Diseño Sísmico de Estructuras de Acero 4 21/06/2010 PAElgarza/DisenoSismico4-PAEyMixt… ·...

Diseño Sísmico de Estructuras de Acero 4PAE

21/06/2010

Luis Garza Vasquez I.C., M.I. 1

4. Porticos arriostradost i t

DISEÑODISEÑOSISMICO DE SISMICO DE

ESTRUCTURAS ESTRUCTURAS DE ACERODE ACERO

exentricamentePAE

Relación rigidezRelación rigidez--vinculovinculo

e

e=0

Rigidez

0 e L

L

Vinculo

e

e

Vinculo

Vinculo

e

e

Vinculo

Vinculo

Configuraciones de PAEe e e e

ee


21/06/2010



21/06/2010


Comportamiento inelástico de PAE


21/06/2010



21/06/2010


PRM PAC

Mecanismos de Disipacion de Energia

PAE

γp

Angulo de rotacion plástica del Vinculo

γpγp

Angulo de rotacion plástica del Vinculo

M

Elementos Mecánicos en Vínculos

e e

V

P

e

V V

M M

El vínculo puede fallar por flexion o cortante o ambos

V

M

M

Depende de la longitud del vínculo "e"

e

V V

M M

La fluencia a cortante ocurre cuando:

V

M

M

Esfuerzo de fluencia a cortante

Area del alma del vínculo

Vp = Capacidad plástica total

V = Vp = 0.6 Fy (d - 2tf ) tw


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e

V V

M M

La fluencia a flexion ocurre cuando:

V

M

M

M = Mp = Z Fy

Mp = Momento plástico total

e

V V

M M

Equilibrio estático del vínculo: Ve = 2M

e2MV

=

e

Vp Vp

Mp Mp

La fluencia a cortante y flexion ocurren simultáneamente si:V=Vp and M=Mp

p

p

VM2

e =

La fluencia a cortante

e

Vp Vp

M M

Fluencia a cortante del alma en toda la longitud del vínculo.

¡Muy uniforme!

La fluencia a cortanteocurrira cuandoV=Vp and M < Mp

e2MV

p

p≤

V =Vp

M < Mp

La fluencia a flexion ocurre

e

V V

Mp Mp

V V

Fluencia a flexion en los extremos. No es uniforme.

La fluencia a flexion ocurrecuandoM = Mp and V < Vp

V <Vp

M = Mp

e2MV

p

p≥

M = Mp

Fluencia a cortante y estructural de vínculos:

e2MV

p

p≤

Si no hubiera endurecimiento por deformacion niinteraccion entre el cortante y la flexion

Vinculo con fluencia a cortante:p

Vinculo con fluencia a flexion: e2MV

p

p≥


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Vn = el menor de

Vp

2Mp / e

para

para

e2MV

p

p≤

p

V2M

e ≥

Resistencia Nominal a Cortante, Vn:

2Mp / e parapV

Ejemplo: W14x82 A992Resistencia nominal a cortante:

200

250

r St

reng

th

0 1 2 3 4 5

e / (Mp/Vp)

Vn=Vp

0

50

100

150

0 36 72 108 144 180

Link Length e (inches)

Link

Nom

inal

She

ar(k

ips) Vn=2Mp /e

0

50

100

150

Forc

e (k

ips)

Endurecimiento por deformacion

VnVult

-150

-100

-50

0

-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15

Link Rotation, γ (rad)

Link

She

ar F

Experimentalmente Vult ≈ 1.25 to 1.5 Vn

e1.6 M

Vp

p≤Vínculo con fluencia a cortante:

Por endurecimiento se recomienda tomar:

p

Vínculo con fluencia a flexion: e2.6 M

Vp

p≥

Fluencia a cortante y flexion combinadas:1.6 M

Ve

2.6 MV

p

p

p

p≤ ≤

Vinculos con fluencia a cortante

p

p

VM1.6

e ≤

Mejor comportamiento estructural por:• resistencia• rigidez• ductilidad

V

Δ

γ

Comportamiento experimental de vínculos a cortante

e

γ = Δe

Rotacion del vínculo: (radianes)


