Conexiones Semirrigidas

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Análisis de Marcos de

Acero con Conexiones

Semirrígidas

Ing. Carlos Enrique Nungaray Pérez

Noviembre de 2011 CARLOS ENRIQUE NUNGARAY PÉREZ ITESM

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Análisis y Diseño: Método Convencional

� Conexiones viga-columna completamente rígidas

� Conexiones viga-columna completamente articuladas

2


3

Análisis y Diseño:

Situación Real

� Las conexiones poseen un grado de flexibilidad, el cual debe tomarse en cuenta en el diseño.

� El comportamiento momento-rotación de las conexiones es no lineal.


4

Comportamiento

Momento - Rotación

θT-Stub

End-Plate

Top & Seat Angle

Header Plate

Double Web Angle

Single Web Angle

M

θθθθ

3


5

Especificaciones para Conexiones

� AISC - ASD� Tipo 1: Conexiones

Rígidas.� Tipo 2: Conexiones

Simples.� Tipo 3: Conexiones

Semirrígidas

� AISC - LRFD� Tipo FR (Fully Restrained)

Equivale al Tipo 1 de ASD.� Tipo PR (Partially

Restrained) Equivale a los Tipos 2 y 3 de ASD.


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Efectos de las Conexiones

Semirrígidas

� Cambio en la distribución de momentos entre vigas y columnas.

� Incremento en el índice de ladeo del marco.� Incremento en el efecto P-∆.

4


7

Clasificación de las Conexiones

� Eurocode 3� Bjorhovde, Colson y Brozzetti


8

Clasificación por el Eurocode 3

En el sistema del Eurocode 3, se utilizan los parámetros adimensionales siguientes:

p

u

M

Mm =

pθ

θθ =

v

v

p

p

L

EI

M=θ

5


9

Clasificación del Eurocode 3

(continuación)

� Por rigidez, son conexiones semirrígidas en marcos no contraventeados si:

θ253

2<⇒< mm

7

4250.1

3

2 +<⇒<<

θmm


10


(continuación)

� Por rigidez, son conexiones semirrígidas en marcos contraventeados si:

θ83

2<⇒< mm

7

3200.1

3

2 +<⇒<<

θmm

6


11


(continuación)

� Por rigidez, son conexiones articuladas si:

v

vki

L

EIR

2≤


12


(continuación)

� Por resistencia:� Articulación

� Rígida

� Semirrígida

4

p

u

MM ≤

pu MM ≥

pu

pMM

M<<

4

7


13

Clasificación de Bjorhovde et al.

En este sistema se utilizan los siguientes parámetros adimensionales:

p

u

M

Mm =

v

p

EI

dM5

θθ =


14


(continuación)

En este sistema se define además la capacidad de rotación de la conexión como:

5.4 2

3m

θ−=

8


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(continuación)

� Por resistencia:

� Conexión rígida

� Conexión semirrígida

7.0≥m

7.02.0 << m


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(continuación)

� Por rigidez:

� Conexión rígida

� Conexión semirrígida

θ5.2≥m

θ5.25.0 << m

9


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Rígida

Semirrígida

Flexible

α=2

α=10

M/Mp

θθθθ/θθθθp

1.0 dR

EI

ki

=α


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Características de las Conexiones

Semirrígidas

� Rigidez inicial, Rki

� Rigidez secante, Rks

� Rigidez tangente, Rkt

� Rigidez de descarga, Rku = Rkt

10


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Características de las Conexiones

Semirrígidas

Rigidez inicial Rki

Rigidez tangente Rkt

Rigidez secante Rks

Rigidez de descarga Rku=Rki

M

θθθθ


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Modelación

Polinomial de Frye - Morris

( ) ( ) ( )53

3

21 KMCKMCKMC ++=θ

11


21

Modelación (continuación)

Exponencial modificado de Kishi y Chen

( ) [ ]∑∑==

−−+

−−+=

n

k

kkk

m

j

j THTRj

AMM11

02

exp1 θθα

θ


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Modelo de Tres Parámetros de Richard y Abbott, adoptado por Chen y Kishi

nn

kiRM

1

0

1

+

=

θ

θ

θ

12


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Modelo de Tres Parámetros, modificado por Christopher

nn

u

ukiRM

1

0

1

+

=

θ

θ

θ

hFyu

δθ += 0008.0


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Ventajas de las Conexiones

Semirrígidas

� En marcos contraventeados, principalmente, beneficios económicos debido a:� reducción en los momentos de las vigas� reducción en las deflexiones� incremento en la restricción al giro en los extremos

de las columnas

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Semirrígidas (continuación)

� En comparación con un marco rígido, producen columnas más ligeras.

� En comparación con marcos con conexiones simples, producen vigas más ligeras.

� Por lo tanto, normalmente conducen a un ahorro en el peso de acero estructural en la estructura.


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� En marcos no contraventeados, las ventajas no son tan claras, principalmente debido a:� incremento en el índice de ladeo� reducción en la restricción al giro en los extremos de

las columnas

� Puede haber ahorro porque las conexiones semirrígidas utilizan detalles más simples, más económicos de fabricar y montar

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� Se pueden combinar marcos semirrígidos con marcos rígidos y/o marcos contraventeados para reducir el número de conexiones a momento y a su vez limitar el índice de ladeo debido a cargas de viento.


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Desventajas de las Conexiones

Semirrígidas

� Comportamiento no lineal.� Se requiere de programas computacionales

que:� no están disponibles, o� todavía no son de uso práctico

� El comportamiento durante la descarga, el cual es muy diferente al de carga, no está muy bien documentado

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