha-Plataforma.

Se toma como el caso mhs critico, el efecto sobre una viga interior:

FIGURA 3.1

CONFIGURACION ISOMETRICA DE LA ESTRUCTURA

FIGURA 3.2

CONFIGURACION SUPEXIOR DE LA ESTRUCTURA

Fx3uRA 3.3

D.C.L. DE LA VIGA LONGITUDINAL

Siendo:p : densisdad vohunetricat : espesor de la placaa: ancho de la placa tenemos :

p A-36 = 487 lb/pie3 = 0.282 Ib/ pul$

co = p * t *a= (0.282) (“/16) ( 51) = 10 Ib/pulg

Momentos y cortantes mhximos.

Metodo de los 3 momentos:

En todos lOR tramOS tenemos:

fi.&= 6&=aL3= 415 937 lb/‘pul& (1)L L 4

Por lo tanto tenemos el siguiente sistema de ecuaciones:

MlL1+2Mz(Ll+Lz)+M&z+415937+415 937=0

MzLL+2M3(La+L3)+M&+415 937+415 937=o

MJLJ+~MJ(~+LI)+MJL~~+~L~ 937+415 937=o

M&+2M5 (I.++b)+M&+415 937+415 937=0

MSb+2M6 (k+L6)+M&+415 937+415 937=0

(1) Rcsistcncia de Matcrislcs / SINGER - Pag 256

Resolviendo el sistema; ademti que MI y MT non iguales acero, ne obtiene los si _-

guientes momentos en los apoyos:

M1 = - 3199 pulg,lbs

M3 = - 2327 pulglbs

Ms=- 2618 pulg.lbs

M5 = - 2327 pulg.lbs

& = - 3199 pulg.lbs

Con Cstos valores de Momento, podemos calcular el Diagrama de Cortante; y, a par--

partir de Cste los valores de las Reacciones en loa apoyos.

Usando el metodo de las Reacciones Isosthticaa y las Reacciones Hiperetiicas, obte -

tenemos los diferentes valores en cada apoyo, para graficar el diagrama de cortante.

Para el tramo eutre los apoyos 1 y 2 (tramo 1) tenemos:

F.K3uRA3.4

D.C.L. DEL TRAMO 1 PARA LA OBTENCION DEL CORTANTE

Jo=lOlbs/puigM1= 0 & & 4 & 4 4 -L Mz= 3199pulglb

T + L, = 55” -J ì),Vl v-2

'.D.C.L. Tramo 1

J co = 10 lbs/ pulg.l-LLu4~

?+t Ll = 55” 3?275 lbs 275 lbs

Viga Simple con la

Carga Distribuida

10

R’ : reacción hiperetiica

R’=l& -l&,. =3199-O =58lbsL 5 5

M1= 0 M2 = 3199 Momentos de Conti-

L Ll = 55” -+J+ -2 nuidad y Reacciones.58 lbs 58 lbs

Efectuando el mismo procedimiento en cada tramo obtenemos ios siguientes valores de

Reacciones IsostBticas e Hiperesttiicas en cada punto de apoyo.

FIGURA 3.5

DIAGIXAMA DE LAS REACCIONES ISOSTATICAS E HLPERESTATICAS DE LA VIGA

1 2 3 4 5275 2:5?275 275;-58 58 16 -16 -5 5 5 -5 -16 16 58 -58

217 291333

todos los valores en Ibs.

270 280 259 333259 280 270 291 217

FIGURA 3.6

DLWRAMA DE CORTANTE DE LA ,v3a,e

valores en Ibs

Del Diagrama de Cortante, obtenemos los valores de las reacciones:

RI = 217 Ibs

R;2 = 624 lbs

R3= 529 lbs

l$ = 560 lbs

R5 = 529 lbs

&= 624 Ibs

R7 = 217 Ibs

FIGURA 3.7

REACClONEs EN CADA APOYO DE LA VIGA

1 2 3 4 5 6 7? ? ? 1‘ ? -r ?

217 624 529 560 529 624 217valores en lbs

Del chlculo de las keas del diagrama anterior, obtenemos el Diagrama de Momentos..

FIGURA 3.8

DIAGRAMA DE MOFO DE IA VIGA

2354 2354

1318 1318IAIAIAIAI 1035 1035

2327 í?3¡?7

3199 2618 3199

ItL,-,IcLa~lcL3~lc4~lt~-+ItLg~Ivalores en pulghs

12

3.1.2 Análisis tomando como carga el peso del Helicõptero.

P= 8 250 lbs ( peso en cada rueda+ impacto )

Analizando los diagramas de cortante y de momento del manual de la AISC, -

para diferentes estados de carga, se puede estimar que el caso mas critico que

podria presentarse, es que el helicóptero se pose en.cualquiera de los dos tra-

mos extremos de la viga, esto es, entre los apoyos 1 y 2; o, entre los apoyos 6-

y 7. Como existe simetría, tomaremos los apoyos 1 y 2.

Al aplicarse la carga concentrada en uno de los extremos de la viga, el

efecto de dicha carga es mayor en los apoyos 1,2 y 3, en comparación con el-

resto de apoyos, por lo que se considerara en el arAlisis unicamente los tres--

primeros apoyos.

Para determinar los valores de Momento y Cortante, utilizamos las f6r

mulas y los diagramas del Manual ABC.

FELJRJ4 3.9

D. C. L. DE LOS 3 PRIMEROS APOYOS

P = 8250 Ibs

ItL/2-+ -1 tL/2 + I?+-Lt =w-&-Lz =55”4rRI R2 R3

Rl = 13/32 P = 3 352 lbs

& = ll/16 P = 5 672 lbs

13

R3 = - 3/32 P = - 773 lbs

FmuRA3.10

DIGRAMA DE CORTANTE DE LOS 3 PRIMEROS APOYOS

3352

Vi 7731 v3

v2

ItL/2&J+le42 =55” 4Valores cn lbs.

V1=R1=33521bs

V2 = 19/32 P = 4 898 lbs

V3=R3=-773 lbs

FIGuRA3.11

DIAGRAMA DE MOMENTOS DE LOS 3 PRIMEROS APOYOS

92,17

42.54

lcU2-&-U2-&- Lz =w+Ivalores en pulg.K

M(+)mh = 13/64 (P)(L) = 92.17 pu1g.K

ULUNlTECA

GENTilAl

M(-)& = 3/32 (P)(L) = 42.54 pulgK

1 4

Por el metodo de superposición, sumamos los valores obtenidos para los dos estados

de carga, con lo que obtenemos los valores mhximos totales de Momento y Cortante _

de la viga; asi como tambih la Reacción mhxima

Valores mhximos:R2 = 6.3 K

M(+) - 94.52 palg.K

M(-) = 45.74 pulg.K

V =5.WK

3.2.- Dlsãlo de la Viga.

