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curso icha parte 4
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ORGANIZAN: PATROCINAN: 76
Carlos AguirreCarlos AguirreEE--mail:mail: [email protected]@usm.cl
Northridge, 17/01/94
Edificio SantaClarita
Oviatt LibraryCal. StateUniv.
FALLAS FRAGILES
Kobe, 17/ Ene /95Northridge 17/Ene /94
ORGANIZAN: PATROCINAN: 77
Elastic Behavior
Actual Behavior
Bilinear Equivalent
δ
Q
QyQs
δuδmδyδs
Qm
CRITERIO DE DISEÑO
R = Q m/Q s=(Q m/Q y)*(Q y/Q s) = R µ*Ω o
Ductilidad
Sobrerresistencia
CRITERIO DE DISEÑO
Espectro de Diseño
ORGANIZAN: PATROCINAN: 78
MATERIALES
uu FF yy 55 ksi = 380 MPa55 ksi = 380 MPa
uu FF yeye=R=R yy FF yy
uu FF ueue=R=R tt FF uu
1. 1,2 ≤ Fr/Fy ≤ 1,8
2. Plateau prolongado
3. Soldabilidad
SSPC
, 199
4
1,11,11,11,1Barras y Laminados ASTM A572 Gr. 50Barras y Laminados ASTM A572 Gr. 501,11,11,31,3Barras y Laminados ASTM A572 Gr. 42Barras y Laminados ASTM A572 Gr. 42
1,21,21,31,3Planchas ASTM A36Planchas ASTM A36
1,11,1
1,61,61,41,4
1,51,5RR yy RR ttTIPOTIPO
1,21,2Planchas ASTM A 572Planchas ASTM A 572–– A 588A 588
1,21,2Tubos circulares ASTM A53Tubos circulares ASTM A531,31,3TubosTubos -- ASTM A500, A501ASTM A500, A501
1,21,2Barras y Laminados ASTM A36Barras y Laminados ASTM A36
Parámetro A36 A572N° Datos 36570.0 13536.0
Fymax 72.4 79.5Fymed 49.2 57.6Fymin 36.0 50.0Frmax 88.5 104.0Frmed 68.5 75.6Frmin 58.0 65.0
(Fy/Fr)max 0.9 1.0(Fy/Fr)med 0.7 0.8(Fy/Fr)min 0.5 0.6
REQUERIMIENTOS GENERALES1. Soldaduras De Demanda Critica.- CVN= 20 lb.-pie (-29º C) ;40 lb.-pie (21º C)
§ Soldaduras de penetración completa columna-placa base§ Soldaduras de penetración completa en empalmes de columnas§ Soldaduras en alas de uniones viga-columna§ Soldaduras en placas de corte de uniones viga-columna§ Soldaduras de alma de viga a columna§ Soldaduras de uniones link-columna en marcos excéntricos
2. Zonas Protegidas.-§ Debe repararse las discontinuidades debidas al proceso de fabricación§ Conectores de corte y elementos de sujeción que penetren la viga no se permiten§ Conectores de fachada, de tabiques, de cañerías no se permiten
3. Esbelteces Compactas Sísmicas.- Esbelteces límites mas restrictivas λ ps < λ p .- Lacompacidad requiere conexión continua alas - alma
4. Empalmes en Columnas.-
§ Resistencia mín. soldadura (penetración completa): 200% la resistencia requerida
§ Resistencia mín. empalme alas: 0,5Ry Fy A f (LRFD) – (0,5/1,5) R y Fy A f (ASD)
ORGANIZAN: PATROCINAN: 79
MODOS DE FALLA
Influyen:
§ Tamaño del grano
§ Composición química
§ Velocidad de deformación
§ Temperatura
§ Estado tensional
§ Espesor pieza
TRANSICIONDUCTIL - FRAGIL
FATT
DB
TT
CLIVAJE
DESLIZAMIENTO
(Mita
d Fi
bros
a m
itad
Gra
nula
r)
AISC -20
