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EUROCDIGO 8Antecedentes y aplicaciones
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de edificios de acero
Ilustraciones de diseo
Andr PLUMIERUniversidad de Lieja
Universidad de Lieja
Hughes SOMJAINSA Rennes
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General
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Objetivo de diseo para estructura disipativa:
un mecanismo global de plstico en un esquema decidi
Por qu global?Tener numerosas zonas disipativas para disipar ms energyp
Para evitar la excesiva deformacin plstica local como resultado deconcentracin de deformaciones en pocos lugares
concepto un b concepto
= d \/ h
b concepto = d \/ hu 4 tagesb concepto = concepto un\/ 4
Por qu en un esquema decidido?Porque no es pensable que todas las zonas de la estructura concharacterisics ideal para deformaciones plsticas
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General
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= > D i s e o d e s t r u c t u r e g p d i s i p a t i v
1. Definir el objetivo: un mecanismo mundial
2. Pagar un precio por el mecanismo que global:Criterios para numerosas zonas disipativas
otras de las zonas de plsticas
.
Por ejemplo - en acero: reglas para las conexiones
clases de seccionescapacidad de rotacin de plstico
- En concreto compuesto acero: posicin del eje neutro
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General
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Definicin del objetivo mecanismo plstico mundial
Momento resiste a marcos: articulaciones plsticas en flexin en los extremos de la vi
no plstico cortante en vigasno plstico en conexionesbisagras no plsticos en columnas
Marcos con refuerzos concntricos:
F2
p
Marcos con refuerzos excntricas:enlaces dedicado
F1
ePST
en pl stico cizalladura o flexi
L
e
p
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General
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Definicin del objetivo mecanismo plstico mundial
P u e d e h a b e r t i p o l o g a s d i s t i n t a s d e l a h a b i t u a l o n e s y
Ejemplo=> similar al muro de hormign armado: 1 gran bisagra de plstico
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General
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Local
Disipa
MECANISMOS LOCALES
DISIPA NO DISIPA
N
Mecanismos localesNo disipa disipa
&No disipa
Compresin o tensin produciendo
V
Fracaso del perno en tensin
V
M
F
Rendimiento de cizalla
FDesliz con friccin
M
Deformaciones plsticas en zona estrecha
MM
Flexin o cortante de componentes plsticosde la conexin F
Ovalization del hoyo
M
Pandeo local (elstica)
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General
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Caractersticas necesarias de acero
Acero de construccin clsica Dureza de Charpy : absorbe energa min 27J (a t uso ) Distribucin producen tensiones y dureza tal que:
lo que en esos lugares antes de salir de las dems zonas elstico
gama f YMA fdesi n
Correspondencia entre
realidad
se requiere
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General
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Caractersticas necesarias de acero F condiciones de zonas disipativasypara lograr fYMAX rea fdesi npara tener una referencia correcta en el diseo de la capacidad
3 posibilidadesunCalcular teniendo en cuenta ue en las zonas = 1,1 f ,
OVfactor de material reforzado f: nominalyOV= fy, real \/ fy
=OV Ex: S235, OV= 1,25 => f y, mx. = 323 N\/mm 2
una valor superior fy, mx. se especifica para las zonas disipativas, y
para disipativaUso nominal f para zonas disipativas, con f especificadoy y, mx.
yEx: S235 disipativas zonas con f y, mx. = 355 N\/mm 2
Zonas no disipativas S355c) fy, mx. de zonas disipativas se mide
es el valor utilizado en el diseo de =>0V = 1
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General
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TIPO de estructura Clase de ductilidad
DCM DCHMarco resistencia a momento 4 5 \/ u 1
Marco con refuerzos concntricos
tipo diagonal
Tipo V4 4
22,5
arco con re uerzos exc n r co u 1
Pndulo invertido 2 2 \/ u 1Estructuras con ncleo de hormign armado y muros
Marco resistir momento + refuerzos concntricos 4 4 \/ u 1
Desmontes concretas no conectados en contacto conmarco
Desmontes concretos conectados => compuesto
2 2
Desmontes concretos aislados en el marco
45 \/ u 1
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Criterios aplicables a la estructura primaria
Criterios de ductilidad local: ft
b
Libre eleccin: zonas disipativas locales pueden ser=> en elementos estructurales=> en conexiones Pero la efectividad para demostrar
wtd
Si OK de conexiones de fuerza semirrgidas o parcial:Capacidad de rotacin adecuada < => deformaciones globales
Analiza efecto de deformaciones de las conexiones de derivaCapacidad de deformacin plstica de elementos
f f
=> clases de secciones del Eurocdigo 3
ase e uc ac or e compo ruz c ase secc onaDCH q > 4 clase 1GC. 2 q clase 4 2DCM 1,5 q 2 clase 3DCL q 1,5 clase 1, 2, 3, 4
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Marco de momento resiste a acero
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Ilustracin de diseo 1 g
Acero momento resiste a marco
Andr PLUMIERUniversidad de Lieja
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Marco de momento resiste a acero
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Objetivos del diseo
Plstico bisagras en vigas o sus45
6
conexiones, no en las columnas'Dbil rayo fuerte columna' WBSC
Ductilidad global
3
2
1
2, 9 m
Capacidad de rotacin plstico en viga
termina: 2
Y1 Y2 Y3 Y4
Ductilidad local=> clases de secciones
x 6
6m
Resistencia ssmicaMarcos interiores y perifricas de momento
x 4
6m
6m
P: Max 5 \/ = 5 x 1, 3 = 6,5u 1q = 4 elegido
x 3
x 2
6m
=> DCM Secciones de clase 1 o
8 m 8 m 8 m
x 1
6m
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Marco de momento resiste a acero
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Pasos de diseo
Diseo preliminare n r as secc ones e a v ga m n esv ac nbajo gravedad de carga
Iteraciones hasta que todos disear criterios cumplidas- secciones de columna comprobacin \"Dbil rayo fuerte columna\"- m masa ssmica = (G + EI Q)
- erodo t por la frmula de cdigo- cizalla base resultante F => fuerzas de plantasb- anlisis esttico fotograma de un plano
lateral loads magnificadas por torsin factor => Elateral cargas mag- anlisis esttico gravedad de carga ( Q + G)2I- verificacin de la estabilidadEfectos P- parmetro
2I- desplazamiento comprueba en terremoto 'servicio' = diseo x 0,5 EC
- Accin de combinacin de efectos E + G + q2I- con roes e se o: ress enca e seccon nes a a e eemen
- Diseo de conexiones- Diseo con RBS reducido haz secciones
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Marco de momento resiste a acero
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Sitio y construccin de datos gR ,Importancia de la construccin; edificio de oficinas, = 1,0ME => un = 2,0 m\/sg 2
Carga Q = 3 kN\/m 2
spec ro e se o; poSuelo B => de cdigo: S = 1,2 T = 0,15sB T = 0,5SC T = 2SDFactor de comportamiento: q = 4
VigasAsumi arreglado en ambos extremos. Abarcan l = 8 m pLmite de desviacin: f = l 300 bajo G + Q
f = pl \/ 384EI = l\/3004
- direccin x: IPE400 Wpl = 1307.10 mm3 3 Yo = 23130.10 mm4 4- y de la direccin: IPE360 Wpl = 1019.10 mm3 3 ME = 16270. 10 mm4 4
=> iteraciones
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Marco de momento resiste a acero
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Despus de iteraciones
Vigas direccin x: IPE 500 Yo = 48200.10 mm4 4
Wpl = 2194.10 mm3 3
direcci n y: 450 IPEA Yo = 29760.1 Wpl = 1494.10
Columnas: HE340M: MEeje fuerte = Me = 76370.10 mm4 4
MEeje dbil = Me = 19710.10 mmz 4 4
WPL, eje fuerte = mm 4718.103 3 WPL, weakaxis = mm 1953.103 3
Verificacin dbil rayo fuerte columna (WBSC):
RBRC 3,1 MMo os => cr er os
Masa ssmica suelo considerado como nivel de fijeza
vigasPL,columnasPL,
m = G + EI Q 3 2I EI = 0,15
Nota: marco de acero = masa ssmica de 7,5%,podran tomarse constantes en iteraciones
G + EI Q pisos = masa ssmica 70%
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Marco de momento resiste a acero
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Evaluacin de diseo ssmico distorsionar utilizando el mtodo de 'transversales'
Estimado fundamental perodo t de la estructura:T = C Ht
3\/4 C = 0,085t H = 6 x 2,9 m = 17,4 m
=> T = 0,085 x 17,4 3\/4 = 0,72 sAceleracin de diseo pseudo S (T):d T < T < TC D
S (T) = (2,5 a x s x T) \/ (q x T) = (2, 5 x 2 x 1, 2 x 0,5)\/(4x0,72) = 1,04 m\/sd g C2
bRFbR = mS (T) = 3060.10 x 1,04 x 0,85 = 2705.10 N = 2705 kNd 3 3
6 marcos mismos diafragma de piso eficaz bX bX bR
Torsin por amplificar f bX por = 1 + 0, 6 x \/ L = 1 + 0,6 x 0,5 = 1,3FbX incluyendo la torsin: FbX = 586 kN
Pisos fuerzas distribucin Triangular en kNF1 = 27,9 F2 = 55,8 F3 = 83,7 F4 = 111,6 F5 = 139,5 F6 = 167,5
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Marco de momento resiste a acero
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Resultados del lateral fuerza anlisis mtodo
DiagramaDe
MomentosBajo E
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Marco de momento resiste a acero
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Diagrama de momento flector: E + G + q2I
Unidades: kNm
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Marco de momento resiste a acero
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Estado lmite ltimo. Requisito de no contraer
Condicin de resistencia R ed ddValor de diseo e del efecto de la accin en una situacin de diseo ssmico:dE = gd k, j P + + 2I.QKi + 1AEdEn MRF: Comprobar articulaciones plsticas en los extremos de la vigaMPL, RdM Ed
Limitacin de 2NDefectos de ordenSi es necesario, 2ND efectos de orden son tenidos en cuenta en el valor de ed2NDmomentos de orden ptot dr 1St momentos de orden vtot h en cada pisoV cortante ssmica total en lantas consideradaH altura de plantasPtot G total en y sobre el piso
Ptot
Dr = q.dre
r s eReglas 0,1 => Efectos P- insignificantes
N
V
N
h 0,1 < ,=> multiplicar los efectos de la accin por 1 \/(1-) Siempre: 0,3
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Marco de momento resiste a acero
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Limitacin de daos
No estructurales elementos materiales frgiles conectados a la estructura:
Elementos no estructurales dctil :Elementos no estructurales sin interferir con deformaciones estructurales
hd 005,0r hd 0075,0r
(o no elementos no estructurales):dr deriva interstorey de diseo
hd 010,0r
factor de reduccin para el menor perodo de retorno de la accin ssmicaasociado a la exigencia de limitacin de daos.