El AISC recomienda que para vigas continuas de sección compacta, el disefio se -

realice sobre la base de los 9/10 de los momentos negativos mhximos ocaciona _-

dos por las cargas verticales, y los momentos positivos se aumenten en l/lO del -

promedio de los momentos negativos en los apoyos adyacentes.

M(+)di,tin, = 94.52 + O.l( 45.74 + 2.3) = 96.92 pu1g.K2

M(-)ciirefio = 0.9 ( 45.74 ) = 41.17 pu1g.K

3.2.1.- Disefio por Momento.

LaVigano tiene lateral continuo.

Siendo:L : longitud del elemento consideradoL, : máxima longitud no arriostrada con un esfhxzo de fluencia de

0.66 FyL: máxima longitud no arriostradacon un esfherzo de fluencia de

0.6 fi

15

La viga puede estar en cualquiera de las siguientes 3 condiciones:

l)L<LWC< L<L,

3)L ‘Lu

Se asume caso el primer caso, por lo tanto la viga puede ser :

a) Compactab) Parcialmente Compactac) No Compacta

Se asume compacta, por lo tqnto:

l%=O.6F’y=21.6ksi (1)

S = M. = 96.92 = 4.48 pulg3Fb 21.6

Se elige el Perfil ST 6*2!5. (AISC.Pag l-68-69)

FIGURA 3.12

NOh5NCLATUR.d DEL PERFIL ST

‘.

(1) DiscfIo De EsQucturas Mcthlicas / McCORMAC - Pag 158

16

ST 6’25:S--6.05 pulg, ~25 lb/pie , d=6 pulg , t,+.687pulg , &=0.659pulg

ty1.85pulg , ~1.03 pulg , k17/,6 pulg , bf-5.477pulg.

Verificación de supuestos:

a) Compacta: ( AtSC fór # 1.9.1.2 -Phg 5-30)

i?L z4.15 . & s8.732tf CV

15.8 JJ 1 2 7 = 21.6 JJm)‘R

. El Perfil es Compacto.. .

L= 352 ry = 1352) (1.031 = 60.43 pulg0” 6

(SSRC)

L,= 3 E. = 13) (29*103). z273.4 pulg( S S R C )B!Ld (36)(6)ry*tf (1.03)(0.659)'

Se elige el menor valor de las correlaciones anteriores:

l L=55�4,,=60.43� ☺☺. .

Como el perfil cumple con las condiciones anteriores, seguimos calculando:

M(+) mix~cropropio = 0.0772 uùL2 = 5.8 pulgK (AISC Pag 2-127)

17

Mti = 96.92 + 5.8 = 102.7 pulgK

fi, = M , = 102.7 = 16.97 Kips c 21.6 Kip8JJS 6.05

3.Z.L DIsello por Cortante.

fv Ev.= 5 . 2 3 = 1.26 Ksid* t, (6) (0.687)

FV = 0.4 Fy = 14.4 Ksi

fi=Fv J J

(AI,SCf&r.# 1.5.1.2.1-P@ 5.18)

3.23.- Aplastamiento dei Alma.

a) N para el apoyo m8s critico: ( N : longitud de apoyo )

RtCN+GC

0.75 Fj @SC fbr.# 1.10.8-P@ 5.3s)

(0.687;‘; + 17/16)< 27

N = - 1.09

Como N di6 un valor negativo, el mínimo valor que puede tomar es el valor de k

l N = 17Aa pulg, I

b) N para la carga:

R . < 0.75 F’y (ABC f6r # 1.10.9-P& 5.35)t,(N+W

N = 4 pulg ( diámetro del hrea promedio de la sección dela rueda pegada al piso)

8.25 = 1.74 < 27(0.687) (4 + 2*17h)

18

X24.- Deflexlbn Mdxhm.

&/20 (ABC Pgg 5.139)d

SS.206

9.2 <: 20

Por lo anteriormente expuesto, el perfil ST 6*2!5 , es satisfkctorio~ siendo ademhs, el _

m8s econbmico, ya que el inmediato inferior de éste, el ST 6*20.4 tiene un S= 4.28 in

que está lejos del mhimo necesario.

4.- CALCULO DEL MARCO RIGIDO .

El Marco Rigido m$s critico, es el #2, por cuanto las reaciones producidas por el peso

de la placha son mayores en los apoyos 2 y 6; pero el Pórtico #2 es más largo. A rnti -

de esto se considera las fherzas del helicóptero aplicadas totalmente sobre la viga de es

te P6rtico, con lo que tenemos el siguiente diagrama de cuepo libre:

l?muRA 4.1

D.C.L. DEX PORTICO

4.1.- AnAlisis de Momentos y Reacciones.

El Marco Rigido es sim&rico, por lo que se analizar& ~610 la mitad de Me.

M&odo de Distribución de Momentos.

2 0

1 Aproxímacibn

Factores de Distribución Modificados.

Para calcular los fadores de distribución, Be asumirá primero que las Inercias de

los elementos del Phtico (viga y columnas) son iguales auno.

FIGURA 4.2

1 APROXIMACION DEL PORTEO

+ Hd

tV d

Kba=I.=L 3 K’br= % K,b (simplemente apoyado en el extremo)L 90

K’b* = 3 1.360

l&=L=L 3 K’bc = % K& (Por Simetrla )L 464

K’bc = 1 .928

r, K= 9.41 * 10” 1 (*

’ FI&,=O.88 A. . m))b, = 0.12

a) MEP cargas : -1098 pul&K (1)

b) MEP peso de la viga : -75 pu1g.K (1) (Se asume co=50 lbs/pie)

(1) Resistencia de Materiales/ SINGEE. Tabla 7-2. Pag 246

21

Mb, - H, (90) = 0

H,= 1032 / 90 = ll.47 K

V, = Z Chmas + Peso propio de laViga= 20.84 + 1.93 = ll.38 K2 2

4.2.- Dlseíio de la Cohmma y de la Viga del Pbrtico.