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W10x33 (A992) e = 1.1 Mp/Vp γ = 0.10 radianes

Falla por rotura del alma

0

50

100

150

Forc

e (k

ips)

-150

-100

-50

-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15


Link

She

ar

0

50

100

150

Forc

e (k

ips)

γp = ± 0.10 rad

-150

-100

-50

-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15

Link Plastic Rotation, γp (rad)

Link

She

ar

Vinculos largos

p

p

VM1.6

e >

Menor resistencia, rigidez y ductilidad

Utilizar sólo si hay restricciones arquitectónicas


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W12x16 (A36) e = 3.4 Mp/Vp

W16x36 (A992) e = 2 Mp/Vp (Fluencia a cortante y flexion combinadas)

0

50

100

150

200

ar F

orce

(kip

s)

-200

-150

-100

-50

-0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15


Link

She

a

0.08

0.12

γ p(ra

d)

Capacidad de rotacion plástica del vínculo obtenidas experimentalmente

0

0.04

0 1 2 3 4 5Longitud de vínculo: e/ (Mp/ Vp)

Fluencia a cortante Fluencia a flexionCortante +

Flexion

eRelación entre ángulo de giro del vínculo y derivas

L


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e

γp

pp eL

θγ =

L

θp

e

L

e

γp

pp eL

θγ =

L

θp

e e

L

e e

θ

γp

γp

L

θp

pp e2L

θγ =

DiseñoDiseño de PAEde PAE

Procedimiento

1. Dimensionar vínculos para cargasmayoradas.

2. Dimensionar todos los otros miembrosy conexiones para resistir toda la capacidad de los vínculos.

3 E ti l d d d d tilid d l 3. Estimar la demanda de ductilidad en el vínculo; revisar que el vínculo puedasuministrar dicha ductilidad.

4. Realizar los detalles que garanticenuna buena ductilidad (atiesadores y arriostramiento lateral)


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Limitaciones

Relaciones ancho-espesor para aletas y alma del vínculo:

M

b/t ≤p

pp V

Mepara 6.1≤λ

p

pps V

Mepara 6.1>λ

Resistencia a cortante del vínculo

Resistencia cortante del vínculo= φ Vn

φ = 0.9 Vn = menor deVp

2Mp / e

Vu ≤ φ Vn

Vu = fuerza cortante en el vínculo para cargas elásticas mayoradas:

1.2D + 1.0E + 0.5L 0.9D + 1.0E

Preferir H’s por las grandes fuerzas axiales.

Escoger perfil tal que:

Vn = menor deVpa

2Mpa / e

Si Pu > 0.15 Py en el vínculo hay riesgo de bajaresistencia y ductilidad :

pa / e

2

y

uppa P

P1VV ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

donde:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−=

y

uppa P

P1MM

Py = A Fy

Además, si Pu > 0.15 Py en el vínculo, estos deben ser muy cortos.:

e ≤

3.06.15.015.1 ≥⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛′

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛′−

g

w

p

p

g

w

AApara

VM

AA ρρ

⎞⎛3.06.1 <⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛′

g

w

p

p

AApara

VM

ρ

donde:

u

u

VP

=′ρ ( ) wfw tt2dA −=

Angulo de rotacion del vínculo

Para la deriva de diseño, Δ.

No debe ser mayor de:y

a) 0.08 radianes para:e ≤ 1.6 Mp / Vp

b) 0.02 radianes para:e ≥ 2.6 Mp / Vp

c) Interpolar para: 1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp

Procedimiento de diseño para revisar el angulo de rotacion del vínvulo, γp

1. Calcular la deriva elástica con las cargas de la norma: ΔE: Δp ≈ ΔE

2. Calcular la deriva de piso θpp p

θp ≈ Δp / h donde h = altura de piso

3. Calcular el angulo de rotacion del vínculo γpγp = (L / e) θp

4. Revisar el ángulo límite.


21/06/2010


Lθγ =

e

Lθp

γp

L

e

θp

γp

Lθγ =pp e

θγ = pp eθγ =

e e

L

θp

γp

γp

pp e2L

θγ =

5

10

15

γp /

θp e

γp

0

5

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1e/L

Lθp

Los vínculos muy cortos requieren mucha ductilidad. Poner e =1.6 Mp/Vp

0 04

0.06

0.08

0.1

Perm

issi

ble

γp

0

0.02

0.04

0 1 2 3 4 5

Non-dimensional Link Length: e / (M p /V p )

