Conexiones rígidas de columna de viga a HSS resistentes a momentos

Hay varias soluciones de conexión de dominio público para marcos resistentes a momentos bajo alta carga sísmica disponibles como diseños precalificados en AISC 358, sin embargo, ninguna de estas pertenece directamente a los miembros de sección estructural hueca. Esta ausencia de conexiones de momento sísmico de resistencia completa aprobadas para secciones huecas a veces se percibe como una barrera para el uso de columnas HSS en dichos marcos (reconociendo que las secciones W normalmente se elegirían para vigas) en América del Norte.

Enfoque de diafragma

En Japón hay una utilización muy alta de secciones huecas como columnas en marcos de acero rígidamente conectados resistentes a los momentos, ya que tales conexiones están precalificadas y los talleres de fabricación están muy familiarizados con este modo de construcción. Usando un procedimiento de diseño de viga débil de columna fuerte (recomendado), para lograr la capacidad de momento completo, generalmente se necesitan refuerzos de columna transversal para transferir cargas axiales en las bridas de la viga. Estos (dos) refuerzos pueden ser internos, externos o a través de diafragmas, ejemplos de los cuales se dan en la Fig. 1.

Fig. 1: Conexión de diafragma a la columna RHS: (a) externo; b) los procedimientos de diseño a través de

para estos tipos de conexiones de diafragma se dan en el capítulo 8 de la Guía de Diseño CIDECT No.9 sobre Conexiones a columnas HSS (2004). El diafragma pasante (Fig. 1 (b)) es el más popular en Japón, pero el procedimiento de fabricación de diafragma a columna ahora está estandarizado allí y se realiza en gran medida por robots de soldadura en el taller. Esta técnica, y la calidad resultante esperada, es difícil de lograr para las tiendas que no están familiarizadas con dicha fabricación. El método de diafragma externo para endurecer la columna es una alternativa práctica para una implementación generalizada; es mucho más simple de fabricar y los diafragmas con forma se pueden deslizar sobre una columna HSS sin cortar el miembro de la columna. Este concepto ya se ha adoptado en otras regiones sísmicas graves (por ejemplo, Fig. 2).

Fig. 2: Conexión de columna HSS de diafragma externo a redondo (aeropuerto de Auckland, Nueva Zelanda)

Conexiones patentadas

AISC 358 ha precalificado la conexión de momento ConXtech® Conxl™ para Marcos de Momentos Especiales (SMFs) y Marcos de momentos Intermedios (IMFs), con relaciones de luz clara de haz ≥ 7 (para SMFs) y ≥ 5 (para IMFs), y 16 pulgadas. columnas cuadradas. ConXtech® (www.conxtech.com) también ha recibido la calificación ICC-ES para otra versión, la conexión de momento ConXR™, para columnas más pequeñas. Esta conexión patentada (se muestra en la Fig. 3) consiste en conjuntos de collar que forman un collar de compresión alrededor de una columna cuadrada HSS cuando se sujetan con pernos pretensados de alta resistencia. Se consigue una fijación biaxial rígida entre la columna (rellena de hormigón) y hasta cuatro vigas de sección W, sin soldadura en campo. Los collares de columna (con una forma cónica 3D) se sueldan inicialmente en taller a las cuatro esquinas de la columna y los collares de viga (también cónicos) se sueldan de manera similar en taller a las bridas de viga superior e inferior, luego, en el sitio, las vigas se bajan en sus soportes en la columna y, finalmente, las piezas se aprietan con pernos diagonales en las esquinas de la columna. Los collares (forjados y mecanizados) están diseñados para permanecer esencialmente elásticos, con suficiente resistencia para forzar la bisagra en las vigas. En el diseño de marco de momento convencional, el número de marcos resistentes a los momentos se mantiene al mínimo, por razones de economía, pero con este sistema de marco se logra un «marco de espacio distribuido resistente a los momentos», ya que todas o la mayoría de las conexiones viga-columna resisten los momentos y esto conduce a una redundancia y robustez mucho mayores, con una mayor resistencia al colapso progresivo (AISC 358). Este sistema de encuadre biaxial patentado de ConXtech®, con sede en California, está precalificado por AISC 358 para solo 16 pulgadas. columnas cuadradas llenas de hormigón HSS en la actualidad.

Fig. 3: Modelo de conexión de momento ConXtech® ConXL™, y con una viga eliminada

Otro sistema de conexión de momento sísmico, potencialmente aplicable a HSS cuadrados y rectangulares, pero no precalificado en la actualidad por AISC 358, es SidePlate® (www.sideplate.com Este sistema utiliza una serie de placas soldadas para crear una conexión plana rígida y fija entre la columna y la viga de sección en W. En el taller, las placas de cubierta de brida se sueldan en la parte superior e inferior de la(s) viga (s) y las placas laterales se sueldan a dos lados de la columna. En el sitio, en la última realización de este sistema, la conexión se puede completar atornillando las placas de cubierta de la viga a ángulos que sobresalen de las placas laterales de la columna. Este concepto tiene el potencial de desarrollarse como una conexión de momento sísmico patentada precalificada para columnas HSS.

Placas o soportes terminales atornillados para conexiones de columna viga a HSS

La gama de conexiones precalificadas de AISC 358 incluye conexiones de momento de placa final extendida atornilladas, sin estirar y rígidas, así como el soporte empernado Kaiser, que es una forma patentada que emplea soportes rígidos de acero fundido. Estas conexiones estándar y propietarias están desarrolladas para su uso con columnas de sección W. La adaptación de tales configuraciones a columnas HSS requiere el desarrollo de soluciones que aborden el problema de las deformaciones locales en la cara de la columna de conexión.

Lograr una rigidez total, así como un exceso de resistencia en momentos en conexiones atornilladas directamente a las caras de las columnas HSS puede ser difícil y a menudo no es práctico, ya que las paredes de las columnas típicamente tienen que reforzarse de alguna manera; por ejemplo, mediante la adición de collares o placas de collar. Higo. 4 ilustra una solución factible para una conexión de placa de extremo, a una columna HSS llena de concreto utilizando «pernos pasantes»largos. Las conexiones bidireccionales podrían detallarse para que los pernos o varillas estén ligeramente desplazados.

Fig. 4: Conexiones de placa de extremo a una columna llena de hormigón, utilizando pernos pasantes largos