Los Marcos Rlgidos estarh soportados lateralmente en la dirección Y, por las Vi-

gas longitudinales, que irh soldadas a tope, a las vigas de los Marcos. Por lo tan-

to Ky= 1

Las columuas de los Marcos estarhu soldadas a 3 Vigas Estructurales del _-

casco del Buque, que se hallhn espaciadas 23$” entre ellas, con lo que se propor-‘.

cionarh el soporte lateral en la dirección X. Por lo que KX = 1

Se asume:L < L, ; y, compacto’ 9’. Fb = 0.66 F)J = 23.75 Ksi

S = 1032 = 43.45 pu1223.75

’ w10*45 + S =49.1 (ABC). .

22

FIGURA 4.3

ELEMENTOS DE LA 1 APROXIMACION

DISE$iO DE LA W3A.

FTGURA 4.4

D.C.L. DE IA VIGA. 1 APROXKMACION

1032puIg.K

13.47K

31s38K 11,38K

FIGURA 4.5

NOMENCLATURADEUNPERFIL W

Parhmetros del perfil W10*45 de laviga:

Az13.3 pula ; ~~45 lb/pie ; Fy’= - Ksi ; n=2.18 pulg ; d/&2.03 ; 1=248 pulg4

23

S=49.1 pulg ; ~~4.32 pulg ; ~2.01 pulg ; L= 8.5 pies ; L=22.8pies

1) Efecto de Columna

fi = p. = ll.47= 0 . 8 6 2 K s iA 13.3

Kv*L = (1) (464) = 230.8 t esbeltez gobernante

w 2.01BJBLIOTECA

C E N T R A L

w Z(1) (464) = 107.4rx 4.32

La raz6n de esbeltez no puede ser mayor de 200 (AISC Pag 3-15), por lo tanto para la -

viga del pórtico, se hace necesario, aproximar a otro perfil con el siguiente porcentaje-

de $rea mayor:

200 100%

230 x 3 X = 1 1 5 %

Se recomiendaun perfil con 15% mas de kea A

DISEI#O DE LA COLUMNA.

Para el diseño de la columna del pórtico, se debe tomar en cuenta al efectuar el csllculo

de la razón de esbeltez, que, como se mencionó anteriormente, las columnas del pórtico

estar& soldadas a 3 vigas estructurales del casco del buque, con una distancia mkima

de 23’/J’ entre ellas, por lo tanto al efectuar dicho cticulo, se usara 24” como longitud

efectiva de la columna

24

Fs3uRA4.6

D.C.L. DE LA COLUMNA 1 APROXMACION

llo38K

11.'38K

Pahmetros del perfil WlO*45 de la columna:

Az13.3 pu18 ; co=45 lb/pie ; Fy’= - Ksi; ~2.18 pulg; d/e2.03 ;1=248 pulg4

sd9.1 P& ; H-32 pdg ; ~2.01 pulg ; L= 8.5 pies ; L,&2.8pies

1) Efecto de Columna

fis P -1138-0.855Ksi*- . -A 13.3

K*L=[l) (24& ll.94w 2.01

F, = 21.05 Ksi (AISC Tab 3-36.Pag 5-74)

JQ = 0.041 < 0.15F.

2) Efecto de Viga

& =hJ = 1032=21.02KsiS 49.1

2 5

L=24” < L,=86.4

l Fb = 0.66 m = 23.75 Ksi. I

-.k+-h;. sf f 1Fa Fb

0.041+ 2102 = 0.92523.73

El Perfd es satisfactorio para la Columna.

II Aproximación.

Para laviga se usarhun perfil con un $rea 15% mayor del anterior, es decir, 13.3*1.15

=15.3, por lo que se utilizar& el W10*54, que tiene un hrea de 15.8 pul&. Para la col--

na se mantendrh el perfil anterior.

FIGuRA4.7

-OS DE LA II APROXLMACION

FlGURA4.8

II APROXIMACION DEL PORTICO

1=3031=248 1=248

HW----+’T

V S

- Hd

1V d

2 6

DISTRIEWCION DE MOMENTOS.

I&=I/L= 248/90=2.755 2 K’bl= 74 & = 2.0667

bc=I/L=303/464=0.653 =3 K’bc=%d&=o.3265

x K = 2.3932

F’D),,, = 0.863 A m))l,, = 0.137

An&lisls de Momentos y Reacciones.

a) MEP de las cargas: -1098 kpulg

b) MEP del peso propio de la viga: -80.7 Kpulg (co=54 lb/pie)

0 .863 0.137 t

MEP- - - -10171017

b-1179 >

- - - - - - -162

j 4

l VO.

-1017Ha

-----%

Mb, - H, (90) = 0

H, = 1017 / 90 = 11.3 K

V, = (20.84+2.08) / 2 = 11.46 K

.

DISEÑO DE IA VIOA

2 7

FIcsuRA 4.9

D.C.L. DE LA VIGA IT APROXIMACION

1017pulg,K/---

1017 u[g.K.-Y

K11.3K -L-AI IL 13.3

11.46K

Parhmetros del perfil W10*54 de la Viga:

A=l5.8 pu18 ; l$‘=63.5 K.si ; ~2.75 pulg ; dle1.64 ; 1=303 pulg4

S=60 pul$ ; e.37 pulg ; ~2.56 pulg ; &=10.6 pies ; L=28.2 pies

1) Efecto de Columna

f, = P / A = ll.3 / 15.8 = 0.715 Ksi

Kx*L / fsr = (1) (464) / 4.37 = 106.2

&*L / w = (1) (464) / 2.56 = 181.2 c esbeltez gobernante

F, = 4.55 Ksi (AISC Tab 3-36. Pag 5-74)

f,/F,=O.157 >0.15 ‘*

2) Efecto de Viga

L = 464” > L” = 338.4”

:. (102*103 Cb yn < L. < (Slo*ld Ch)lRwn rr wn

(AISC Pag 5-22)

GJ.75 + 1.05 (Mí /Mz)+0.3 (M, /Mz)~ 52.3

28

Cb m 1.75 + 1.0s * 1 032 + 0.3 (1 032)’ < 2.3-1 032 (-1 032)a

&=l

(102*ld Ch]‘R = 53.23

w n

L.=464= 1 6 8 . 7n 2.75

[510*103 Cbp = 119

w

Cuando se cumple la relación anterior, ge debe adem8s verificar que la relacibn de es-

beltez de la sección en compresibn, no sea mayor de 200:

168.7 < 200 / 1.074 = 186.1

Si se cumplen las relaciones anteriores, el Fb e8 igual al valor mayor de las siguientes 2.

relaciones, siempre que htas no sean mayores a 21.6 Ksi. De ser mayore8, Ft, ser&igual

a 21.6 Ksi. (AISC Pag 5-22) ),

1.5.6.b Fb = 170*1d Ch = 170*1d (1) = 5.97(L / nf (168.7)’

y, 1.5.7 Fb = 12*103 cb = 12*1d (1) . = 15.76L (d / &l (464) (1.W

’ Fb= 15.76 Ksi. .

