Análisis del comportamiento de conexiones rígidas para pórticos especiales compuestos mediante modelos de elementos finitos.
Date
2025
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Publisher
Magister en Ingeniería Civil con mención en Estructuras Metálicas
Abstract
The present research focuses on the analysis of the behavior of connections for special composite frames, given the seismic hazard in Ecuador; three types of connections were studied: End Plate, External Diaphragm and Double Split Tee (DST) through finite element analysis, with square columns filled with concrete (Concrete Filled Tube, CFT). In the investigation it was necessary to apply the rotation protocols proposed by AISC (American Institute of Steel Construction) in AISC 341-16. Non-linear contact between parts that make up the connections were used, as well as the definition of the constitutive laws of each material that makes up the connection in order to capture the plastic behavior under the cyclic loads imposed in the analysis. The results were analyzed by means of three criteria: hysteretic curves, plastic deformations and stress concentration. Altogether, the DST, End Plate and external diaphragm connections agree with the experimental tests of previous investigations. The plastic deformation mechanisms were mainly located in the beam resulting in the formation of the plastic hinge. The concrete filled column remained in the linear zone without higher stress concentration while the beam only had deformation at the point of the plastic hinge. The DST connection was the one that showed the highest capacity to the rotation of 0.04 rad, considering that it exceeded with 43% of the 0.8 times the plastic moment of the beam, followed by the End plate connection with 24% and the external diaphragm connection with 8%, which is why they are qualified as rigid connections according to AISC. In this seismic Ecuadorian environment, the present research emphasizes the relevance of using numerical analysis based on standards such as AISC, to evaluate the behavior of structural connections and their capacity to resist the real conditions of the seismic conditions
Description
El trabajo de investigación presente se centra en el análisis del comportamiento de conexiones para pórticos especiales compuestos, dada la amenaza sísmica en Ecuador; se analizaron tres tipos de conexiones: End Plate, Diafragma externo y Doble T (Double Split Tee, DST) mediante análisis por elementos finitos, con columnas cuadradas rellenas de hormigón (Concrete Filled Tube, CFT). En la investigación fue necesario aplicar los protocolos de rotación propuestos por AISC (American Institute of Steel Construction) en AISC 341-16. Se emplearon contactos no lineales entre piezas que conforma las conexiones, así como la definición de las leyes constitutivas de cada material que conforma la conexión para poder capturar el comportamiento plástico ante la carga cíclica impuesta en el análisis. Los resultados fueron analizados mediante tres criterios: curvas histeréticas, deformaciones plásticas y concentración de esfuerzos, de manera global las conexiones DST, End Plate y diafragma externo, concuerdan con los ensayos experimentales de investigaciones previas. Los mecanismos de deformación plástica se ubicaron principalmente en la viga dando como principal resultado a la formación de la rótula plástica. La columna rellena de hormigón se mantuvo en la zona lineal sin mayor concentración de esfuerzos mientras que la viga únicamente tuvo deformación en el punto de la rótula plástica. La conexión DST fue la que mayor capacidad demostró a la rotación de 0.04 rad, considerando que supero con el 43% del 0.8 veces el momento plástico de la viga, seguida de la conexión End plate con el 24% y la de diafragma externo de 8%, por lo cual son calificadas como conexiones rígidas según lo dispone AISC. En este contexto sísmico ecuatoriano, la presente investigación enfatiza la relevancia de emplear análisis numéricos basados en normativas como AISC, para evaluar el comportamiento de conexiones estructurales y su capacidad para resistir las condiciones reales del entorno por eventos sísmicos.
Keywords
ELEMENTOS FINITOS, AISC 341, CFT, CONEXIONES PÓRTICOS COMPUESTOS, DIAFRAGMA EXTERNO, DOBLE T, PLACA EXTREMO