= 0,4 de importancia las clases III y IV
= 0,5 para importancia clases I y II
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Resultados del lateral fuerza anlisis mtodo
Mtodo de fuerza lateral = E + G + s Ei. QG + Ei. Q = 35,42 kN\/m
Absoluta Diseo PisosCizalla
Total
Interstorey
Storey
ment deel
lanta
n ers oreydrift
(d -d):me i-1
a erafuerzas
G xme
en plantasG xme
gravedadcarga en
Pisos
alturaE:me
sencoeficiente
(E -E):me i-1
d [m]med [m]r V [kN]me
Vtot [kN] Ptot [kN]
h [m]me
E0 d0 0 DR0
E1 d1 d 0,033 R1 0.033 v 1 27,9 Vtot 1 586,0 p tot 1 h 5100 1 2,9 1 0,100
E2 d2 d 0,087 R2 0,054 v 2 55,8 Vtot 2 558,1 p tot 2 4250 h 2 2,9 2 0,141
E3 d3 d 0,139 R3 0,052 v 3 83,7 Vtot 3 502,3 p tot 3 h 3400 3 2,9 3 0,122E4 d4 d 0,184 R4 0,044 v 4 111,6 v tot 4 418,6 p tot 4 h 2550 4 2,9 4 0,093
E5 d5 d 0,216 R5 0.033 v 5 139,5 v tot 5 307,0 p tot 5 h 1700 5 2,9 5 0,062
E6 d6 d 0,238 R6 0,021 v 6 167,5 v tot 6 167,5 p tot 6 850 h6 2,9 6 0,037
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2NDefectos de orden2
= 0,1223=> aumento de M, V, N, d en elementos en pisos 2 y 3r
=> hacer resistencia
Controles en terremoto de servicioInterstorey aleje d mx.: D = 0,5 x 0,054 x 1 \/ (1-) = 0,031 ms sLmite: 0,10 h = 0,1 x 2,9 m = 0,029 m 0,31 m
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Anlisis dinmico Mtodo de superposicin modal
Se analiza un fotograma nico plano en cada direccin x o yEfectos de torsin por = 1,3=> una para el anlisis: un = 2 x 1,3 = 2,6 m\/sy2
Salida:
T = 1,17 s > 0,72s1 FbX = 586 kN mtodo de fuerza lateral un fotogramaFbX = 396 kN respuesta dinmica un fotograma
Anlisis ms refinado => economa
Deriva interstorey haba reducido d mx.:sD = 0,5 x 0,035 x 1 \/ (1-0,137) = 0,020 msLmite: 0,10 h = 0,1 x 2,9 m = 0,029 m > 0,02 m => OK
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Resultados del mtodo de superposicin modal
DiagramaDe
MomentosBajo E
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Su er = E + G + G kN\/m
Resultados del mtodo de superposicin modal
Absolutadis lacem
Diseointerstore
Pisoslateral
CizallaTotalPisos acumulativa
Interstoreyderiv
Pisos ENT de laplantas:
ydrift
(d -d):me i-1
fuerzas
G xme
en
Pisos E:me
gravedadcargar enPisos E:me
a uraG xme
h [m]
sensibilidadcoeficiente
me d [m]r V [kN]me tot Ptot [kN]E0 d0 0 dR0E d d 0,022 0,022 V 26,6 v 396,2 p h 5100 2,9 0,099
E2 d2 0,057 d R2 0,035 V2 42,9 v tot 2 369,7 p tot 2 4250 h 2 2,9 2 0,137
E3 d3 d 0,090 0.033 V3 V 50,0 tot 3 326,8 p tot 3 h 3400 3 2,9 3 0,118
E4 d4 d 0,117 R4 0,027 V4 61,1 v tot 4 276,7 p tot 4 h 2550 4 2,9 4 0,086
E5 d5 d 0,137 R5 0,020 V5 V 85,0 tot 5 215,6 p tot 5 h 1700 5 2,9 5 0,054
E6 d6 d 0,148 R6 0,012 V6130,6
Vtot 6 130,6 p tot 6 850 h6 2,9 6 0,027
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Marco de momento resiste a acero
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Controles de elementos
Efectos de la accin a considerar son:
EEd,OVGEd,Ed 1,1 NNN
Tengan en cuenta:- Seccin reforzado = M PL R \/ MEd
EEd,OVGEd,Ed
,OV,
1,1 VVV
- F material reforzado y, real\/ fy, nominal = OV
Pandeo de columnLongitud de pandeo = 2,9 m = altura de pisosNb, Rd = 9529 kN > 3732 kN en tierra nivel Vale
Articulaciones plsticas en base de la columnaInteraccin M: N Eurocdigo 3 (EN1993-1-1 cl 6.2.9.1)
Ed
2I
Ed
PL, Rd
,un \/A = (A-2bt) = (31580 2 x 309 x 40) \/ 31580 = 0,22 > 0,17 (n =)fMPL, y, Rd= fYDx w PL, y, Rd= kNm 1674,89
MN, y, Rd = MPL, y, Rd n Ed = 426 kNmComo n < un => MN, z, Rd = MPL, z, Rd = 693 kNm > MEd = 114 kNm=> resistir momentos > disear efectos de accin mEd = M (E + Q + G)2I
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Otros controles
Viga lateral pandeo torsional
en conex n e v ga co umna = PL
Soportes lateralespuede ser necesario
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Marco de momento resiste a acero
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Paneles web de columnaM Sd, sup
Zona de grupo ColumnaD
TF
VWP, Ed
hdleft MPl, Rd, derecho
h
TF
DC TF, derecha
Efecto de la accin ssmica
M Sd, inf
En el panel de web de columna
VWP, Ed = Mizquierda de PL, Rd,\/ (dizquierda2Tf, izquierda) + Mderecho de PL, Rd,\/ (dderecho 2tf, derecho) + VEd, columnaA menudo: VWP, Ed > VWP, Rd
soldadas en web o colocado \/ a weblas soldaduras de resistencia de cizallamiento de placa
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Marco de momento resiste a acero
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Las zonas de Dissipatives pueden ser en vigas o en conexiones
Misma exi encia de ductilidad loc = \/ 0, 5 L > 35 mradp DCH
mrad > 25 DCM (q > 2)p
bajo cargas cclicas a pfuerza degradacin < 20 %
Condicin de diseo conexin Si son zonas disipativas en vigas => M RD, conexin 1, 1 OVMHaz de PL, Rd,
Si disipa las conexiones=> diseo de capacidad se refiere a la resistencia plstica de conexin
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Conexiones: ECevitar la localizaci
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Diseo de conexiones de la columna de viga
Detalle: No en EC8 en los anexos nacionales, en AISC2000, AFPS2005 Sin embargo 1 caracterstica comn:Tipos de conexin y las clases correspondientes de ductilidad
Mximo
ma a
Woolf
ase e uc a permpo e conex n
Europa NOS
Haz pestaas soldadas, web de viga atornillada auna ficha de distorsin soldada a la brida de la columna. 34 Fig.