Causas de inicio de fractura:§ Defectos de fabricación§ Grietas en soldadura§ Penetración incompleta§ Taladrado
40ºF
Ensayo de Charpy
ORGANIZAN: PATROCINAN: 80
Marco ExcéntricoMarco ConcéntricoSCBF-OCBF
Marco RígidoSMF-IMF-OMF0,04 - 0,02 - 0,01
SISTEMAS ESTRUCTURALES
Marco Viga Enrejada
MARCOS ESPECIALES (1/3)1. MATERIALES.- CV=20 lb.-pie a 21° C
2. VIGAS.-§ Diseño Viga Débil-Columna Fuerte (con Fye)§ Sismicamente compactas con capacidad M p§ Esbelteces a Pandeo Local: λ ps < λ p
§ Arriostramiento a Volcamiento: L < 2500ry/ F y
3. UNION VIGA - COLUMNA.-§ Deben ser FR§ Desplazamientos Entrepisos > 0,04 rad. (0,03 rad. inelásticos)§ Resistencia a Flexión de Conexión (cara de columna) = 0,8 M p v
§ Resistencia a Corte de Conexión = 2[1,1 R y M p] / L h (LRFD)§ Calificación según Apéndice P (mín. 2 ensayos o precalificadas)§ Extremos de viga de fluencia potencial son zonas protegidas
ORGANIZAN: PATROCINAN: 81
MARCOSESPECIALES (2/3)
FEMA 350 - Se dispone de:1. Evidencia experimental y analítica para establecer el modo de falla de las conexiones2. Modelos racionales para predecir la resistencia de c/mecanismo de falla3. Estimaciones del desempeño para geometría y propiedades físicas dadas4. Suficiente evidencia estadística para determinar la confiabilidad de una conexión
CONEXIONES MODIFICADAS(3/3)
Engelhardt y Sabol (1996)
θp>0,03 rad. – 20% fallas
Gross et al (2000); Yu et al(1996)
Chi and Uang (2000)
Inwankin y Carter (1996)
Chen et al (1996) – θp > 0,03 rad.
Engelhardt et al (1996)
Zekioglu et al (1996) – θp > 0,03 rad.
RC
RBS
ORGANIZAN: PATROCINAN: 82
CONEXIONES PRECALIFICADASRequerimientos de Diseño (1/5)
n Todas del tipo FRn Secciones Laminadas y Fabricadas con soldadura de penetración
completa, continua ala-alma (s 8 mm.)n Zona unión protegida (ver requerimientos) un alto de viga mas allá de la
rótula plástica y en la columna 300 mm. sobre y bajo las alas de la vigan Con placas de continuidad: espesores referidos al espesor del ala viga
según:t e/2 (columnas exteriores)t e (columnas interiores)
n Momento Máximo Probable en Rótula:M pr =C pr R y F y Z eC pr=(F y+Fu)/(2Fy) 1,2
CONEXIONES PRECALIFICADAS (2/5)1.- REDUCED BEAM SECTION (RBS)a) LIMITES A VIGAS1. H 36”2. w 300lb/pie (447Kg/m)3. e 1-3/4” (44,5 mm.)4. L/H 7 (SMF) – 5 (IMF)
b) LIMITES A COLUMNAS: (1) del caso anterior
2.- BOLTED END PLATE
a) No atiesada (BUEP)
b) Atiesada (BSEP)
ORGANIZAN: PATROCINAN: 83
CONEXIONES PRECALIFICADAS (3/5)
WELDED UNREINFORCEDFLANGE (WUF-W)Free Flange (FF)
Michigan Texas, Austin
CONEXIONES PRECALIFICADAS (4/5 )
Welded OR Bolted Flange Plate(WFP or BFP)
California, Berkeley
WCP WBH WTBH se excluyeronpues no presentan ventajas relativasrespecto a otras