29

&=M/S=1017/60=16.95Ksi

C,,,=O.85 (Nudos no pueden desplazarce, hay cargas en el planode flexión y está simplemente apoyado)

Gn~~ = 0.85 t 16 95 = 0.914Fb 15.76

3) Factor de Amplificación.

1 = 1.058l-f, /Fe’ F,‘~106.2 =13.25 (AlSC Tab 9. Pag 5-79)

4) Chequeo.

a) $k+Cm&= 1 . 51F, Fb 1 - f,/Fe’

(AISC F6r # 1.6-la)

0.157 +0.914(1.058)=1.12/~ 1

b) f, +&slO.dI?y Fb

(ABC Fbr # 1.6-lb)

0.729 + 16.95 c 1.11 1~121.6 15.76 L

El Perfil no es satisfactorio para la Viga del Pórtico.

DISnfsO DE LA COLUMNA

Parhmetros del perfil W10*45 de la columnas

Az13.3 pul& ; co=45 lb/pie ; Fy’= - Ksi ; r~=2.18 pulg ; tie2.03 ; 1=248 pul$

ZH9.1 pulg? ; ~~4.32 pulg ; ~2.01 pulg ; L= 8.5 pies ; L=22.8pies

30

FIGURA 4.10

D.C.L. DE LA COLUMNA II APROXMACION11.46K

f13.3K

V1017pul Q,K

1) Efecto de Columna

f, = P / A = 11.46 / 15.8 = 0.725 Ksi

K* L / ry = (1) (24) / 2.01= ll.94

F, = 21.05 Ksi (AISC -Pag 5-74)

f, /F, = 0.034 < 0.15

2) Efecto de Viga

&=M/S=1017/49.1=20.71Ksi

L<L,

&=O.66e=23.75 Ksi

f,/F, + &/F+, 51

0.034+0.872=0.906< 1

El Perfil sigue siendo satisfactorio para la columna

III Aproximación.

3 1

Del chequeo anterior de la viga, 8e puede entimar que BC necesita un perfil con uu 12%

mb de &-ea, para que sea aati&ctoria para la viga Para la columna se segir& mante--

niendo el mismo perfil.

FN3uRA4.11

-OS DE LA III APROXIMACION

WlOw60

FWTJRA 4.12

Ill APROJCIMACION DEL PORTICO

1=248IHa, )TVQ

FACTORES DE DISIWBUCION

IQ,~I/L=248/90=2.755 2

&~=I/L=341/464=0.734 s

ZKr2.4334

FD)&=o.849 A FD)bc= 0.151

I 1=248i

+Hd ’

Vd‘e

33

fl.39 pu18 ~2.57 pu18 ; S66.7 pule3 ; b=10.6 pies ; Iy= 1.1 pi

1) Efecto de Columua

fa = P / A = 11.21/ 17.6 = 0.637 Ksi

Kx*L / rx = (1) ( 464) / 4.39 = 105.7

KY% hy = (1) (464) / 2.57 = 180.5 t-

F, = 4.58 Ksi (Am Pag 5-74)

fa/F,=0.637/4.58=0.139C0.15

2) Efecto de Viga

L=464” > L,=373”pies

(102*ld= 53.23WY2

L / ry = 46412.77 = 167.5

/S10*ld Cb)ln = 119.02(W

L/ ly < 1102*1d Cd’2

mP2

L/ly< 200 *l-Th

167.5 < 185.5

’ :. 1.5.6b Fb=m =6:05Wn12

1.5.7 Fb = 12+1d t& = 17.35L(d/&)

B I B L I O T E C A

CP’SAL

II, Fb = 17.35 tii

32

Antisis de Momentos y Reacciones:

a) MEP de las cargas: -1098 pulgk

b) MEP de4 peso propio de la viga: - 89.7 pu1g.k (w = 60 lb/pie)

0 . 8 4 9 0.151b

MEP - 1 1 8 8- - - - - - - - - - -1009 179

1009 - 1 0 0 9

l-lo,-‘L1=

V S

Mba - H, (90) = 0

Ha= 1009 / 90 = 11.21 K

V, = (20.84 + 2.32) / 2 = ll.58 K

FmuRA 4.13 ‘D.C.L. DE U VIOA IlI APROXlMACION

1009pulg.K 1009pulg.K ‘*

11.21Klla21K

11,58K 31,58K

Padmelroe del PeAi W10*60 de laViga:

A=17.6 pu@ ; co=60 lb/pie; Fy’ - ; ~2.77 pulg ; ti& 1.49 ; I=341pulg4

34

fb=M/S=l 009/66.7=15.12

fJF,+&/Fb 51

0.139 + 0.871 = 1.01

El Perfil es ligeramente escaso para la Viga.

DISEÑO DE LA COLUMNA.

FmuRA 4.14

D.C.L DE LA COLUMNA IU APROXIMACION

11..58K

f11.21K

vIOOYpulgoK

Parámetros del Petil W10*49 de la columna:

A=13.3 pulg2 ; m=45 lb/pie ; Fy’= - Ksi ; rT=2.18 pulg ; d/A~2.03 ; 1=248 pulg4

sq9.1 pu@ ; rfl.32 pdg ; rF2.01 pulg ; L= 8.5 pies ; L=22.8pies

1) Efecto de Columna

f, = P / A = ll.58 / 13.3 = 0.87 Ksi

K*L / ry = (1) (24) / 2.01= ll.94

F, = 21.05 Ksi (ABC Pag 5-74)

35

f,/F,=0.0413 co.15

2) Efecto de viga

fb=M/S=l 009/49.1=20.54Ksi

L=24”cL,=102”

FI, = 0.66 Fy = 23.75 Ksi

f,/F,+fb/F, 5 1

0.0413 + 0.864 = 0.906

El Perfil sigue siendo satisfactorio para la Columna

En la última aproximacibn, la viga es ligeramente escasa Debido a que se ha utilizado-

para los c8iculos del pórtico, la situación más critica; y, que ademas las vigas de los de

mL pórticos son menos largas, se puede estimar que el perfil W10*60 es suficiente pa-

ra satisfacer las condiciones normales de trabajo de la estructura

4

OTRAS CONSlDERACIONES.-

a) Relación con una EstructurB Naval.

