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Tornillos y uniones atornilladas

04/02/2021

| Autor: Alexander Szotkowski

Steel

Bolts

Connection

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Traducido por IA del inglés

Los tornillos y las soldaduras son los elementos más difíciles en el diseño de uniones de acero. Las hojas de cálculo de Excel simplifican con frecuencia su cálculo. Modelarlos en programas de Elementos Finitos generales es complicado porque estos programas no ofrecen conjuntos predefinidos de elementos. Por eso se desarrolló el método CBFEM y se implementó en IDEA StatiCa.

Modelo de tornillo según CBFEM

IDEA StatiCa tiene un método único en su solver, el Método de los Elementos Finitos basado en Componentes (CBFEM). El modelo de tornillo utilizado en CBFEM se describe y verifica según varios códigos de diseño de acero. La resistencia a la carga y la capacidad de deformación también se comparan con los principales programas de investigación experimental.

En el Método de los Elementos Finitos basado en Componentes (CBFEM), el tornillo con su comportamiento a tracción, cortante y aplastamiento es el componente descrito por los muelles no lineales dependientes. El tornillo a tracción se describe mediante un muelle con su rigidez axial inicial, resistencia de cálculo, inicio de la plastificación y capacidad de deformación. Para el inicio de la plastificación y la capacidad de deformación, se asume que la deformación plástica ocurre únicamente en la parte roscada del vástago del tornillo.

En nuestro Fundamento teórico, puede encontrar más información sobre cómo el método CBFEM describe y verifica los tornillos. Si desea saber un poco más sobre CBFEM en general, el Fundamento teórico general completo es definitivamente el mejor lugar para comenzar.

Tornillos según códigos de diseño

Veamos cómo CBFEM aborda los tornillos desde el punto de vista de los códigos de diseño individuales. Hasta ahora, IDEA StatiCa admite ocho códigos de diseño donde se resuelve el diseño y/o el detallado de tornillos y tornillos pretensados.

Verificación de tornillos y tornillos pretensados según Eurocódigo

La rigidez inicial y la resistencia de cálculo de los tornillos a cortante se modelan en CBFEM según el Art. 3.6 y 6.3.2 de la EN 1993-1-8. El muelle que representa el aplastamiento y la tracción tiene un comportamiento bilineal fuerza-deformación con una rigidez inicial y resistencia de cálculo según el Art. 3.6 y 6.3.2 de la EN 1993-1-8.

Detallado

La verificación de los tornillos se realiza si la opción está seleccionada en la Configuración de código. Se verifican las dimensiones desde el centro del tornillo hasta los bordes de la placa y entre tornillos. La distancia al borde e = 1,2 y la separación entre tornillos p = 2,2 se recomiendan en la Tabla 3.3 de la EN 1993-1-8. Los usuarios pueden modificar ambos valores en la Configuración de código.

Verificación de tornillos y tornillos pretensados según AISC

Las fuerzas en los tornillos se determinan mediante análisis de elementos finitos. Las fuerzas de tracción incluyen fuerzas de palanca. Las resistencias de los tornillos se verifican según AISC 360 - Capítulo J3.

Detallado

Se verifica la separación mínima entre tornillos y la distancia desde el centro del tornillo hasta el borde de una parte conectada. La separación mínima de 2,66 veces (editable en la Configuración de código) el diámetro nominal del tornillo entre centros de tornillos se verifica según AISC 360-16 – J.3.3. La distancia mínima desde el centro del tornillo hasta el borde de una parte conectada se verifica según AISC 360-16 – J.3.4; los valores están en las Tablas J3.4 y J3.4M.

Verificación de tornillos y tornillos pretensados según otras normativas

Detallado de tornillos

Cómo establecer las distancias

Las distancias al borde utilizadas para la resistencia al aplastamiento de los tornillos deben ser relevantes para geometrías generales de placas, placas con aberturas, recortes, etc.

El algoritmo lee la dirección real del vector de fuerza cortante resultante en un tornillo dado y luego calcula las distancias necesarias para la verificación del aplastamiento.

Las distancias al extremo (e₁) y al borde (e₂) se determinan dividiendo el contorno de la placa en tres segmentos. El segmento de extremo está indicado por un rango de 60° en la dirección del vector de fuerza. Los segmentos de borde están definidos por dos rangos de 65° perpendiculares al vector de fuerza. La distancia más corta desde un tornillo hasta un segmento relevante se toma entonces como distancia al extremo o al borde.

Las distancias de separación entre agujeros de tornillos (p₁; p₂) se determinan ampliando virtualmente los agujeros de tornillos circundantes en la mitad de su diámetro, trazando luego dos líneas en la dirección y perpendicular al vector de fuerza cortante. Las distancias a los agujeros de tornillos ampliados que son intersectados por estas líneas se consideran entonces como p₁ y p₂ en el cálculo.

Ejemplos de verificación

Hemos preparado varios ejemplos de verificación para comprobar los resultados en comparación con otros métodos de cálculo.

EN

AISC

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