DCL * OMF *
Haz pestaas soldadas, web de viga soldada auna ficha de distorsin soldada a la brida de la columna. 31 Fig.
DCH SMF
Haz bridas atornilladas, haz web atornillada a una
DCH SMFdistorsionar brida soldada tocolumn de ficha. 35 Fig.Unstiffened de placa de final soldada a la viga yatornillada a la brida de columna por 4 filas de pernos. Fig.36
DCH SMF
Placa de extremo rgida soldada a la viga y DCH SMF
atornillada a la brida de columna por 8 filas de pernos. 37 Fig.Seccin de viga reducida. Haz pestaas soldadas, haz websoldadas para distorsionar ficha soldada a la brida de la columna. Fig.38
DCH SMF
.Haz y atornilladas a la brida de columna por 4 filas de pernos.Igual que Fig.36, pero con secciones de brida reducida.
* Puede ser considerado para DCM (equivalente al FMI) en algunos pases
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Acero fue ductile
Northridge de 1994
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Bridas de viga soldadas,
web de viga atornillada aficha de cizalladura soldada a
abrazadera de columna
ficha de cizalladura soldada a brida de columna.
DCL baja ductilidad
-
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Marco de momento resiste a acero
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Unstiffened de placa de final soldada aHaz y atornilladas a la brida de columna
Placa de extremo rgida soldada aHaz y atornilladas a la columna
DCM - DCH
DCM - DCH
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Marco de momento resiste a acero
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Detalles del agujero de acceso soldadura en FEMA
Criterios de diseo0, 5b a 0, 75b0, 65 h s 0, 85 h
b: brida anchoh: haz profundidad
Dogbone o RBS reducida seccin de viga.
Haz pestaas soldadas, web de viga soldada a
ficha de cizalladura soldada a brida columna DCM - DCH
, ,b = b 2 ce
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Marco de momento resiste a acero
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ESTADOS UNIDOS. rea de los Angeles. 2
Grenoble.F brica de Ski
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Un comentario
Si haz bridas estn soldadas a las bridas de la columnay web haz est soldada a una ficha de cizalladura soldada a la brida de columna las soldaduras a tope de pestaa transmitir mPL, bridas las soldaduras web transmiten m + cortante v,
MRD, conexin 1,1 OVMHaz de PL, Rd,
MPL, bridas = b t f (d + t)f f y f MPL, web= t f d \/ 4w
2y
MRD, la web, la conexin 1,1 OVMPL, web= 1,1 OVt f d \/ 4w 2 y
=> ficha de distorsin ms fuerte que la web=> Soldaduras superior e inferior en cizalla ficha requerida
Adems de las soldaduras de filete de web para distorsionar
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Diseo de conexin
-
IPE A 450
L 340 M6
0
60
70
167
0
60
13,1
60
4 M 36
IPE 500 82
82
82
100
100
0
IPE A 4506 M 20
150
50
16
70
82
60
10
601
3,1
IPE 500
70
4 M 36
130
35
40 406
0
L 340 M
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Diseo de conexin atornillada
C a p a c i d a d d e s i g n p y g MRD, conexin 1,1 OVMHaz de PL, Rd,= 1,1 x 1,25 x 778,9 = 1071 kNm
60
60
70
167
0
60
131
60
4 M 36
Plegado de momento mRD, conexin
82
82
82100
100
0
IPE A 4506 M 20
=> 4 filas x 2 pernos 10,9 M36
fila 1: h = 50016 + 70 = 554 mmr16
0
82
60
10
601
31
70
4 M 36
fila 2: h = 50016-70 = 414 mmrResistencia F TR, DrM36 tensin:F = 0, 9f a \/ = 0, 9 x 1000 x 817\/1, 25 = 588 kN
60
7
,
MRD, conectar= (554++ 414) x 2 x 588 = 1138 > 1071kNmL 340 M
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VRD, conexin V Ed, G + 1,1 OVVEd, E Diseo de capacidad
V = M 2 \/, ,VEd, G = 0,5 x 8 x 45,2 = 180,8 kN [G + Q = 45, 2 kN\/m]2IVRD, conexin 180,8 + 1,1 x 1,25 x 194,7 = 448 kN
0
60
6
70
167
0
6
131
0
60
4 M 36
82
82
81
100
100
IPE A 4506 M 20
Cortante VRD, conexin16
70
82
60
601
31
IPE 500
70
4 M 36
=> 6 Tornillos M20 10,9 en lados de webTornillos de resistencia: 6 x 122, 5\/1, 25 = 588 > 448kNResistencia de rodamiento de la placa:
60
L 340 M
VRD, placa= (6 x 193 x 40) \/(10 x 1,25) = 3705 > 448kN
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Diseo de placa final
Fuerza de tensin f aplicando una pestaa para placa de final:,FTR, Dr= MRD\/ (500 - 16) = 2213 kN
4 MPL, 1, Rdx = FTR, Dr x x mM: superficie (70 mm) de la brida de eje del perno distancia
Rendimiento en carretera, no en la placa:4 MPL, 1, Rdx > FTR, Dr x x m
PL, 1, Rd= (l.EFFx t x f) \/ 4y M0lEFF= 300 mm M0 = 1,0f = 355 N\/mmy
2
IPE 500
(4x300xt x 355) \/ 4 = 2213.10 x 702 3
t = 38,1 mm min. L 340 MIPE 500FTR, Dr
t = 40 mm
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Verificacin de la resistencia de la placa de extremo y abrazadera de columna a puetazop, Rd TR, Dr
Verificacin idntico para la placa de extremo y abrazadera de columna:mismo espesor 40 mm y f = 355 N\/mmy 2
TR, Dr= 553 kNBp, Rd resistencia de cizallamiento puetazos a un cilindrodimetro dm cabeza del perno = 58 mm para tornillo M36t de placa = 40 mmpBp, Rd = 0,6 d m f t = 0, 6 x 3, 14x58x40x500 \/1,25 = 2185.10 np u 3
= 2185 kN > 553 kN
Soldaduras entre vigas y placas de fondo
adecuada preparacin y ejecucin (V surcos, soldadura de ambos lados) satisfacer el criterio reforzado => ningn clculo necesario
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Verificacin del panel web de columna de cizalla
Articulaciones plsticas en secciones de carretera junto a la columnaCizalladura del diseo vWP, Ed en la zona de grupo:VWP, Ed = Mizquierda de PL, Rd,\/ (dizquierda2Tf, izquierda) + Mderecho de PL, Rd,\/ (dderecho2Tf, derecho) + VSD, cDescuidar V SD : VWP Ed = 2 x 1071. 10 \/(377-2x40) = kN 72123VWB, Rd = (0,9 f ay WC) \/ (3 x M0) = (0, 9 x 355 x 9893) \/ 3= 1824 kN 50 mm
150
IPE 500
3550
IPE A 450
130
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Verificacin del panel web de columna en compresin transversalc, wc, Rd WC EFF, c, wc WC y, wc M0
k y de configuracinWCen 1,0bEFF, c, wc= t + 5 (t + s) = 16 + 5 (40 + 27) = 351 mmFB FC
ac en o caso om so e as p acas e conex n e vFc, wc, Rd = 351 x 21 x 355 = 2616. 10 N = 2616 kN > F3 TR, Dr= kN 2213
Una comprobacin ms completaincluyen conectar placas de rayos en la direccin yb = t + 5 (t + s) = 16 + 5 (40 + 27++ 40 + 40) = mm 751, ,
Verificacin del panel web de columna en tensin transversal= bc, wc, Rd EFF, c, wc WC y, wc
idntico al anterior, satisfecho
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Comentarios sobre las opciones de diseo
Diseo regida la limitacin de desviaciones:- P- terremoto de diseo- deriva Inter-Storey terremoto de servicioHaz secciones poseen un margen de seguridad para resistencia a diseo ECMHaz de PL, Rd,= 778 kNm > M Ed = kNm 591 (peor momento caso)
Reduccin de las secciones de la viga localmente por 'dogbones' o RBS- cambiar la rigidez de la estructura por pocos %
- conexiones
MHaz de PL, Rd,podra reducirse a 778\/591 = 1,32 e uc r e momen o e a conex n se
Ed, conexin
= 1,1OV PL, haz de Rd
, Perno reducir dimetros, espesor de la placa de extremo...