Los anillisis y disefios anteriores, es decir los c&lculos de la viga longitudinal y del

pórtico, son los de una estructura en reposo, pero la estructura, se encuentra someti -

da al balanceo y cabeceo del buque producidos por el oleaje. El desplazamiento del

buque es aproximadamente 3700ton; el peso de la nueva estructura, incluido el heli -

cóptero es aproximadamente 57.lton, por lo que con el desmontaje de la estructura -

36

actual de la unidad, variaré el desplazamiento en aproximadamente l%, lo que desde -

el punto de vista naval, se puede ser considerado muy pequeño, para efectuar nuevos _-

cálculos de los efectos de la ola en arr&0 y quebranto con la nueva configuración de la-

Unidad.

b) Curvatura del Pórtico.-

Las formas de buque, en su mayoria tienen forma parabólica; pero en la sección de -

la cubierta de vuelo, el radio de curvatura es graude, por lo que para el chlculo, se -

puede usar la fórmula de la viga recta, que es u = M y / 1.

FIGURA 4.15

CURVATURA DE LA CUBDERTA DE VUELO

c) Parte Económica.-

Considerando el peso la placa plataforma (19560 Ibs), las vigas longitudinales (690

lbs), los pórticos (21900 lbs), tenemos un peso en bruto de acero de 42150 lbs, por-

lo que, tomando como base el precio promedio de libra de acero en el mercado in _-

temacional que es de $6.50 USD, el costo de la estructura, sin considerar la mano -

de obra estaría alrededor de $274 000 USD. En el momento de la construcción, la -

ARMADA deberá llamar auna licitación libre de ofertas, para la adquisición de los

37

perfiles, ya sea en el mercado nacional, 0 internacional.

4.3 Diseño de ia Rodilla.-

Para el disefio de la rodilla, se usarh los datos obtenidos en la IU aproximación:

M = 1009 pu1g.K

H= 11.21 K

V= 11.58 K

FIGURA 4.16

RODILLA DEL PORTICO

A

B

l-2--- WlOW60

WlOk45

w10*60 : db = 10.22” ; t,&= 0.42” ; bfo= 10.08” ; tp, = 0.68”

w10*45 : d, = 10.1” ; twc = 0.35” ; bf, = 8.02” ; +c = 0.62”

Para determinar sf la rodilla necesita o no rigidizadores, la siguiente expresión debe _-

ser menor que el espesor del alma de la viga: (AISC Secc # 2.5, Pag 5-153)

t, (requerido) = 23 M(d,,)(b,) Fy =

t ) . = 6.24”<lo.;;, i”, 36

38

t, (viga) < t, (requerido)

. se necesita rigidizadores.. .

Según el disefío pktico el arrea (A,,) requerida d los rigidizadores, se obtiene de la si-

guiente expresión:

A,t = 1. r 1.053 M - 0.55 * t,b *d, 1 ;. tg 0 = d, / db

cos 8 L db Fy . Jtg 8 = 10.1 / 10.22 = 0.988

Ast= 1. r 1.053 (10091 - 0.55 ( 0.42) (10.1) 10.711 L (10.22) (36) J

Ati = 0.78 pulg2 .G “/$’

l Se usar& 2 Placas de ‘/z * 13/16.. .

Los requerimientos de pandeo local deben ser satisfechos para la placa AISC Sección-

2.7 - Pag 5-66.

Para Fy=36: bfi-2b

< 8.5

dfc- = 6.5 < 8.52tfc

J.&A = 7.4 < 8.52tro

Longitud del rigidizador CD.

bf: = 13i16 . = ‘3/16 c 8.5

2tf )rigid. 2(1/2)

5Y

La capacidad del alma de la viga para que soporte la compresión del ala de lacohmna-

enC es :

Cuando el da de la viga llega d limite plástico, Pbf es:

Pbf= fibf * bfb * tn, = 36 (10.08) (0.68) = 246 K

Laîuerza que debe soportar el rigidizador CD es :

Fc~=246- 118=128K

La resistencia de la soldadura es (a) :

Resis. Sold. = (21) (0.707 w) (L) (4) ; o= ‘/4>’T 4 lados

L, 1 2 8 . =8.6”>9”(21) (0.707) (lh) (4)

Las dimensiones de la placa CD se las obtiene del ATSC Seccibn 1.15.5.4 - Pag 5-47.

(1) b,,+t,,,,/2rbfi/3

(2) tst 2 tfb / 2

Area del rigidizador = 144 . = 1.77 -+ se usará 2 /= 128. pulg’ placa2 Fy 2(36)

( 1 ) b, >10.08/3+0.35/2=3.54 -+ seusar84”)Area= 2”

(2) t,t 2 0.68 / 2 = 0.34” + se usarr8W

Además bst / 2 tst debe cumplir con los limites dados en el AISC Sección 2.7-P& 5-66

(a) Caso analizado en el capitulo de soldadura.

40

para el pandeo local:

b,J2 t,, 5 8.5

4 / 2(lj2 ) = 4 5 8.5

Usese 2 placas de: % + 4 l 9BIBLIOTECA

CEfiTBAL

4.4 Diseño de la Placa Base.-

La columna estará apoyada sobre la segunda cubierta inferior del buque. Esta cubierta,-

esta compuesta por una plancha de acero A-36, la misma que está soportada por las vi-

gas y puntales estructurales del buque.

Arearequerida= V . = ll.58 =0.36pulg20.9 Fy 32.4

Debido a que el &-ea requerida es muy pequetía, las dimensiones minimas de la placa -

base, serán las dimensiones del &-ea transversal de la columna: Ñ ll * 9 = 99 pulg2.

F’IGURA 4.16F’IGURA 4.16

DIAGRAMA DE LA PLACA BASEDIAGRAMA DE LA PLACA BASE

41

Para determinar el espesor t de la placa, es necesario determinar el valor mayor entre:-

m, n, n’, para reemplazar dicho valor en la correlación correspondiente.

