Subido por Felipe Lizarazo

02. TENSION - Conceptos (version 3) (1)

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DISEÑO BÁSICO DE ACERO
Clases: 1559 y 1560
Periodo: 2210
Profesor: DAVID GONZÁLEZ
Estructuras
CONTENIDO
1. Introducción.
2. Comportamiento y resistencia de miembros a tensión.
3. Cálculo de áreas de la sección.
4. Bloque de cortante.
5. Miembros conectados con pasadores.
6. Barras de ojo.
1. Introducción
Miembros en tensión en estructuras
Miembros en tensión en estructuras
Akashi Kaiky Bridge Kobe, Japan
Fuente: https://steelfabservices.com.au/steel-bridges/
Chaotianmen Bridge, Chongqing, China
Secciones comunes utilizadas para miembros a tensión
Perfiles Laminados en Caliente
Secciones comunes utilizadas para miembros a tensión
Perfiles Armados
Barras Roscadas
Modos de Falla
I
2. Comportamiento y Resistencia de Miembros en Tensión
La norma considera dos estados límites:
(AISC 360 D2)
t=
0.90 (
t=
1.67)
t=
0.75 (
t=
2.00)
Fluencia del Área Bruta
La fluencia ocurre cuando el esfuerzo distribuido uniformemente a lo largo de la sección
bruta alcanza el esfuerzo de fluencia mínimo especificado del material utilizado.
Aunque el miembro en este punto capaz de seguir resistiendo la carga, empieza a
experimentar un alargamiento excesivo que hace el miembro no usable.
Dado que este fenómeno esta acompañado del alargamiento excesivo del miembro, el modo
de falla es dúctil y da un previo aviso.
Fluencia del Área Bruta
Rotura en el Área Neta
La falla ocurre debido a la concentración de esfuerzos que se desarrolla en la vecindad de las
perforaciones existentes en un miembro. En estas regiones, los esfuerzos alcanzan el esfuerzo
de fluencia, sin embargo, sigue tomando carga adicional pasando por endurecimiento por
deformación hasta que se produce la rotura cuando se llega al esfuerzo último.
A diferencia del caso de fluencia del área bruta, en este modo de falla, la fluencia que ocurre en
las regiones adyacentes a las perforaciones no presenta alargamientos muy grandes. La rotura
entonces ocurre súbitamente, sin dar un previo aviso. Este es un modo de falla frágil.
Rotura en el Área Neta
3. Cálculo de las Áreas de la Sección
Area bruta, Ag
Se utilizan tres tipos de áreas:
Area neta, An
Área neta efectiva, Ae
(AISC 360 B4.3)
(db
t
(B4.3b)
A n = Ag -
dn+1/16)t + (s2/4g)t
(consultar g en
Tabla 1-7A del
Manual)
(AISC 360 Tabla J3.3)
En pulgadas
1.6
1.6
1.6
Area bruta, Ag
Ag = A
Diámetro adicional perforación (indicado en F.2.2.4.3)
(db
t
Para tener en cuenta el daño al
elemento debido a la perforación
del orificio.
Área Neta, An
En el caso más simple es el área bruta menos el área de perforaciones:
Ag
n.(db
t
Para HSS con ranuras, debe descontarse el ancho total de las ranuras
por el espesor
Para miembros sin perforaciones, An = Ag
Caso 1: pernos alineados
6 pernos ¾ in.
b = 8 in. ancho de platina
t = ½ in. espesor de platina
Ag
t.b
0.5(8.0)
An
4.0 3 3
4
4.0 in.2
1
16
1
16
Sección neta
0.5
2.69 in.2
Caso 2: pernos alternados
2 perf.
3 perf.
4 perf.
5 perf.
Por ejemplo, para el caso de 4 perforaciones:
Hay más área para resistir la fuerza a lo largo de las diagonales que si todos los agujeros estuvieran
en línea recta. Entonces, después de restar las 4 perforaciones, debemos agregar algo más.
bn
s2
4g
1
16
b n dh
g
g
g
g
s
Ejemplo:
Perforaciones para pernos 5/8 in.
b = 11.0 in. ancho platina
s = 4.0 in.
g = 2.0 in.
Calculo ancho neto bn:
s
bn2
1
11.0 2 5 8 1
16
16
11.0 1.5 9.5 in.
1
16
16
11.0 2.25 8.75 in.
bn3 11.0 3 5 8
bn4
11.0 4 5
8
1
16
1
1
16
2
42
4 2
11.0 3.0 4 12.0 in.
bn5
11.0 5 5
8
1
16
1
16
11.0 3.75 8.0 15.3 in.
4
42
4 2
Controla
Revisemos lo que sucedería si las líneas verticales de las perforaciones de
los pernos estuvieran separadas solo s=2.0 in. (en lugar de 4.0 in)
bn4
11.0 4 5
8
1
1
16
16
2
22
4 2
11.0 3.0 1 9.0 in.
Ahora ambas trayectorias muestran una reducción de área.
bn5
11.0 5 5 8
1
1
16
16
11.0 3.75 2.0
4
22
4 2
9.25 in.
Pero, bn3 = 8.75 in. aun controla
Pero, y si cada línea vertical solo tuviera 2 perforaciones?
Entonces g = 2.0 in. y s = 2.0 in.
bn2
bn4
11.0 2 5 8 1
16
11.0 1.5 9.5 in.
11.0 4 5
8
1
1
1
16
16
16
2
22
4 2
11.0 3.0 1 9.0 in.
Por tanto, bn4 = 9.0 in. ahora controla
(AISC 360 D3)
(AISC 360 Tabla D3.1)
2w
Adicionar
figura
AISC 360-16
AISC 360 Tabla D3.1:
Ver AISC 360 Figura C-D3.2 para más casos especiales
Fuente: Salmon
Caso 1
Caso 2
Caso 3
Caso 4
2w
Caso 5
Caso 5
Caso 6
Caso 6
Caso 7
Caso 8
Uso de platinas de refuerzo para aumentar el área neta
4. Bloque de Cortante
t=
0.75 (
t=
(AISC 360 J4.3)
2.00)
(Ec. J4-5)
El menor controlará
El factor de distribución del esfuerzo
de tensión, Ubs, depende de la
variación del esfuerzo de tensión
a lo largo del área de tensión.
Ubs = 1.0 para esfuerzo de tensión uniforme
Ubs = 0.5 para esfuerzo de tensión NO uniforme
AISC 360
Figura C-J4.2
5. Miembros Conectados con Pasadores
(AISC 360 D5)
Estados Límite
Rotura por Tensión sobre el
Área Neta Efectiva
Rotura por Cortante sobre
el Área Efectiva
Estados Límite
(AISC 360 J7)
Fluencia sobre la Sección
Bruta
Aplastamiento sobre el Área
Proyectada del Pasador
Requisitos Dimensionales
(AISC 360 D5.2)
(figura del AISC 360)
6. Barras de Ojo
(AISC 360 D2)
Fluencia sobre la Sección
Bruta
Falla del Pasador por
Aplastamiento ó por Cortante
Requisitos Dimensionales
(AISC 360 D6)
(figura del AISC 360)
Fin sesión!
AYUDAS DE DISEÑO
Relación de esbeltez L/r < 300
(NSR-10 F.2.4.1)
(AISC 360 D1)
En Tablas 5-1 a 5-8 del manual, se ofrece la resistencia a la
rotura y a la fluencia disponibles para secciones típicas.
Cuidado! Estas tablas asumen desde Ae = 0.700Ag hasta 0.952Ag. (Hay que
verificar que esto se cumpla en el miembro y las conexiones)
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