Max

imum

1.6 2.6

Shear Yielding Flexural YieldingShear + Flexure

Atiesadores en el vínculo

Deben colocarse en ambos lados del alma, en los extremos de la diagonal.

Deben tener un ancho combinado no menor de:

(bf -2tw) y un espesor no menor de 0.75 tw o 9.5mm, el que sea mayor.

e

Atiesadores de profundidad total

e ≤ 1.6 Mp / Vp

(Vinculos a cortante) s s s s s

eAtiesadores intermedios

s ≤

30 tw - d /5 para γp = 0.08 radianes


Interpolar para 0.02 < γp < 0.08 radianes

tw = espesor del alma d = altura de vínculo


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e

1.5 bf 1.5 bf

2.6 Mp / Vp < e < 5 Mp / Vp

(Vínculos a flexion)

bf = ancho de aleta del vínculo


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e

1.5 bf 1.5 bf

1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp

(Vínculo a cortante y flexion)

s s s s

s ≤



Interpolar para0.02 < γp < 0.08 radianes

Conexiones Vínculo-Columnae

La conexion vínculo columna

Debe ser capaz de soportar:

γp ≥ ± 0.08 rad. para e ≤ 1.6 Mp / Vp

γp ≥ ± 0.02 rad. para e ≥ 2.6 Mp / Vpeinterpolar para1.6 Mp / Vp < e < 2.6 Mp / Vp

γp p p p

¡Hacer ensayos, que no hay!


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La conexion vínculo-columna no requiere ensayos si:

• La conexion está reforzada

• Longitud del vínculo e ≤ 1 6 M / V• Longitud del vínculo e ≤ 1.6 Mp / Vp

• Se colocan atiesadores en el vínculo

e

Conexion viga-columna reforzada

Arriostramiento lateral del vínculo

Poner Arriostramiento lateral en ambas aletas en los extremos del vínculo.

L i t i id d d i t d bLa resistencia requerida de cada riostra debe ser:

[ ]o

vínculoyyb h

ZFRP 06.0=

ho = distancia entre centroides de aletas

e

Arriostramiento lateral en ambasaletas


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Luis Garza Vasquez I.C., M.I.1

Riostra diagonal y viga por fuera del vínculo

La resistencia requerida de la riostra diagonal y la vigafuera del vínculo se calcula con las máximas fuerzasque pueden ser generadas por la fluencia y el endurecimiento por deformacion del vínculo.

Viga por fuera del vínculo

Riostra diagonal

MultMult

Vult Vult

Vult

Mult

Vult

Mult

MultMult

Vult Vult

Determinacion del cortante y momento último en los extremos del vínculo:

e

Para diseño de la riostra: V = 1 25 R VPara diseño de la riostra: Vult = 1.25 Ry Vn

Para el diseño de la viga por fuera del vínculo: Vult = 1.1 Ry Vn

Vn = Resistencia nominal del vínculo= menor de Vp o 2 Mp / e

2VeM ult

ult =

M

V

P

BEATRIZ

Highlight


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Conexiones de la Riostra

La resistencia requerida de las conexiones de la riostra, en ambos extremos de la riostra deberá ser como mínimo iguala la resistencia requerida de la riostra.

La resistencia requerida a compresion de la conexion debeser como mínimo 1.1 Ry Pn de la riostra,

donde: Pn = resistencia nominal a compresion de la riostra.

Vult

Mult

Conexiones de RiostraConexiones de Riostra• Diseñar para las fuerzas (P y M)

generadas en la riostra Vult y Multdel vínculo.