2n+0.8b=9

n = 1.29”

2m+0.95 d= ll

m = 0.7”

n’ = 3.42” +- (AISC Pag 3-100)* tp=[ (3f,n’2)/Fb]*n (AISCPag3-100)* *

f,=F/A=11.58/99=0.117Ksi

Fb = 27 Ksi ( A-36 )

tp = 0.389 pulg = 3/8T9

5.0 DISEÑO DE LAS UNIONES SOLDADAS-

Para todas las uniones se usarh electrodos E 7018

5.1.- Unibn de la Plancha Superior a la Viga Longitudinal.

FIGURA 5.1

DIAGRAMA DE SOLDADURA DE LA UNION

Para los cáculos de soldadura tomamos el espesor 11/16>7r que es el espesor tanto -

del alma del perfil ST, como el de la placa plataforma

Minimo espesor de filete paraun espesor de “/16 (AISC Tab 1.17.2A - Pag S-52)

es : (jJ = l/,”

43

La longitud mlnima de una soldadura de filete, no debe ser menor de cuatro veces la di-

dimensión nominal del lado de la soldadura ( AISC 1.17.4 - Pag 5-53 ).

longitud = 8 o = 2”

La capacidad por pulgada de una soldadura de filete de 3/8)y, es:

(%-) ( 0.707) ( 21) (4 = 3.71 K

Capacidad total de soldadura en la uni6n:

(3.71) (2) (4) = 29.68 K

Como se calculó, en el sub-capitulo 3.2.2, la fberza cortante máxima soportada por la

viga longitudinal es 5.23 K, por lo que la soldadura dimensionada es suficiente.

Estos valores de soldadura satisfacen tambih el empotramiento de la Placa en todos -

sus bordes.

5.2.- Unión de la Viia Longitudinal a la Viga del Pórtico.

Esta unión soporta momento y cortante, por lo que se disefhrá la soladura del ala

del perfil T, para soportar el momento; y, la soldadura del alma para soportar el -

cortante

Una prhctica común en conecciones soldadas resistentes a momentos, es soldar a-

(a) Esfuerzo permisible de la suelda para estos casos. Mc Cormac - Tab ll-1 - Pag 346

tope las alas de las vigas.

FlGuRA 5.2

DIAGRAMA DE LA UNION

Longitudinal

Considerando una soldadura a tope achaflanada para la anchura del ala tenemos:

T = fuerza por trasmitir

= momento dividido para la distancia del centro del ala más el alma

T= M = 96 92= 17.1 Kd-(tf/2) 5 . 6 7

Resistencia de la soldadura a tope, en tensión , para la anchura del ala:

= bf * tf * 24 = (5.252) ( 0.659) (24) = 83.1 K +!

Para soportar el cortante, se usara una soldadura de filete, con las mismas dimensiones-

que se calcularon para unir la viga con la placa, esto es: o = ‘/q>’ y longitud = 2” , por -

ambos lados del alma, por lo que tenemos:

(0.3*70) (0.707 * 54 *2) (2) = 14.84 K

Este valor es suficiente para soportar el cortante máximo de 5.23 K, que está afbctando-

a la viga en dos de sus apoyos.

4 5

5.3.- Soldadura de la Rodilla del Marco Rigido

FnxRA 5.3

RODILLA DEL PORTICO

A

B

WlOx60

WlOrc45

WlO”60 : db = 10.22" ; t,&= 0.42" ; bfb= 10.08” ; f& = 0.68”

w10*45 : d, = lo. 1" ; twc = 0.35" ; bf, = 8.02” ; tfc = 0.62”

1) Espesor de soldadura a lo largo de AB

Esta soldadura debe ser adecuada para transmitir el momento plástico del ala de la -

columna, al alma de la viga a lo largo de AB

Fuerza en el ala de la columna= Fy * &= 36 (8.02) (0.62) = 179 K

Capacidad de la soldadura= Fv * Area= (0.3 * 70) ( 0.707 o L)

L = [db - 2 (ta) ] 2 = [ 10.22 - 2 (0.68) ] 2 = 17.72”Tambos lados

CO= 1 7 9 . zO.68”(21) (0.707) (17.72)

46

Se usad co = ‘1/16’7

2) Espesor de soldadura a lo largo de BC

La conexibn del alma de la columna, al ala de la viga, debe soportar los esfùerzos -

debido a la flexión, carga axial y cortante. En el punto donde el esfberzo sea mhximo

, el momento plhstico causar& esfùerzo de fluencia de tensión sobre parte del alma

Componente de tensibn : Fy & = 36’(0.35) = 12.6 Ksi

Componente de cortante : V . = ll.58 . = 1.3 Ksidc - 2 tfc (10.1) - 2 (0.62)

Cargaresultante: 4 (12.6)2 + (1.3J2 = 12.66 Ksi

Resistencia de la soldadura = (0.3 * 70) (0.707 co L)

Resisten. de la sol. / L = (0.3*70) (0.707 co) 2‘? ambos lados

COC 12.66 = 0.42”(21) (0.707)2

Se usaré co = 7/16)ì

3) Soldadura requerida a lo largo del rigidizador.

Esta soldadura debe desarrollar la capacidad del rigidizador.

Ts = Fy * A,, = 36 ( % * 13i16) = 14.64 K

Resistencia de la soldadura= (21) (0.707 CPJ L) 4?‘ ambos lados de los 2 rigizadores

L=d,/cosO=(10.1)/(0.711)=14.2”

CO= 14.64 . = 0.017”(21) (0.707 * 14.2) 4

47

Según el AISC Tab 1.17.2A - Pag 5-52, el minimo espesor de soldadura para un ele

mento de %” de espesor es o = 3/16y7

4) Soldadura requerida a lo largo del rigidizador CD

Frigid CD = Pbf plástico - Pbf actual

Fc~=246-118=128K (1)

El espesor de la placa es de ‘h”, por lo tanto el mínimo espesor de soldadura es w

3/g *, pero usando este espesor de soldadura, la longitud de la placa rigidizadora

, excede la longitud del alma de la viga. Por esta razón se usará un valor de w = X.

Resistencia de la soldadura= (21) (0.707 o * L) 4‘ ? ambos lados de los 2 @id

= 21(0.707 *$ * 9) 4 = 133.6 K

5.4 Unión de la Columna del Pórtico a las Vigas Estructurales del Casco del

Buque.

FIGURA 5.4

UBICACION DE LAS VIGAS ESTRUCTURALES DEL BUQUE

48

‘FIGURA 5.5

DIAGRAMA DE LA UNION

19 ll/16

(<- T e s t r u c t u r a l

Debido a que no existen fberzas principales actuando directamente sobre estas uniones,

se soldará con una soldadura de filete en cada cordón, con el espesor mínimo requerido

para el ala de la columna que es de %” .