DOUBLE SPLIT TEECONNECTION (DST)
ORGANIZAN: PATROCINAN: 84
CONEXIONES PATENTADAS (5/5)
SIDE PLATECONNECTION(SPC)
SLOTTED WEBCONNECTION(SWC)
COLUMNASCOLUMNAS
ORGANIZAN: PATROCINAN: 85
4. ZONA PANEL.-§ Usar planchas de continuidad§ Corte de Diseño
§ Resistencia del Panel (Krawinkler)
§ Pandeo Local
MARCOS ESPECIALES (5/6)
t (d z+w z)/90
cbb
pz Vd
Md
MV −+=2
2
1
1
95,095,0
+=
pcb
cfcfpcycVnV tdd
tbtdFV
23160,0φφ
MARCOS ESPECIALES (6/6)
5. COLUMNAS.§ Evitar fluencia, pandeo y formación de rótulas§ Aplicar criterio Viga Débil – Columna Fuerte
§ Usar esbelteces sísmicas a pandeo local cuando la ec. Anterior esmenor que 1,25
SAC-1996
0,1)1,1(*
*
>+
−
=∑∑
∑∑
Vyy
g
ucycc
pb
pc
MZFRA
PFZ
MM
ORGANIZAN: PATROCINAN: 86
RESPUESTA SISMICA
-600-400-200
0200400600
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20δ [cm]
Q [ton]
uMarco Rígido (6 Pisos)3-Mar-1985, Viña del Mar
uMarco Concéntrico (6 Pisos)3-Mar-1985, Viña del Mar
uMarco Excéntrico (6 Pisos)3-Mar-1985, Viña del Mar
UBC-1997
R =8 (SMF)R =6 (IMF)R =4 (OMF)
R =7 (STMF)
R =6 (SCBF)R =5 (OCBF)
R =8 (EBFc)R =7 (EBFi )
-600-400-200
0
200400600
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20δ [cm]
Q [ton]
-600
-400
-200
0
200
400
600
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20δ [cm]
Q [ton]
∆ adm ≅ 3cm
RIOSTRAS
Ciclo de Histéresisk/lr=124, b/t=12
(Popov, Zayas y Mahin)
ORGANIZAN: PATROCINAN: 87
Popov3689Tubos Circulares
Astaneh913Secciones L
Bertero1842Tubos Rectangulares
ReferenciaAISC/S. P.NCh-2369Sección
ESBELTECES DE LOS ELEMENTOSPLANOS - ASTM A 36
λ max 133 167
Detalle Probeta 1, Engelhardt
FUSIBLES
CLASIFICACIONuFusibles Cortos
e ≤ 1,6Mp / Vp
u Fusibles Intermedios1,6Mp/ Vp < e < 3Mp/ Vp
u Fusibles Largos3Mp/ Vp ≤ e
ORGANIZAN: PATROCINAN: 88
ROTACIONES PLÁSTICAS
TIPO Φmin Φmax ΦS.Pr REFERENCIA
Fusibles Cortos 0,016 0,092 0,080 Kasai y Popov
Fusibles Intermedios 0,015 0,040 interpolar Engelh. y Popov
Fusibles Largos 0,014 0,027 0,020 Engelh. y Popov
COMENTARIOS UNIONES Y RIOSTRAS
§ Las uniones clásicas son poco confiables, las unionesmejoradas (electrodos, placas de respaldo, atiesadores decontinuidad y alma soldada), son aptas para marcos nodúctiles. (ordinarios)§ Las uniones modificadas tienen una mayor capacidad de
deformación. Representan una alternativa confiable paramarcos dúctiles. (intermedios y especiales)§ El uso de riostras de baja esbeltez no asegura un buen
comportamiento sísmico de la riostra, mas importanteresultan las esbelteces al pandeo local.§ Debe dejarse un espaciamiento en el gousset para facilitar la
formación de una rótula plástica (2e).§ No es necesario restringir la cota superior de esbeltez mas
allá del límite 200 clásico, a menos que se desee dar masresistencia.