En las columnas de permetro, relacin mHaz de PL, Rd,\/ Ed = 1,61
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Influencia del aumento de la flexibilidad debido a RBS
El aumento de la flexibilidad del marco y :- por aproximadamente el 7% (cdigo canadiense)- Revisin de factores de amplificacin 1 \/ (1-)
Pisosn ers orey er
sensibilidad coeficiente amplificacinfactor 1 \/ (1-)
Sin Con RBS Con RBS
1 0,099 0,105 1,112 0,137 0,147 1,17
4 0,086 0,092 15 0,054 0,057 160.027 0,028 1
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Influencia de la distancia RBS para conexin en el momento de diseo
un = 0,5 x b = 0,5 x 200 = 100 mm
s = 0,65 x d = 0,65 x 500 = 325 mm
Distancia RBS a cara de columnaun + s\/2 = 162,5 + 100 = 262 mm
Momento de flexin lineal entre final de viga -1 \/span 3
=> Diseo curvado momento en RBS
L'
d, RBS
= 596 x (2666262) \/ 2666 = 537 kNm
M
RBS
RBS
x
VEd, E
x'
VEd, E
HC
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Definicin de la seccin corta por RBS.
c en el intervalo 0, 20b-0, 25b c = 0, 22b = 44 mmIPE500 PL, yfy x 355 = 778. Nmm 10Momento de pestaa: b t f (6D - t) = 16x200x355(50016)f y f = 549. Nmm 106
Momento de Web:f t (d - 2t) 4 = 10, 2 x 355 (500 32)w f 2 2 = 198. Nmm 106
Debido a la raz radios web-pestaa junctions:(778549198) = 31. Nmm 106
Momento plstico de menor IPE500e
Momento de pestaa: b t f (d-t) = 16x112x355(50016) = 308. Nmm 10e f y f 6Momento plstico RBS: MPL, Rd, RBS= (308++ 198++ 31) 10 = 537.10 Nmm6 6
ara nes e a r cac n: ra o r R = (4C + s) \/ 8 c = (4 x 32 + 325) \/(8 x 32) = 857 mm2 2 2 2
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Diseo de momento y cortante en la conexin
VEd, E = M 2PL, Rd,, RBS \/ L'
L'= 8000377-(2 x 262, 5) = 7098mm
= L'Ed, E VEd, G en RBS debido a la gravedad G + p: v2I Ed, G
= 0, 5 x 7, 098 x 45, 2 = 160,4 kN
LRBS RBS
VEd, E = VEd, G+ 1,1 OVVEd, EVEd, E = 160, 4++ 1, 1 x 1, 25 x 151 = 368 kN
VEd, EMPL, Rd, RBS
VEd, EMPL, Rd, RBS
HC
MEd, conexin = 1,1 OVMPL, Rd,, RBS+ VEd, E dist x xx = a + s\/2 = 262, 5 mm
x x'
MEd, conexin = 1, 1 x 1, 25 x 537++ 368 x 0, 2625 = 834 kNmDebido a RBS, MEd, conexin reducido de 1071 kNm a 834 kNm =-28%
VRD, conexin 448 kN sin RBS VRD, conexin 368 kN con RBSReduccin de la distorsin de diseo en conexin = - 21%
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Ilustracin de diseo 2
Compuesto de acero y hormign pMomento resiste a marco
Hughes SOMJA
Universidad de Lieja
Andr PLUMIERUniversidad de Lieja
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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PrincipalHaz
m
3,5m 6
m
Maen
Haz
.5m
3.5
17,5m
6m
24m
m
3.5m
Z
6m
Y Ry
7 m 7 m 7 m
3.5
X
7 m 7 m 7 m
6m
X Segundo
Haz
21 medificio de 5 pisos
Losa de espesor 120 mm Diseo de proyecto de RFC \"OPUS\"
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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4 casos de diseo
Sismicidad Vigas de acero de las columnasAlto 0, 25 g Comp. acero S355
Alto 0, 25 g Comp. Comp. S355
Baja de 0, 10 g Comp. acero S235
Baja de 0, 10 g Comp. Comp. S235
Acciones permanentesLosa: 5 kN\/m2 Particiones: 3 kN\/m
Uniformemente distribuido cargas: q = 3 kN\/mk 2
Concentrado de cargas: Q = 4 kNkura e carga a a n eve = m q = .
Carga de viento: q (Z) = 1,4 kN\/m2p Accin ssmica = 1,00 unME gR = 0, 25 g 0, 10 g 0 0,7
suelo de espectro 1 diseo de tipo b GC. q = 4Valores de los factores 1
2
0,5
0,3
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Masa ssmica del edificio G + qk EI kEI 2I 2I
= 1 Clusula 4.2.4 y tabla 4.2 del francs NF
G = + G + G + G = + Q
Cierto.1 Caso Case3 Case4
1900 1963 1916 1994
1* ( ) * F m SB D T Base ssmica distorsionar por mtodo de fuerza Lateral
1963 * 0.535 * 0,85
892 kNb
b
F
F
Base de corte fBX
en cada fotograma del Seor
Efecto de torsin178.4 kN5 5
b
bXF 10.6*
x *bXt bX F F
=>1.3
1.3 * 178.4
232 kNbXt
bXt
F
F
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Distribucin de cargas ssmicas
Ssmica estticafuerzas equivalentes
Caso1
Caso2
Caso3
Caso4
E5
E4
E1 (kN) 15,7 15.5 7.7 7.7E2 (kN) 31,4 30,9 15,4 15.3E3 (kN) 47.1 46,4 23.1 23,0
E3
E2
E4 (kN) 62,8 61,9 30,8 30,7E5 (kN) 78,5 77.3 38,5 38,3
E1
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Combinaciones en ULS consideran en el anlisis de un edificio de oficinas
1.35 1.5 1.05 0.75
1.35 1.5 1.05 0.75
GW Q S
S DE GW Q
1.35 1.5 1.05 0.75
1.35 1.5 1.05 0.75
GQ W S
GQ S W
Q: carga impuestaS: Carga de nieve
1.35 1.5 1.05
1.35 1.5 1.05
G W S Q
GS W
Situacin ssmica de diseo
G + Q + Ek 2 k con = 0,32
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1. Anlisis estructural
Tensiones internas de accin efectos
Efectos de segundo orden
Condicin de ductilidad global y Local
2. Daos comprueba
3. La seccin y los controles de estabilidadVigas mixtas
Columnas de acero
Columnas compuestas
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Diseo 4 T tradicio Sd(T)EC8(s) EC8
TExacto exacto
SD(T) Ssmicamasa
sm c a gas m\/s s m\/s tAlto 0, 25 g Comp. acero S355 0,727 1,26 1,64 : 0,56 1900
Alta 0 25 Com . S355 1 26 1 72 : 0 5 1963
Baja 0, 10 g Comp. acero S235 0,727 0,51 1,35 0,27 1916
, . , , ,
dS T
21,84 r e s p o n s a b l e
21.96 r e s p o n s a b l e
3
41 *tTCH
2
1.265 r e s p o n s a b l e20,8 m\/s
Alta sismicidad1 . s
2
0,5 r e s p o n s a b l e
2
0.736 r e s p o n s a b l e
2
0.2 r e s p o n s a b l e
Baja
T S2D
T
S
0,1
5
B
T
S
0,5
C
T
S
0.7
27
T
S
1.8
5
T
S
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Anlisiss, compuesto
Vigas: EC8 limitada a perfil + losa de acero x
d
como EC4 2 rigidez de flexin:EI secciones uncracked
= 7
s, acero
s, compuesto
EI para zonas bajo M-2 secciones agrietadas
un cm
Un equivalenteEQconstante en lapso podr utilizarse:EQ , 1 2
Para columnas compuestas: (IE) = 0,9 (EI + rEc un c cmME+ E I)s cm : hormign
r una reduccin factor r = 0,5.Yo, yo y yo: I de la seccin de acero, hormign y re-bars respectivamenteun c s
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Ancho efectivo
Eurocdigo 4-1
b0 distancia entre centros de la outstand distorsionar conectores y esse supone que el cero en nuestro ejemplo.
e
= L 8e no mayor que el ancho bme
0EFF EIb bb 1225 (en mid-span)
875 (en un soporte de fin)EFFmm
bmm
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Ancho efectivo
Eurocdigo 8-1Ancho eficaz b EFFhormignpestaa E1 + bE2Parcial ancho eficaz b een las tablas, no b1 2
2 Tablas. Determinacin deRigidez elstica : meResistencia plstica mPL
compresin en la losa: +tensin -
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Tabla EC8Parcial ancho eficaz b
e
be Elemento transversal b ie (Anlisis elstico)
En la columna interior presentar o no presentar Para m negativo: 0,05 l
En la columna exterio Para m ositide losapara el clculo de Iutilizados en anlisis elstico
En la columna exteriorNo presentar,
o re-bars no anclados
Para m negativo: 0
Para m positivo: 0,025 l
Si no de osicin d Elemento transversal b ara MmomentoM
(De plsticoresistencia)
M negativo Interior columna
Re-bars ssmicas 0,1 l
Tabla EC8Parcial ancho eficaz b e
columna
Haz o concreta canti Franja de borde de palancaM negativo Exterior
columnaTodos los diseos con re-bars no anclado aviga de fachada o al borde de la mnsula de hormignFaja
0,0
para la evaluacin demomento plstico mPL
pos n er or columna
e- ars s s ,
M positivo Exterior columna
Viga transversal de acero con conectores.Losa de hormign hasta la cara exterior de columnade la seccin h con fuerte eje orientado como en
0,075 l
gura o
Re-bars ssmicasM positivo Exterior columna
Ninguna viga transversal de acero o acero transversalHaz sin conectores.Losa de hormign hasta la cara exterior de columna
b 2 + 0,7 h 2b c
de la seccin h con fuerte eje orientado como enFigura 63, o ms all (franja de borde).Re-bars ssmicas
M positivo Exterior columna
Todos los otros diseos. Re-bars ssmicas b 2b be, mx.be mx = 0, 05 l
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Ancho de losa efica Por el momento ne ativbEFF(mm) en la columna
MPL, Rd+
MPL, Rd-
EC4 No definido 875 mm.