Resistencia de la soldadura= (21) (0.707 *‘/a * 8.02) 3 = 89.3 K

5.5 Unión de la Columna a la Placa Base.

FIGURA 5'.6

DIAGRAMA DE LA UN-ION

H=11.2!K

49

H = 11.61 K

co = 3/,6

Usando la minima longitud de 4” de soldadura de filete por ambos lados del alma de la

columna tenemos:

(21) (0.707 * 3/16 * 4) (2) = 22.27 K

Para el disefio de la placa base, se ha cons’iderado el pórtico, como simplemente apoya

do. Un disefío mas realista seria resolviendo el pórtico considerando los momentos en -

los extremos y disetíando la placa base y la soldadura para que resista: momento flector

, fuerza axial y fuerza cortante.

El oleaje a que esta sometido el buque, puede producir fuerzas externas horizontales, no

consideradad. Estas fuerzas son absorvidas por los apoyos laterales de los ejes X y Y -

anteriormente mencionados; y, estos a su vez transmiten al resto de la estructura del Bu-

que, por lo que su influencia se hace despreciable.

6.0.- PROGRAMA.

El siguiente programa está configurado, en forma específica para las condiciones y res

tricciones de esta Tesis. Sí se desea el programa, para una utilización generalizada, se-

deber6 consultar, con el autor, para las aclaraciones correspondientes.

Las unidades a utilizarce serán:

longitud : Pulgadas

filerza : Kilo-libras

esfherzo: Ksi

area.: Pulgadas2 ;

parámetros que sean obteni _

dos del Manual dela. ABC, se respetarán sus respectivas unidades de como se encuen _

tren en 6ste tabulados.

A) Flujograma.

5 1

I P(l>=PL I

MJ=-PCJ>~<AI+X2>ñC(464-(Al+X2ìY(2>/215296

1MTC=MTC+M(J)

l

K1=0.75/LcK2=0.5/LvSur?K=Kl+K2Fl=Kl/K2

=- (MT C+Mp>FlS=MT/23.75

5 2

l-‘HlN I :S

1INPUT: 0A

DATOS D E V I G A cl>ATCIS D E COLUM.(2)

Kl=C3~lc~/4~Lc~3.75k2=0.5*Iv/LvSUM K=Kl +K2Mo=-1.49511wWv 1.

f a=H<Z>/A<Z)LycZ>=LcZ)/f?y<Z)

LxCZ>=LCZl/RxCZ,

53

S I

GOTO B0

LTCZ)=LCZ>/RT(Z>4

ILT=200wRy&,RT<Z) GOT

SIM U Y ESBEL.

rS I Fb=21.6

GO-rQNO

Fbl = 1.5.60 SI

f b2 = -!-z--i!!??-Lxd/Af

NO “. Fb=Fbl

I I

54

L I l

fb=MT/S(Z>

D=C+fb/Fb

GOTO C0

I D2=fa/21.6 + fb/Fb

55

B) Corrida del Programa.

1000 CLJ1004PRIN-r” I1005 PRINT” ”101OPRINT”ELSIGUJENTEPROGRAMAESTAESLIIUCTURAD 0 PARA LAS coNDIcIoNESESPECIFICASDELATJZJI3:”1012 PRINT ” DISEVO DE UNAPLATAFORMAPORTA-HELICOPTEROSI1015 PRINT” ”1016PRlNT” I1020 PRTNT ” SE RESPETARAN LAS UNIDADES REZPECTIVAS DE CADA PARAMETRO AINTRODUCIRSE SEGUN EL MANUAL DE LA AISC:1040 PRrNT ” OTROS PARuaTR OS AINTRODUCIRSE SERAN : CARGAS EN KILOLIBRAS,LONGITUDES EN PULGADAS.’1060 INPUT ” INTRODUCIR CARGA MAXIMA DE PLANCHADO PL”; PL1080 INPUT’INRODUCIRPESO MAXIMO DELHELICOPTERO POR CADARUEDAMASIMPACTO PESO HE “> HE11 OO P(1) = PL: P(2) = PL: P(3) = PL + HE: P(4) = PL: P(5) = PL + HE: P(6) = PL: P(7) = PL1120Al=79:X2=51:MT=O:MTC=O1140 M(1) = -(P(l) * 79 * (464 - 79) n 2) / 2152961160FORj=2TO71180M(j)=-P(j)*(Al +X2)*((464-(Al +X2))n2)/2152961200Al =Al +X2122ONEXTj1240 PHNT ” MOMENTO EMPOTRADO PERFECTO POR CADA CARGAJvfJZP”1260 FORj-lTO71280 PRINT”MEP”,M(j)1300MTC=MTC+M(j)132ONEXTj133OPRmT I1340 PRINT ‘MOMENTO DE EMPOTRAMBNT 0 PERFECTO TOTAL DE CARGA”, MTC135OPRINT ”1360 P = P(1) + P(2) + P(3) + P(4) + P(5) + P(6) f P(7)1380 PRINT ” INGRESE PESO DE VIGA W”14oolNFvTw1420 PRINT * INGRESE LONGITUD DE VIGA 1”1440 INPUT” Ll-; Ll1460 PRINT ’ INGRESE LONGITUD DE COLUMNA 2’1480 INPUT 22”; L22000MlO=-1.49511 *W2020K1=.75/L2:K2=.5/Ll2040K3=Kl+K22060 Fl = Kl / K32080bdT=-@iTC+MlO)*Fl210031 =MT/23.752 120 PRINT ’ MODULO DE SECCION =“, S 12140 PRINT ” MOMENTO TOTAL”, MT2142Y=O:Q=32144IFY-OTHENGOTO21602145 PRINT “DESEA CAMBIAR LOS DATOS DE LOS PERFILES ANTERIORES: DIGITAR”

