Incidencia y eficiencia del uso de conexiones no precalificadas, ni ensayadas experimentalmente, en el desempeño de estructuras metálicas en el Ecuador; tipos y pseudo - criterios
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Date
2022-09
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica. Maestría en Ingeniería Civil con Mención en Estructuras Metálicas
Abstract
Structural engineering has undergone major changes as a result of the need to innovate
and create new building methods, likewise, changing from conventional materials to
materials with better structural behavior in the face of seismic events as a starting
point, which several professionals prioritize in their designs. So, currently Home
Boulding, buildings, bridges and others are built with structural steel elements, a
material that has been very popular in the industry in recent years. However, several
of the systems used lack design criteria or do not obey the demands for load request
and seismic effects, which are established in international and national standards
(AISC, FEMA and NEC).
This research work analyzes the use of A36 steel in Beam-column Connection for
buildings, made of tubular sections, with dimensions taken from a real structural
system (SMF). The type of connection is also evaluated, using for this a welding cord
with E6011 electrodes, which does not meet design criteria for qualified connections,
since the filler material and type of welding are not those recommended by the reference standards in this research. Connections that are very often used in steel
structures in our environment.
The connection proposed in this work is then prioritized to determine if it meets the
requirements of the AISC 341-16 and AISC 358-16 standard, for prequalified
connections, by analyzing the behavior of 5 full-scale connection prototypes subjected
to load cycles. By controlling the drift angle produced between the beam and the
column, as recommended by FEMA 350 for loading protocols. One of the prototypes
or specimens is used to determine the ultimate strength before connection failure
occurs, what is known as a monotonic laterally loaded testing. The hysteresis curves
of the prototypes tested relative to the moment vs the angle of drift or rotation (0.04
rad) defined in the loading protocol should be at least 80% of the probable moment,
calculated according to the mechanical properties of the material of the elements.
With the data obtained experimentally and verifying compliance with the
prequalification parameters of the beam-column connection, the comparative analysis
of results is carried out, with a mathematical model that uses finite elements for its
development (ANSYS), likewise the unitary deformations reached are shown., by
means of the software mentioned and the data thrown by the strain gauges, located
near the welding cord in the connection.
Conclusions, this type of connections in Ecuador have not been tested and are not
prequalified either, leaving a precedent on their efficiency and impact on construction,
for those professionals who use them.
Description
La ingeniería estructural, ha sufrido grandes cambios como consecuencia de la
necesidad de innovar y crear nuevos métodos de construcción, de la misma manera, el
cambio de materiales convencionales a materiales con mejor comportamiento
estructural ante eventos sísmicos, es el punto de partida que, varios profesionales
priorizan en sus diseños, es así que: en la actualidad las construcciones de viviendas,
edificios, puentes, usan elementos estructurales de acero, materiales que en los últimos
años ha tenido una gran acogida en la industria. Sin embargo, varios de los sistemas
empleados carecen de un criterio apropiado de diseño o no cumplen con las demandas
para solicitaciones de carga y efectos sísmicos, mismas que, se establecen en normas
internacionales y nacionales (AISC, FEMA Y NEC).
El presente trabajo de investigación analiza el uso del acero A36 en conexiones de viga
– columna para edificaciones, siendo estas de secciones tubulares, con dimensiones
tomadas de un sistema estructural real (SMF); se evalúa el tipo de conexión, usando
para esta un cordón de suelda con electrodo E6011, que no cumple criterios de diseño
para conexiones calificadas, pues el material de aporte y tipo de suelda no son los
recomendados por las normas de referencia en esta investigación. Sin embargo, se usa
muy a menudo en estructuras metálicas en nuestro medio.
Se determina si la conexión propuesta en el presente trabajo, cumple con los
requerimientos de la norma AISC 341-16 y AISC 358-16, para conexiones
precalificadas, mediante el análisis del comportamiento de 5 prototipos de conexiones
a escala real sometidos a ciclos de carga, controlando el ángulo de deriva producido
entre la viga y la columna, como lo recomienda FEMA 350 para protocolos de carga,
uno de los prototipos o espécimen es usado para determinar la resistencia última antes
que se produzca la falla de la conexión, lo que se conoce como ensayo monotónico
con aplicación de carga lateral.
Las curvas de histéresis de los prototipos ensayados en relación al momento vs el
ángulo de deriva o rotación (0.04 rad) definido en el protocolo de carga, debe ser como
mínimo el 80 por ciento del momento probable, calculado en función de las
propiedades mecánicas del material de los elementos.
Con los datos obtenidos experimentalmente y verificado el cumplimiento de los
parámetros de precalificación de la conexión viga-columna se realiza el análisis
comparativo de resultados, con un modelo matemático que emplea elementos finitos
para su desarrollo (ANSYS), así mismo, se muestran las deformaciones unitarias
alcanzadas, mediante el software mencionado y los datos arrojados por los strain
gauges, ubicados cerca del cordón de suelda en la conexión.
Con todo lo mencionado se plantean las conclusiones sobre el uso de este tipo de
conexiones en Ecuador, que no han sido ensayadas y que tampoco se encuentran
precalificadas, dejando un precedente sobre su eficiencia e incidencia en la
construcción, para aquellos profesionales que las usan.
Keywords
ANSYS, ÁNGULO DE DERIVA, CARGA, CICLOS DE CARGA, CONEXIÓN VIGACOLUMNA, CORDÓN DE SUELDA, CURVA DE HISTÉRESIS, ESTRUCTURAS METÁLICAS, MOMENTO PROBABLE, PERFIL TUBULAR, SISTEMA ESTRUCTURAL, PROTOCOLO DE CARGA, STRAIN GAUGES