Anlisis EC8 elstica 525 mm 700 mm
EC8 Momentos plsticos 1050 mm 1400 mm.
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200 mm
12 mm
bEFF
20 mm
20 mm
120 mm
IPE330_Case 1 y 2
IPE360_Case 3 y 4
Vigas mixtas Columnas compuestas Columnas de acero
Verificacin de c\/tclases de secciones= condicin 1 de ductilidad local en plstico hingescondition 1 de ductilidad local
Vigas compuestas con IPE330 => clase 2
Columnas compuestas HEA320 => clase 1
8/3/2019 Normas especficas para el diseo y Detalles de edificios de acero
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 64
ObservacinFavorable influencia de revestimiento de hormign de ductilidad local.Hormign: - evita el pandeo local hacia el interior de las paredes de acero
- reduce la degradacin de la fuerza=> C\/t lmites de esbeltez de la pared de las secciones compuesto p
> las secciones de acero purasAumentar hasta un 50% si:
secciones com letamenBarras rectas adicionales soldada a dentro de bridas
para secciones parcialmente encerradas
hc
tf tf
hc
h
=TWh=
b = c.cb = c.
8/3/2019 Normas especficas para el diseo y Detalles de edificios de acero
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 65
Los lmites de esbeltez de la pared para secciones de acero y encajado h e I
para detalles de diseo diferentes y q factores de comportamiento.
Clase de ductilidad de la estructura
DCM DCH
c
tf tf
Valor de referencia de comportamiento factor q1,5 < q 2 2 < q 4 q > 4PESTAA destacan lmites c\/tfReferencia: H o I seccin en acero sloEN1993-1-1:2004 tabla 5.2 14 10 9 PESTAA destacan lmites
h=
hTW TW
h=
h
H o I seccin, parcialmente encerrado,con conexin de hormign para webcomo en la figura 57 b) o por soldadura clavos.EN1994-1-1:2004 tabla 5.2 20 14 9 PESTAA destacan lmites c\/tf
cb = c.
cb = c.
H o I seccin, parcialmente encerrado+ enlaces recta como en la figura 57 un) colocadoscon s\/c 0,5EN1998-1-1:2004 30 21 13,5 PESTAA destacan lmites c\/tf
sssssss
o secc n, tota mente enca o+ aros colocados con s\/c 0,5EN1998-1-1:2004 30 21 13,5 Profundidad WEB a espesor lmite c \/ tw wc \/ tw w = h 2t f
Web completamente en compresin
EN1993-1-1:2004 tabla 5.2 42 38 33 Profundidad WEB a espesor lmite c \/ tw wH o I Seccin, web completamente encompresin, seccin parcialmente encajonadocon conexin de hormign para web o totalmenteencerrado con aros.EN1993-1-1:2004 tabla 5.2 ,EN1994-1-1, cl.5.5.3(3) 38 38 33
Nota:= (fy\/235)0,5 con f en MPay
8/3/2019 Normas especficas para el diseo y Detalles de edificios de acero
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 66
Condicin 2 de ductilidad local en plstico depende de perfil de acero H + losaRendimientos de acero:>
yHormign siendo elstico: 4 355 0,20DCH
q > 4 235 0,27
8/3/2019 Normas especficas para el diseo y Detalles de edificios de acero
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 67
s, compuesto
200
bEFF
x
d
20 mm
20 mm
120 mm
s, acero
s, compuesto
IPE330_Case 1 y 2
IPE360_Case 3 y 4
Cierto.1IPE330
CasoIPE330
Case3IPE360 IPE360
Case4
(x \/ d) Valores lmite EC8 0,27 0,27 0,36 0,36
(x \/ d)Max Valores de diseo 0.268 0.268 0.239 0.239
8/3/2019 Normas especficas para el diseo y Detalles de edificios de acero
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 68
50
50
50
50
IPE360 IPE360 IPE360
0 0 0 0IPE360 IPE360 IPE360 m 6
0
6
0
6
0
6
0
IPE330 IPE330 IPE330
2
0
2
0
2
0
2
0IPE330 IPE330 IPE330
Anlisis
3,5m
3.5
HEA450
HEA4
HEA450
HEA4
HEA450
HEA4
HEA450
HEA4
IPE360 IPE360 IPE360
IPE360 IPE360 IPE360
HEA400
HEA4
HEA400
HEA4
HEA400
HEA4
HEA400
HEA4
IPE360 IPE360 IPE360
3,5m
3.5
LA360
HEA
LA360
HEA
LA360
HEA
LA360
HEA
IPE330 IPE330 IPE330
IPE330 IPE330 IPE330
m HEA320
HEA
HEA320
HEA
HEA320
HEA
HEA320
HEA
IPE330 IPE330 IPE330
m
3.5m
450
HEA450
450
HEA450
450
HEA450
450
HEA450
IPE360 IPE360 IPE360
17.5
400
HEA400
400
HEA400
HEA400
400
HEA400
IPE360 IPE360 IPE360
IPE360 IPE360 IPE360
m
3.5m
360
HEA360
360
HEA360
360
HEA360
360
HEA360
IPE330 IPE330 IPE330
17.5
320
HEA320
320
HEA320
LA320
320
HEA320
IPE330 IPE330 IPE330
IPE330 IPE330 IPE330
3,5m
3
.5
HEA450
HE
HEA450
HE
HEA450
HE
HEA450
HE
IPE360 IPE360 IPE360
HEA400
HE
A
HEA400
HE
A
HEA400
HEA400
HE
A
IPE360 IPE360 IPE360Z
3.5m
3.5
LA360
HE
A
LA360
HE
A
LA360
HE
A
LA360
HE
A
IPE330 IPE330 IPE330
HEA320
L
A
HEA320
L
A
HEA320
HEA320
L
A
IPE330 IPE330 IPE330Z
7 m 7 m 7 m
21 m
7 m 7 m 7 m
21 m
a s sm c a a a s sm c a
Azul: con columna de aceroRojo: con columna compuesta Vigas todos son compuestos
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 69
Resultados de anlisis de ejemplo
NMax = kN 1980 Mz, mx. = 319 kNm
C
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Verificacin de EC8Resistencia de zonas disipativasVerificacin: articulaciones plsticas en los extremos de la vigaMPL, Rd+ M Ed+
MPL, Rd- M Ed-
MPL R -* F M WPLB y
342 kN.m (IPE330)
317 kN.m (IPE360)M
Mximo \"el ritmo de trabajo\" min
MPL, Rd+ 495 kN.m (IPE330)
PLB yF MW
M
en vigas: M Ed\/MPL, Rd
Esttica ssmica =. Acciones(EC4)
Accione(EC8)
MPL, Rd\/ MEd
Caso 1: alta sismicidad (columnas de acero) 0.933 0.826 1,21
Caso 2: alta sismicidad (columnas compuestas) 0.953 0.840 1,19
Caso 3: baja sismicidad (columnas de acero) 0.979 0.764 1,31
Caso 4: bajo las columnas compuestas de sismicidad) 1.000 0.779 1,28
=> Reforzado limitada min
C t t t i t
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 71
Verificacin de EC8
Efectos de segundo orden
Dr = q.dre
*0,1
*tot r P D
N NVtot
tot V Vh
EjemploColumnas de alta sismicidad: acero
Pisos N .d [m] e [m] V [kN] Vtot [kN] Ptot [kN] 1 0,007 0,007 15,70 235.48 3799.96 0.0322 0,019 0,012 31,40 219.78 3046.62 0.0483 0,030 0.011 47.10 188.38 2293.28 0.0384 0.038 0.008 62.79 141.28 1539.94 0.0255 0.044 0,006 78.49 78.49 786.60 0.017
=> Todos < 0,10
C t t t i t
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 72
Verificacin de EC8
q = 4 = 0, 5* 0,010 con * eR RD V h Dr q d
d * (mm)rPisos Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 0,010 h (mm)
2 24 26 8 10 35322 22 8 6 354 16 18 6 6 35512 10 4 6 35
Todos d < 0, 10 h => OKr
C t t t i t
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 73
Controles de elementos
EEd,OVGEd,Ed 1,1 NNN
Tengan en cuenta:
EEd,OVGEd,Ed
EEd,OVGEd,Ed
1,1 VVV
- ecc n re orza o PL, Rd Ed- F material reforzado y, real\/ fy, nominal = OV , , Max,min \/IPL Rd me Ed meme M M
1.212 (Cierto.1)324.20337
1.311 Case3
CONTROLES
257.00
Desviaciones del haz 34
384 192 300pu W LW L Lf
EI EI
C t t t i t
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 74
Resistencia de vigas a pandeo Lateral Torsional
0,52
4 C2CR en un AFZ
k C k l MGI E I
L
Riesgo real:,MaxE d b R d
M M
