Los componentes básicos de una unión atornillada rígida son:
- Campo del alma del pilar con tensión tangencial
- Alma del pilar con compresión transversal
- Alma del pilar con tracción transversal
- Ala del pilar con flexión
- Chapa frontal con tensión de flexión
- Ala y alma de la viga o pilar con tensión de compresión
- Alma de la viga con tensión de tracción
- Tornillos con tensión de tracción
- Tornillos con tensión tangencial
- Soldaduras
- De sección variable
Mientras que las comprobaciones de diseño de los componentes más básicos se pueden llevar a cabo de forma relativamente simple y rápida utilizando las fórmulas convencionales, el cálculo de prueba de la placa frontal con tensión de flexión, así como el ala del pilar con flexión, es una tarea que requiere mucho tiempo. Para estos dos componentes, se utiliza un ala de casquillo en T equivalente como modelo analítico.
Ala del casquillo en T
Se recorta una forma de T del modelo real. Las filas de tornillos sometidas a tensión de tracción se consideran y evalúan, una vez por separado y una vez como un grupo. La capacidad de carga determinante se determina a partir de la resistencia más baja de la suma de las filas de tornillos individuales o el valor del grupo. Los tornillos en el área de flexión y compresión se utilizan para la transmisión del esfuerzo cortante. Las filas de tornillos se combinan en grupos de tornillos, que se encuentran dentro de las alas o rigidizadores. Para el cálculo de la chapa frontal con tensión de flexión, el casquillo en T se crea a partir de la chapa frontal con un alma de viga para las filas de tornillos internos; en el caso de una chapa frontal sobresaliente con la fila de tornillos externa, el casquillo en T de la chapa frontal se corresponde con el ala de la viga. Para poder calcular también la parte que sobresale de la chapa frontal, esta se dividirá y se reflejará en el ala del casquillo en T equivalente.
Para el cálculo del ala del pilar con flexión, el casquillo en T se crea a partir del ala del pilar y el alma del pilar.
La fuerza de contacto Q, que puede ocurrir entre el borde libre y la fila de tornillos, se aplica como la resultante de la presión superficial en el espacio de contacto en el punto de contorno del ala exterior. Se pueden lograr capacidades de carga significativamente más altas con las fuerzas de contacto, por lo que al modelar una conexión, es razonable disponer la posición de los pernos de tal manera que también pueda ocurrir una coacción. Por ejemplo, la fuerza de contacto se puede aplicar disponiendo una separación mayor entre la fila de tornillos y el alma de la viga.
Modos de fallo
Son posibles tres modos de fallo.
Modo 1: Fluencia pura del ala
En el caso de una chapa frontal blanda, surgen articulaciones plásticas en el eje del perno y cerca del alma del cabo sin alcanzar la fuerza de rotura del perno. La capacidad de carga del ala del casquillo en T equivalente se puede calcular según dos métodos diferentes, siempre que puedan ocurrir las fuerzas de contacto. RF-/FRAME-JOINT Pro aplica el método 1.
Si del cálculo no resultan fuerzas de contacto, la capacidad de carga se reduce a la mitad. El mismo modo de fallo también surge en el modo 2.
Modo 2: Fallo simultáneo de un perno con fluencia del ala
En el caso de una concordancia óptima entre el espesor de la chapa frontal y el diámetro del perno, surge una articulación plástica cerca del alma del casquillo en T y los pernos fallan.
Modo 3: Fallo del perno
En el caso de una chapa extrema rígida y tornillos de tamaño insuficiente, estos fallan sin que surjan articulaciones plásticas. Este modo de fallo se debe evitar tanto como sea posible, ya que la conexión se vuelve ineficiente en este caso.
Effective Lengths
Las longitudes eficaces son necesarias para determinar el momento resistente plástico del casquillo en T y no tienen que coincidir necesariamente con las longitudes reales del modelo.
Al utilizar las longitudes eficaces en el casquillo en T equivalente, se tiene en cuenta el entorno espacial de la conexión real, por lo que se obtienen las mismas capacidades de carga del modelo de cálculo y del modelo real.
Dependiendo de la geometría y el modo de fallo, la chapa frontal puede tener un patrón de línea de fluencia circular o rectilíneo que puede tener un gran impacto en las longitudes eficaces de los casquillos en T. En el caso del fallo plástico de la chapa frontal, surge un cono de fluencia, que no se puede formar completamente en el modo 2 y, por lo tanto, adopta un patrón de fluencia no circular.
Determinación de la resistencia a momento
El momento resistente de una conexión se calcula a partir de la suma de la resistencia a tracción determinada de cada fila de tornillos multiplicada por la separación respectiva hasta el punto de compresión.
Si la resistencia a tracción resultante del cálculo de las filas de tornillos como grupo es menor que la suma de las alas individuales del casquillo en T, entonces la fila respectiva solo puede aplicar el componente que contribuye a la capacidad de carga total del grupo de tornillos.
El eje central del ala comprimida se debe suponer como el punto de compresión.
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