• Revisar la compresion axial 1.1 Ry Pn de la riostra.

• No requiere línea de rotacion

Detalles típicos


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Conexiones viga-columna lejos del vínculo

Articuladas: R=7Resistentes a momento(DMI): R=8

Vult

Mult

Vult

Mult

Vult

Mult

Vult

Mult

Resistencia requerida de las columnas:

Vult = 1.1 Ry Vn para cada vínculo.

Vult

Mult

Vult

Mult

Zonas protegidas

Zonas protegidas

PantallasPantallasdede AceroAcerode de AceroAcero


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MecanismoMecanismo dúctildúctilDesarrollo de diagonales Flexion del portico

Pandeo por cortante

ENSAYOSENSAYOS

Astaneh-Asland Zhao

Takanaka

SISTEMAS ESTRUCTURALESSISTEMAS ESTRUCTURALES

• COMBINADO-Verticales;Porticos resistentes o no a momento- Horizontales;Muros estructurales ó porticos con diagonales.


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SISTEMAS ESTRUCTURALESSISTEMAS ESTRUCTURALES

• DUAL-Verticales: Porticos resistentes a Momento sin diagonales, Mínimo 0.25VB.-Horizontales:Muros ó diagonales.Mínimo 0.75VB.-Resistencia escalonada

SISTEMAS MIXTOSSISTEMAS MIXTOSAcero Estructural Compuesto yAcero Estructural Compuesto y

Concreto Reforzado.Concreto Reforzado.


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CONEXIONESCONEXIONES

• Compatibilidad

• Constructibilidad

• Resistencia a sismos


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REHABILITACION DE EDIFICIOSREHABILITACION DE EDIFICIOS

DE CONCRETO CON ESTRUCTURASDE CONCRETO CON ESTRUCTURAS

METALICASMETALICAS


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MACRO PORTICOS


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ARRIOSTRAMIENTOSCONCENTRICOS


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¡ No es MDA, es detalle CHIC !


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E.D.E.Q.E.D.E.Q.ANTES• Deriva 3%• Confinamiento reducido• Torsión edificio de esquinaTorsión edificio de esquina• Sin vigas de amarre• Concreto 5000 psi

E.D.E.Q.E.D.E.Q.DESPUES• Deriva 0.5%• Confinamiento y sistema compuesto a

compresióncompresión• Cimentación sin reparar• Periodo 0.81 seg.• Aumenta Sa


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Foto jesus maria oFoto jesus maria o


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CONEXIONES CONEXIONES A A

CONCRETOCONCRETO


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21/06/2010


ARRIOSTRAMIENTOSARRIOSTRAMIENTOS

CON CONEXIÓN CON CONEXIÓN

INDIRECTAINDIRECTA

BANCOLOMBIA ARMENIABANCOLOMBIA ARMENIAANTES• Deriva longitudinal 2.3%• Deriva transversal 5%

DESPUES• Deriva longitudinal 1.3%• Deriva transversal 0.9%


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ESTADIO ATANASIO ESTADIO ATANASIO GIRARDOTGIRARDOT

ANTES• Deriva 5%Deriva 5%

DESPUES• Deriva 0.5%

REFORZAMIENTO COLUMNASREFORZAMIENTO COLUMNAS

CONFINAMIENTO


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REHABILITACION REHABILITACION Y Y

AMPLIACIONAMPLIACION

CLINICA DEL PARQUECLINICA DEL PARQUE

ANTES• Deriva máxima 1.06% > 0.5%

DESPUES• Deriva máxima 0.35%• Deriva umbral de daño 0.12%< 0.15%


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CLINICA DEL PARQUECLINICA DEL PARQUE

REFORZAMIENTO• Costo: $230’• Área útil: 450m2

AMPLIACION Y REFORZAMIENTO• Costo: $290’• Área útil: 970m2

CIMENTACIONESCIMENTACIONES

• Evitar recimentación

• Incremento capacidad admisible 33%p

• Cuidado con las tensiones!


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VALORES RECOMENDADOS VALORES RECOMENDADOS

DE RDE R00

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