Refuerzos necesarios Clculo indican 1 m interdistance OK
Limitacin de compresin en vigas
* ** *S K S CK c
A A 0,15Ed
N
, ,
5767 kN (IPE330)
PL Rd a y
S C
N
,PL Rd
N,149 kN < 0,15 = 865 kN (cierto.1)
142 kN < 0,15 = 865 kN (caso)PL Rd
N
N
, 4708 kN IPE360 ,Max
,
,
127 kN < 0,15 = 706 kN (Case3)
121 kN < 0,15 = 706 kN (Case4)
EdPL Rd
PL Rd
NN
N
C t t t i t
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 75
Limitacin de cortante en vigas
234 kN 0,5 = 315.5 kN (cierto.1)V , ,, ,
Max, ,
237 kN 0,5 = 315.5 kN (caso)
231 kN 0,5 = 238.5 kN (Case3)
PL una Rd
EdPL una Rd
VV
V
Resistencia de columnas bajo compresin combinada y flexin
, ,234 kN 0,5 = 238.5 kN (Case4)PL una RdV
en situacin de diseo ssmicoEjemplo: Columnas de alta sismicidad, acero
,E d N R dM M
caso 1 N M N M N* M* M, , , , , ,Final kN kNm kN kNm kN kNm kNm
columna 1inferior -814 -41 119 140 -616 192 751superior -810 79 119 -39 -612 14 751
columna 2
inferior -1652 1 -9 158 -1666 264 574superior -1648 -3 -9 -76 -1663 -130 574
columna 3inferior -1652 -1 8 158 -1638 262 578superior -1648 3 8 -76 -1634 -124 579
columna 4inferior -814 41 -118 138 -1011 272 684superior -810 -79 -118 -39 -1007 -143 685
Comp esto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Resistencia a cortante de columnas de acero
, Max
(Para una situacin de diseo case1_Sismic)
57.54 kNEd GV
,
, Max
1 1* 39.96 = * 39.96
1 1 0.048= 1,05 * 39.96 = 41.80 kN
Ed EV
*Ed Ed, G OV Ed, E MaxMaxV = V + 1 , 1 V
V*Ed Max = 127.47 kN * 1003.48 kN (cierto.1)yA F , , 892.490 kN (Case3)3
PL una Rd
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Columna pandeo Longitud de pandeo = altura de pisos
de factores de reduccin por pandeo flexin
y zCaso 1 0.961 0.308 0,766 0.632Caso 3 1.000 0.202 0.873 0.524
y z
Interaccin factores kyy y k ZZpor momentos desiguales en los extremos de la colum*
plRdy
Edymiyy N2, 01Ck
Factor de reduccin de torsin pandeo Lateral
**EdEd MN
Comprobaciones de estabilidad**
1yyy plRd LT plRdN M
MN
, Max 1ZYz plRd LT plRd
kN M
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Aspectos adicionales de las columnas compuestas
Barras de espaciado de refuerzo de acero
Resistencia de columnas compuestas en flexin
puede considerar concreto y CabillasCizalla longitudinal para comprobar en la interfaz de hormign acero
Resistencia de secciones compuestas de compresinpuede considerar concreto y Cabillas
Resistencia de cizallamiento de secciones compuestasEn las zonas disipativas: slo la resistencia cortante del acero perfil
Efectos de orden segundo en columnas compuestas (combinacin esttico)
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Haz de conexin de columna
En la zona de conexin de columna haz de rayos (= zonas disipativas)refuerzo especfico de la losa: \"Ssmica Re-bars\" (EC8 anexo C)
AT
AT
AT
AT
C
DE
CCC
A AB
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 80
La conexin de la viga de acero a la columna:una conexin plena fuerza de acero: puede ser de acero ejemplo MRF
IPE A 450
L 340 M6
0
60
70
167
0
60
13,1
60
4 M 36
IPE 500 82
82
82100
100
0
IPE A 4506 M 20
150
50
16
70
82
60
10
601
3,1
IPE 500
70
4 M 36
130
35
40 40
60
L 340 M
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Otro ejemplo
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 82
Prueba de Ispra
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Diseo para transmitir fuerza de compresin\/tensin de losa
Haz de IPE330 Columna HEA36 t = 120 mmBEFF+= 050 BEFF+= 1400m mREAs: S500 T12@200 2 capas A = 14 x 113 = 1582 mm.SL 2 FRDS= 791 kN
= = =CD , RDC fRDSy f RDCson la fuerza de losa en tensin y compresin Que se transmiten a la columna para transmitir el haz
PL PL
Conexin de viga-columna de fachada
Cada rebar: 113 mm x 500 = 56, 5kN2
perno 1\/rebar 19 1 stud = 81, 6kN > 56,5
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 84
Conexin de viga-columna de fachadaM +
FTd1 = bcolumnaXTlosaXF = 300 x 120 x 20 = 720 kNCDRd2 columna losa , CD
FRd3 = nPernox fR, perno= 14 x 81, 6 = 1142 kNTotal: 2466kN 2520 kN = F RDC
Cabillas ssmicas para fRd2\/ 2 A = 302000\/500 = 604 mm => 4T16T 2
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 85
Conexin de viga-columna de fachada
Verificacin de la brida superior de plegado + cizalladebido a la fRd3\/ 2 V = 571 kNE
M = 571 x 0,55\/2 = 108 kNm,
Con cubierta placa t = 16 mm soldada de haz IPE330MplRd = 16 x 315 x 355\/4 = 140 kNm2 > 108
plRd = 16 x 315 x 205 = 1033kN
Interaccin M-N = (2 x 571, 1033-1) = 0,012=> MplRd sin cambios Vale
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Conexin de viga-columna interior
Como M + 1 ladofuerza de losa para transmitir:F + F = 2950 791++ = 3311 kN791 kN ms que en conexin de fachada
aumentar fTd1 = aumento columna rodamiento ancho bb Rd2
Con brida columna 360 HEA: F Td1 = 720 kNAnchura b proporcionar fb Td1 = 604 791++ = 1395 kN
b=> (581-300) \/ 2 = extensin de 140 mm tanto lateral (+ refuerzos)
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 87
Conexin de viga-columna interior aumentar fRd2 no es posible aumentar fRd3 => ms clavos
Para 791 kN => 791\/81,6 = 10 clavos 5 cada lado+ placa cubierta con mayor m &V
Diseo debe considerar vigas presentan en 2 direcciones algunas otras restricciones pueden traer parte de la solucin
Ejemplo:- brida mayor anchura es de todas formas
para la conexin al eje dbil de columna
- llevar placas de conexinsuper c e ron a en espesor e os
permite para reducir el nmerode conectores
Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Compuesto acero concreto momento resiste a marco
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Conexin de viga-columna interior
Ssmicas Cabillas
Rd2 y = 4T16 sin cambiosT
colocados a ambos lados (reversin de momento)
Estructura de hormign de acero compuesto
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Estructura de hormign de acero compuesto
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Algunos otros aspectos
de
Diseo ssmico
deCompuesto Estructuras de hormign de acero
Estructura de hormign de acero compuesto
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Estructura de hormign de acero compuesto
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Tipos estructurales
Marcos con refuerzos concntricos Marcos con refuerzos excntricos
Especfico muro compuesto estructuras tipo 1 y 2
Sistemas mixtos tipo 3 = columnas de paredes de concreto.Vigas de acero o compuestos
TIPO I TIPO 2 TIPO 3
Acero o compuestomarco de momento conaneles de hormi
Paredes de cizalla concretassumadas de acero ovi as mixtas.
Muros de hormignreforzada por encajonado
Paredes de cizalla placa de acero compuesto
.