ORGANIZAN: PATROCINAN: 89
COMENTARIOS FUSIBLES (1/2)§Los Fusibles Cortos son de mejor comportamiento que los
Fusibles Intermedios y estos mejor que los Largos.
§ Fusibles Cortos presentan un comportamiento estable ypredecible prepandéo. Tienen una buena resistencia post-pandeo y post-falla pero no es fácil de predecir. Puedenfracturar la soldadura de las alas al exceder la fluencia.
§Los atiesadores mejoran la resistencia y la ductilidad delfusible.
§La distancia entre atiesadores de fusibles cortos define lacapacidad de rotación, el ángulo límite, para el cual pandea elalma del fusible, permite determinar la distancia:
§ a/t+H/5t = Cb (56/0,03rad - 38/0,06rad - 29/0,09rad)
COMENTARIOS FUSIBLES (2/2)
§Para la distancia entre atiesadores de fusibles largos puedeadoptarse 1,5H (Engelhardt y Popov)
§Se requiere un análisis por capacidad para garantizar que elfusible trabaje. La capacidad de los Fusibles Cortos resulta1,5 Vp. La interacción flexión-corte es despreciable.
§La capacidad de los Fusibles Largos es mayor al MomentoPlástico. Se puede usar como límite el valor 1,5 Mp válidopara vigas. En los fusibles intermedios se puede interpolar.
§La fuerza axial afecta la resistencia al pandéo de los Fusibleslargos. Se recomienda usar esbelteces compactas enpresencia de fuerzas axiales. Debe considerarse lainteracción flexión corte.
ORGANIZAN: PATROCINAN: 90
DISPOSICIONES DE DISEÑO PARAMARCOS RIGIDOS
FR-PR0,01 rad.4Corrientes (OMRF)
----------7Viga Enrejada (SMTF)
FR-PR0,02 rad.6Intermedios (IMRF)
FR0,03 rad.8Especiales (SMRF)
OBS.θRTIPO DE MARCO
1. RIOSTRAS.1. Esbeltez máxima
2. Pandeo Local: Esbelteces compactas3. Arriostramientos en Tracción y Compresión deben resistir a lo menos
el 30% de la fuerza lateral total en c/eje.2. CONEXIONES
1. Debe tener mas resistencia que la riostra (RyFyAg)2. Debe permitir que se rotule la riostra (M≥1,1RyMp)3. Dar espacio para la formación de una rótula (s ≥ 2t ; t : espesor
gousset)3. COLUMNAS Y VIGAS
1. Deben permanecer elásticos hasta la falla de las riostras2. Soldadura de tope en columnas de penetración completa
4. CONFIGURACIONES ESPECIALES (Chevron – K)
DISPOSICIONES PARA MARCOSCONCENTRICOS (SCBF)
yFE
rkL 87,5≤
ORGANIZAN: PATROCINAN: 91
DISPOSICIONES PARA MARCOSEXCENTRICOS (EBF)
1. LINKS.1. Deben ser Secciones Compactas (id. SMRF)2. Debe ser adecuadamente atiesado (requerimientos según tipo y
capacidad de rotación)3. La zona fuera del link debe diseñarse como viga-columna
2. UNION VIGA-COLUMNA. Id. Marcos rígidos, proveer restriccióna torsión de la viga. (0,02Fybftf)
3. COLUMNA. Requiere de un diseño por capacidad
SAC-1996
Marcos Excéntricos4 a 32 pisos (5)
Marcos Concéntricos8 a 32 pisos (4)
Marcos Rigidos4 a 20 pisos (5)
DISEÑOS COMPARATIVOS
Se comparó tres marcos de 8 pisos (lejos de los cortes límites),solo hay diferencias en peso en el caso de los Marcos Rígidos, enlos Marcos Arriostrados la diferencia es inferior al 1%