56

2146PRlNT”2147 PRINT’2148Pm”2149 PRINT”215OINPUTQ

0 CAMBIADATOS DE VIGA”1 CAMBIA DATOS DE COLUMNA”2 cAM!3IAAh4Bos”3 MANTIENEDATOS”

2151 IFQ-2THENGOTO21602152IFQ=l THENGOTO22402155IFQ-3THENGOTO2300216OY=Y+ 12165 PRRJT” ”2170 PRINT” INTRODUZCA DATOS DE PERFIL DE VIGA ”218OPRINT” A, W, RT,dAf, 1, 3, RX, RY, LC, LU, L’2200 ~‘JTA(l), W(l), RT(l), PA(l), I(l), W, WI), RY(l), Wl), LU(l), L(1)2205 PRINT “QUIERE CORREGIR ALGUN DATO DIGH’E 0, QUIERE CONTINUAR DIGI’JE 1’2210lNPUTN2215lFN-OTHENGOTO21462220 ll? Q = 0 THEN GOTO 22932240 PRINI’ ’ INTRODUZCADATO DE PERFIL DE COLUMNA ”226OPRINT” A,W,RT,d/Af,I,S,RX,RY,LC,LU,L”2280 JIJF’UT Ao, W(2), RW, PA@), I(2), WI, NQ, W(2), LW), W(2), L(2)2285 PRINT “QUIERE CORREGIR ALGUN DATO DIGlTE 0, QUIERE CONTINUAR DIGlTE 1”2290 INPUT N2293 LC(1) = LC(1) * 12: LU(l) = LU(l) * 12: LC(2) = LC(2) * 12: LU(2) = LU(Z) * 122295IFN-OTHENGOTO21462300 Kl = (3 * I(2)) / (4 * L(2) + 3.75)2320 K2 = (.5 * I(1)) /L(l)2340 K3 = Kl + K22360Fl =Kl /K32380MJO=-1.49511 *W(l)2400‘MT=-(MTC+MlO)*Fl2420H(l)=MT/902440 H(2) = (P + W(1) * .038667) / 22460 PRINT “MOMENTO TOTAL = “, MT2480 PRJNT ’ CORTANTE HORIZONTAL=‘, H(1)2500 PRINI? ” CORTANTE VERTICATa= “, H(2)2520 PRINT ” DESEA CORRER PROGRAMA PARA VIGA 0 COLUMNA ”2540 PRTNT ” DIGlTE 0 PARA VIGA, DIGlTE 1 PARA COLUMNA ”2560 INPUTN2580lFN= 1 THEN2590 CLS2600 PRINT’2620 Z -22640 ELSE2650 CL32660 PRINT”2680 Z-12700 END IF

DISEYO DE COLUMNA ”

DISEYO DE VIGA ”

2720 Gl = H(Z) /A(Z)2740 LY(Z) = L(Z) / RY(Z)2760 IF LY(Z) > 200 THEN2780 PRJNT “ELEMEEJTO DEh4ASIADO ESBELTO BUSQUE OTRO PERFlL”2800 PRINT ” Ky’k’Ry=‘, LY(Z)2820 GOTO 21462840 ELSE

2860 PRlNT ’ (KY*L)iRY=‘, LY(Z)2880 PRIM ’ INTRODUZCA VALOR Fa (AISC - PAG 5 -74) ”2900 INPUT G22920 LX(Z) = L(Z) / Rx(Z)2940 IF Lqz) > L(z) THEN2960 PRINT ?;b = 23.75”2980 G4 = 23.75 .3000 GOTO 36603020 ELSE3040 IF LU(Z) > L(Z) THEN3060 PRINT “Fb= 21.60”3080 G4=21.63100 GOTO 36603120 ELSE3140 LT(Z) = L(Z) / RT(Z)3145 ZlO=O3150 ZlO = 200 * RY(Z) / RT(Z)3160 IFLT(Z)>ZlOTHEN3180 PRINT ‘ ELEMENTO DEMASIADO ESBELTO ENEL PLANO DE COMPRESIONLLRIF=“, LT(Z)3200 GOTO 21463 2 2 0 ELSE3240 lFLT(Z) <= 53.23 THEN3260 PRINT”Fb==21.6”3280 GOTO 36603300 EL3E3320 IFLT(Z)-119THEN3340 G5 = 170000 / (LT(Z)) A 23360 ELSE3380 G5 = 36 + (2 / 3) - (36 * (LT(Z)) A 2) / (1530000)3400 EN-DIF3 4 2 0 E N D I F3440 ENDIF3460 EN-D=3480 EN-D Il?3500 G6 = 12000 / (L(Z) + PA(Z))3520IFG5>G6THEN3540 G4=G53560 ELSE3580 G4=G63590 PRINT “Fb=“, G43600 END II?362OlFG4>=21.6THENG4=21.6364oENDIF3660 G7 = Gl / G2368OlFG7-==.15THEN3700 G3 =MT/S(Z)3720 G7 = Gl / G23740 G8 = G7 + (G3 / G4)3760 PRINT ’ REIACION DE FLEXOCOhdPRFdION”3780 PRINT’(fa/Fa)+ (fbA?b)=“, G83800 IFG8>= 1 THEN3820 PRJNT ” PERFIL, NO SATIFACTORIO ’3840 ELSE

58

3840 PRJNT ’ PERFIL SATIFACTORIO ”3880 ENDIF3900 PRINT ’ DESEAVOLVER A CORRJB EL PROGRAMADIGlTE 0 ”3920 PRUJT” DESEA-ARDIGITE 1 ”3940 I N P U T N3960 IFN-O-Il-EN3980 GOTO 21464000 ELSE4020 GOTO 45604040 ENDIF4060 ELSE

G3 -MT/S(Z)40804100412041404160418042004220424042604280430043204340436043804400

G9=(G3/G4)*.85PRJNT ’ VAT.,OR DE LX =‘, LX(Z)PRINT ” INTRODUZCAVALOR DE Fe’ (AISC! TABLA 9 PAG 5-79 )’INPUTFEGlO=G7+(G9’(1/(1 -(Gl/FE))))Gil =(G1/21,6)+(G3/04)PRINT “(fa/Fa )+(Cm*fb/Fb/(l -(Fa/Fe’))=“, GlOPRINT ’ fdO.6Fy + (fb/Fb)=“, Gl 1IFGlO<lTHEN

IFGll~lTHENPRINT ” PERFIL SATISFACTORIO ”

ENDIFELSE

PRINT ” PERFIL NO SATISFACTORIO ”ENDIFPRINT TEMIL NO SATISFACTORIO *

4420ENDIF4440 PRINT ” DESEA VOLVER A CORRER EL PROGRAMA DIGlTE 0 ’4460 PRlNT ” DESEA TERMINAR DIGITE 1 ”4480 INPTJTN4500 IFN=OTHEN4520 GOTO 21464540 E N D I F4560 EN-D

BIB;.SíECA

P

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