Estructura de hormign de acero compuesto
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Estructura de hormign de acero compuesto
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Una opcin en el diseo: el grado de compuesto 'carcter'
1. Conexiones de elementos compuestas dctiles2. Secciones de acero dctiles, ninguna entrada de hormign a la resistencia de
zonas s pa vasAnlisis de la opcin 2 facilidad
pero requiere desconexin eficaz de hormign de acero
en la posibles zonas disipativas=> correspondencia entre modelo y realidad
Subestimar la rigidez: T => pequeos efectos de accinSubestimar la resistencia: capacidad diseada puede ser incorrecto
=> Riesgo de fallas en los lugares equivocados > rie
Estructura de hormign de acero compuesto
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g p
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Conexiones compuestas en zonas disipativasTransferencia de momento de plegado
C
y cortante de la viga columna RCNo se trata de EC4Realizado por par de reacciones verticales en concreto 2\/3 le
V M
Debe comprobarse:Capacity de columna para soportar localmente esas fuerzas sin trituracin
=> confinar el refuerzo (transversal) + \"cara teniendo placas\" > confinar el r
Capacity de columna para resistir la tensin local movilizado por verticalfuerzasconfinamiento por diseo de refuerzo transversal como RC+ cara teniendo placas b B
Una viga de aceroB se enfrentan placas de rodamientoColumna de hormign c
A
C
Estructura de hormign de acero compuesto
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g p
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Marcos compuestos con refuerzos excntricos
Incertidumbres con componentes compuestos de FBE:Capacidad en grandes deformaciones (rotaciones hasta 80 mrad)
'desconexin' de la losaContribucin de losa en flexin en rotaciones hasta 80 mrad
Diseo: comportamiento disipa a travs de ceder en la distorsin de los enlacescontribucin de la losa para distorsionar la resistencia despreciable=> Enlaces debe ser corto o intermedio lengthg
Links no puede ser encerradas secciones de acero
Enlaces de acero Vertical : OK
Estructura de hormign de acero compuesto
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g p
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B
D
Marcos compuestoscon bracingsg excntrica
C
A
A: enlace ssmicaB: cara teniendo placaC:concrete
Detalles de construccin especficosT
D: Cabillas longitudinales adicionalesE: confinar lazos
Cara b de teniendo placas de encuadre de enlaces
en las columnas de hormign armadoRefuerzo transversal e
en 'regiones crticas\"de completamente encapsulacompuesto columnas adyacentes a vnculos
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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p y
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Marco compuesto
Refuerzos de acero excntrico y concntrico
CATEGORAS de HeUniversidad de Lieja
Andr PLUMIER
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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p y
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Definicin de la estructura
Dimensiones Smbolo Valor
Altura de plantas h 3,5 m,
Longitud de viga en direccin X FBE lX 7 mLongitud de viga en direccin Y CBF lY 6 m
X
Ancho del edificio en direccin y LY 24 m
X-direccin: refuerzos excntricos Y-direccin: refuerzos concntricos
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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p y
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Dimensiones Smbolo Valor Unidades
Caractersticas lmite elstico del acero de refuerzo fy 500 N\/mm2: s .
Diseo lmite elstico del acero de refuerzo f YD 434.78 N\/mm2:Caracterstica compresiva de hormign f c 30 N\/mm2:
Factor de se uridad arcial ara hor 1.5
Diseo compresiva de hormign f CD 20 N\/mm2:Mdulo secante de elasticidad de concreto para la
combinaciones de cargas de diseo por gravedadEc 33000 N\/mm2:
Mdulo secante de elasticidad de concreto para laDiseo bajo cargas ssmicas combinacin
Ec, sc 16500 N\/mm2:
Caractersticas lmite elstico de perfil de acero fy 355 N\/mm2:Factor parcial de perfil de acero 1
Mdulo de elasticidad de perfil de acero Eun 210000 N\/mm2:
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Accin del terremotoAceleracin de suelo de diseo 0.25gggsuelo tipo bespectro de respuesta de tipo 1
Espectro de respuesta tipo 1 - tierra tipo bDimensiones Smbolo Valor Unida
Factor de suelo S 1.2Lmite inferior del perodo de rama constante aceleracin espectral TB 0,15 sLmite mximo del perodo de rama constante aceleracin espectral TC 0,5 s
Comienzo del intervalo de respuesta constante desplazamiento TD 2 s
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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CargasAcciones permanentes + self-weight de la losa G = 5.858 kN\/m
Acciones variable Q = 3kN\/m2Snow S = 1.11 kN\/mViento W = 1,4 kN\/m
Combinaciones de carga esttica:1. 1.35 G + 1 5 W + 1.5 0.7 + 0.5S
2. Q 1.35 G + 1,5 + 1,5 (0.7W + 0.5S)3. Q 1.35 G + 1,5 + 1,5 (0.7S + 0.5W)
. . , , . .5. S 1.35 G + 1,5 + 1,5 (0.7W + 0.5Q)6. 1.35 G + 1,5 W + 0,7 * 1.5 (Q + S)
. . . , .
Combinacin ssmica: G + Q + e2I = 0,32IM masa ssmica = = 0,8 E, i = 2, i = 0,24kJ EI KiG Q
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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PasosGeneral. Diseo de losa bajo cargas de gravedad (sin soporte de FBE) ME
Diseo de columnas bajo cargas de gravedad sin soporte de FBDiseo de vigas bajo cargas de gravedad (sin soporte de FBE) ME
No presentados: disponible en textoEfectos de torsin
FBE 2ND efectos de orden P-D i s e o d e r e f u e r z o s
cargas de torsin y P-Comprobacin de vigas y refuerzos excntricos bajo cargas de gravedad
Diseo de conexin de un enlace
CBF Diseo de refuerzos concntricos en combinacin ssmica de
Verificacin de vigas y columnasDiseo de una conexin diagonaler cac n e a rag
Verificacin de los elementos secundarios
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Diseo final
Aspecto compuesto Espesor de la losa de hormign armado = 18 cmPerfiles de acero compuesto haz: IPE 270
oumnasRefuerzos concntricos: UPE 2Excntricos refuerzos: L
Masa ssmica: 1744 toneladasPerodos fundamentales T = 0.83 s T = 1.45 s
Vigas consideradas compuestos en vano principal=>
=> Sistema primario de resistir = refuerzos
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Losa espesor de losa = cubierta de 180 mm = 20 mm
arac er s cas e osasDireccin X
Aplica resistente Cabillas de aceromomento
MEd, losa, X GC
momento
MRD, losa, X
de 1 m delosa
SeccinAs, X
spacade Cabillas
SPAN (inferiorcapa de Cabillas)
66 7310 T10
+ 2 T161187 100 50
SOPORTE (superiorcapa de Cabillas)
92 95
+ 4 T161585 100 50
Direccin YSPAN (inferior
capa de Cabillas) 35 49 10 T10 785 100SOPORTE (superior
capa de Cabillas)
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Refuerzos excntricos FBE en el x direccin
Tipo de vnculo ssmica
vertical corto con bisagras en conexin a viga g
enlaces cortos e < ecorto = 0,8 mp, vnculo\/Vp, vnculorendimiento de cizalla
enlaces larga e > elargo = 1,5 mp, vnculo\/Vp, vnculo rendimiento de plegado corto largo
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Enlaces cortos Estructura ms rgida
- alta ductilidad, sin soldaduras,- problema menor pandeo lateral
Enlaces larga Estructura ms flexibleArticulaciones plsticas en flexin
pestaa pandeoe e e
Ejemplos de marcos
e
con refuerzos excntricoe = longitud de enlace ssmica
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 105
vp, vnculoincluyen la interaccin N V
< =>
0,51) \/
VV N N
Ed PL, Rd , Homogeneidad de reforzado de enlaces = 1,5 vme p, link, me\/ VEd, me
, , , ,
debido a que el vnculo es disipativo de cizalla1,5: para altas deformaciones => endurecimiento de alta tensin
Max
minResultados de los anlisis + perfiles seleccionados para los enlaces
seccin kNPL
kNmPL
kNm PL
kNPL
kN
1,5\/V VPL Ed
1 HE450B 75 0,010 285 1141 0,25 950 1182 1.8672 HE450B 75 0,010 296 1141 0,25 987 1182 1.797
3 HE400B 72 0,011 247 933 0,26 824 1011 1.8404 HE340B 72 0,011 195 708 0,27 651 761 1.752
, , .
Max= 2, 03 1, 25min= 1, 25 x 1, 752 = 2, 19 => OK N \/ NEd PL, Rd< 0,15
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Vigas, columnas, diagonales y conexiones
Capacidad diseado relativo a las fortalezas reales de los enlaces ssmicasNRD (MEd VEd) NEd, G + 1,1 OVN Ed, E
d d, G + 1,1 OV me d, EIncluido el efecto de torsin en nEd, E por factor = x 1 + 0,6 \/ L = 1,3
NRD (MEd VEd) NGenf + 1,1 OV nEd, E
Diagonales
Carga Max axial NEd, G = 47.4 kN NEd, E = 495.2 kN
+ =, , , , ,
Resistencia de diagonal a pandeo (eje dbil): 1963 kN => OK
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Efectos de la accin de y plstico resistencia de enlace
Efectos de la accin
De anlisis
Resistencia plstico
Con f = 355 MPay
Seccinr e f o r zad o * * *
V V = kN 1182 1182
*
,
M = 285 kNmEd MPL, Rd= 1141 kNm MEd\/MPL, Rd= 0,25NEd= 75 kN NPL, Rd= kN 7739 NEd\/NPL, Rd= 0,01
** Diseo conexin con = 1,24
Nota: para revisar!e e ser = , x , = ,
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Vincular en elevacin
Seccin BB
Plan de vista de la placa base de enlace
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Vincular en elevacin
Seccin AAVista de elevacin de conexin
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Haz de IPE270 conexin enlace HEB450VEd conexin = 1,1 vO PL R= 1,1 x 1,25 x 1182 = 1625 kN
BoltsBolts6 Pernos M30, 2 distorsionar planos:VRD= 2 x 6 x 280\/1,25 = 2688 kN > 1625
wTeniendo resistencia con e = 60 mm, e = 50 mm, p = p = 85 mm1 2 1 2VRD= kN 2028 > 1625 kN
2688 kN > 1,2 x 2028 kN = kN 2433
Refuerzos soldados en la brida inferior de IPE2702 placas t = 16 mm = 1625. 10 \/ (2 x 16 x 320) = 180 < 355\/3 = 204 MPa
Total espesor proporcionado = 32 mm > tw, HEB450 = 14 mm => todas las comprobacionesRefuerzos de web IPE270t = 6,6 mm no es suficiente => 2 placas t = 6 mm soldada en bridas IPE270wProporcionar un espesor total 6,6 + 6++ 6 = 18, 6 mm > tw, HEB450= 14 mm => todas las comprob
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Diagonales de HEB240 conexin enlace HEB450Conexin atornillada de HEB450 eslabn final a soldados acumularon tringulo
VEd, conexin = 1,1 vOV PL, Rd= 1,1 x 1,25 x 1182 = 1625 kNM = 1,1 M ,= 1,1 x 1,25 x 1,24 x 285 = 485 kNm
MEd, conexin adoptadas por pernoscon brazo de palanca 450 + 100 = 550 mm
pernos, totales ,=> 2 M30 en tensin, cada lado:
2 x 504,9 kNm \/1,25 = 808
VEd, conexin adoptadas por la M30 pernos, shear nico plano8 Pernos M30 proporcionan resistencia cizalla 8 x 280, 5\/1,25 = 1795 kN > 1625 kNTeniendo resistencia: 8 x 289,8 x 1,4 = 3245 kN > 1625 kN
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 112
Conexin soldada entre HEB450 y placa de extremo
VEd, conexin = kN 1625MEd, conexin = 485 kN
VEd, conexin adoptadas por la web.Longitud de soldadura = 2 x 400 = 800 mm
un = 8 mm soldadura ortogonal proporciona una resistencia:(8 x 261,7) \/ 1, 25 = 1674 kN > 1625 kN
MEd, conexin = 485 kN adoptadas por las pestaas.Longitud de soldadura = 2 x 300 = 600 mm\/brida
Fuerza de tensin en la pestaa = 485 \/ (2 x 0, 2 m) = 1214 kN => 202 kN\/100 mmUn un = 8 mm soldadura ortogonal proporciona una resistencia:
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 113
Conexin de HEB240 diagonales a soldados acumularon tringulo
Ed, 1 diagonal Ed, gravedad , OV Ed, E NPL, Rd10600 x 355 = 3763 kNN \/ NEd PL, Rd= 0,43
Ed, 1 diagonal = momento de enlace x 0,5 debido al equilibrio de nodo=> MEd, 1 diagonal = 285\/2 = 143 kNmMPL, R = 1053. 373 x 355 = 10 kN3
M \/ MEd PL, Rd= 0,38Destaca en tensiny g r e l a t i v a m e n t e a l t a conexin consoldaduras de penetracin completa butt
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 114
Ortesis concntricos CBFMecanismo de plstico mundial con diagonales o su conexin como
zonas disipativas.Pandeo ni ceder de vigas y columnas.
un) mecanismo de plstico mundial
el objetivo de diseo de marcos
con x refuerzos.b) mecanismo de plantas
condicin de homogenizacinpara las diagonales.
c) pandeo de columnas
un) b) c)Deben tener diagonales
Impedido por capacidaddiseo
Homogeneidad de reforzado secciones diagonalesme= NPL, Rdi\/NEDI
A + y A-rea de proyecciones de secciones cumplir con 0,05A A
A A
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Rango elstico :diagonales de compresin y tensin contribuyan igualmente
rigidez y resistencia 1 de pandeo:
g degradacincomportamiento de compresin diagonal
Evolucin del comportamiento con ciclos
EC8: enfoque de diseo diferente 2Refuerzos de X: slo diagonales de tensin
Refuerzos de v o nulo: diagonales de compresin y tensin
Nuevas soluciones para evitar problemas con anlisisConexiones disipa con Rfy < Rbuckling, diagonalesDiseo especial de diagonales (pandeo restringido refuerzos - BRB)
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Anlisis estndar : diagonales de tensin slo participan en resistencia
Carga de gravedad Vigas y columnas en el modelo No diagonalAccin ssmica Vigas y columnas + diagonales de tensin en el modelo
F 2
N
E
Ed N, E3
F 1
nPL, RdN Ed, E
1,3 < 2,0 (no para estructuras de hasta 2 niveles)
= Nme RD\ Ed Max min
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 117
1,3 < 2,0 Por qu?Diseo no inclu e las dia onales de com resin. Se hace realidad.
Resistencia inicial mximo de x llave vINI hasta 1St pandeo de diagonalesdebe ser: VINI V PL, Rd VPL, Rdde anlisis con diagonal de tensin slo
Si nRD, pandeo > 0,5 nPL, Rd => VINI V PL, Rd=> posible fracaso de vigas y columnas capacidad diseada para vPL, Rd
,
evitar los efectos de la accin demasiado alto en vigas y columndurante 1St pandeo de diagonales
on c n para ev ar c oques en re ens onn n Si disociada de diagonales
1 condicin slo 2,0
V INI > VPL, Rd no se puede
1,3 no necesario
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 118
Considerar diagonales de compresin en el anlisis de x llaves?
Permitido, pero requieren modelo diagonales + anlisis no lineal(\"pushover\") esttica o dinmica
ons eranbajo efectos de la accin cclica de elasto-plstico
1 diagonal en tensin plstica1 diagonal en compresin con post pandeo fuerza
Se realiza con refuerzos de v
NPL, Rd 0, 3Npl, Rd
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Refuerzos concntricos Direccin Y Resultados de anlisis
Pisos AceroPerfil
Amm2
NEd, CBikN
NRD, CB1kN
meNRD\/NEd
1St (terreno) UPE 160 2170 492 770 1,56 1,80 0,17
2ND UPE 160 2170 531 770 1,45 1,80 0,173RD UPE 180 2510 657 891 1,35 1,70 0,154TH UPE 160 2170 531 770 1,45 1,80 0,14
1,3 < 2,0
, , ,
excepto en el piso 5subsidio para 2 pisos superiores
Max = 1,56 1,25 min= 1, 25 x 1, 35 = 1,69
> 0,1 => amplificacin de nEd por 1\/(1-)
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Vigas y columnas:
RD Ed Ed Ed.G 0V Ed.EN (M V). N 1.1 N
Y, min.= 1,35 = min seccin reforzado factor de refuerzos concntricos = 1,25OV
Verificacin de las columnasNRD pandeo resistencia fuerte Ed, G+ 1, 1OVY, min.NEd, E
Comprobacin de vigasN resistencia bajo combinado M, N, V n + 1, 1 N , , . ,
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Conexin de una diagonal CBFNivel 1 N Ed BC1= 492 kN
Diseo de elementos => UPE160: NPL, Rd= Un f xy, d= 2170 x 355 = 770kNCapacidad de conexin diseado para nPL, Rd UPE160:N 1 1 N = 1,1 x 1,25 x 770 = 1058 kN, ,
Componentes de la conexin
- fuelle soldada a la viga + placa final- placa de final atornillada a la columna- placa de conexin soldada en webp u
sustituyendo el rea de bridas u
a fin de conexin
- - agujeros en la web + placa
Marco compuesto con excntrico y concntrico refuerzos
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Difusin de informacin para la formacin Lisboa 10-11 de febrero de 2011 122
6 tornillos, resistencia de cizalla, un distorsionar avin, para los pernos de la M30:FV, Rd= 6 x 280,5 \/ 1,25 = 1344 kN > 1058 kN
UPE web t = 5,5 mmlaca adicional t = 4 mm => total = 9 5 m
Teniendo resistencia: Fb, Rd = k f dt\/1 b u M2Aqu: 1 o = b b d como fUB (1000) > f (510 para S355)u 1 2 2
= 70 \/(3 x 33) = 0, perno final 71d = 70 \/(3 x 33)-0, 25 = 0, 71-0, 25 = 0, 45 cerrojo interiord1 1
Resistencia de ro