Verificación de los componentes de la unión de acero (GB)
El método CBFEM combina las ventajas del Método de los Elementos Finitos (FEM) general y el Método de Componentes (MC) estándar. Las tensiones y fuerzas internas calculadas en el modelo CBFEM preciso se utilizan en las verificaciones de todos los componentes – Los tornillos, tornillos pretensados y soldaduras se verifican según GB 50017 – 2017. Las placas se verifican mediante análisis de elementos finitos. Las verificaciones de anclaje aún no se han implementado en la versión actual.
Verificación normativa de chapas de acero según la norma china
La tensión equivalente resultante (HMH, von Mises) y la deformación plástica se calculan en las chapas. Cuando se alcanza la resistencia de cálculo al límite elástico, f (GB 50017, Tabla 4.4.1–4.4.3), en el diagrama bilineal del material, se realiza la verificación de la deformación plástica equivalente. El valor límite del 5 % se sugiere en el Eurocódigo (EN 1993-1-5 App. C, Par. C8, Nota 1). Este valor puede modificarse en la configuración del código, pero los estudios de verificación se realizaron para este valor recomendado.
El elemento de chapa se divide en cinco capas, y el comportamiento elástico/plástico se investiga en cada una de ellas. El programa muestra el peor resultado de todas ellas.
La tensión puede ser ligeramente superior a la resistencia de cálculo al límite elástico. La razón es la ligera inclinación de la rama plástica del diagrama tensión-deformación, que se utiliza en el análisis para mejorar la estabilidad del cálculo.
Verificación normativa de tornillos y tornillos pretensados según la norma china
Tornillos
Los tornillos se verifican según GB 50017, Cl. 11.4. La fuerza de tracción y cortante en cada tornillo se determina mediante análisis por elementos finitos. Las fuerzas de palanca se determinan mediante análisis por elementos finitos y se tienen en cuenta. Cada plano de cortante se verifica individualmente. La placa en el apoyo se verifica frente a la suma de fuerzas cortantes en los planos cercanos.
Resistencias de cálculo a tracción y cortante de un tornillo; fub[MPa] – resistencia última de un tornillo; derivada de la Tabla 4.4.6
| \(f_{ub}\) [MPa] | \(f_t^b \) | \(f_v^b\) |
| \(f_{ub} \le 400 \) | \(0.425 \cdot f_{ub}\) | \(0.35 \cdot f_{ub}\) |
| \(400<f_{ub}<830\) | \(0.42 \cdot f_{ub}\) | \(0.38 \cdot f_{ub}\) |
| \(830 \le f_{ub}\) | \(40/83 \cdot f_{ub}\) | \(32/83 \cdot f_{ub}\) |
Tornillo a tracción
Un tornillo sometido a una fuerza de tracción se calcula según Cl. 11.4.1.2 y debe satisfacer:
\[ N_t \le N_t^b = A_s \cdot f_t^b \]
donde:
- Nt – fuerza de tracción en un tornillo
- Ntb – capacidad de cálculo a tracción
- \( A_s = \frac{\pi d_e^2}{4} \) – área de tensión de tracción de un tornillo
- de – diámetro efectivo de un tornillo en la sección roscada
- ftb – resistencia de cálculo a tracción de un tornillo
Tornillos a cortante
Un tornillo sometido a una fuerza cortante se calcula según Cl. 11.4.1.1 y debe satisfacer:
\[ N_v \le N_v^b = A_g \cdot f_v^b \]
donde:
- Nv – fuerza cortante en un tornillo en el plano analizado
- \( A_g = \frac{\pi d^2}{4} \) – área de la sección transversal bruta de un tornillo
- d – diámetro nominal de un tornillo
- fvb – resistencia de cálculo a cortante de un tornillo
Cada plano de cortante se verifica individualmente, es decir, el número de planos de cortante nv = 1.
Tornillos a tracción y cortante combinados
Un tornillo cargado simultáneamente a cortante y tracción se calcula según Cl. 11.4.1.3 y debe satisfacer:
\[ \sqrt{\left ( \frac{N_v}{N_v^b} \right ) ^2 + \left ( \frac{N_t}{N_t^b} \right ) ^2} \le 1.0 \]
donde:
- Nv – fuerza cortante en un tornillo en el plano analizado
- Nt – fuerza de tracción en un tornillo
- Nvb – resistencia de cálculo a cortante de un tornillo
- Ntb – resistencia de cálculo a tracción de un tornillo
Tornillos a aplastamiento
Una placa sometida a una fuerza de aplastamiento debida a un tornillo a cortante se calcula según Cl. 11.4.1.1 y debe satisfacer:
\[ N_v \le N_c^b = d\cdot t \cdot f_c^b \]
donde:
- Nv – fuerza cortante que actúa sobre una placa; suma vectorial de las fuerzas cortantes en los planos cercanos
- d – diámetro nominal del tornillo
- t – espesor de la placa
- fcb – resistencia de cálculo a aplastamiento de una placa
Resistencia de cálculo a aplastamiento de una placa; fu – resistencia última de una placa; derivada de la Tabla 4.4.6
Tornillos pretensados
El tornillo de alta resistencia en unión por rozamiento se calcula según Cl. 11.4.2.
Tornillos pretensados a tracción
La resistencia a tracción de un tornillo pretensado se determina como:
\[ N_t \le N_t^b = 0.8 \cdot P \]
donde:
- Nt – fuerza de tracción en un tornillo
- Ntb – capacidad de cálculo a tracción
- P – pretensado de un tornillo de alta resistencia – Tabla 11.4.2-2
Tabla 11.4.2-2 – pretensado de un tornillo de alta resistencia P [kN]
| Clase del tornillo | M16 | M20 | M22 | M24 | M27 | M30 |
| 8.8 | 80 | 125 | 150 | 175 | 230 | 280 |
| 10.9 | 100 | 155 | 190 | 225 | 290 | 355 |
Un tornillo pretensado que no figura en la Tabla 11.4.2-2 sometido a una fuerza de tracción se calcula según Cl. 11.4.1.2 y debe satisfacer:
\[ N_t \le N_t^b = A_s \cdot f_t^b \]
donde:
- Nt – fuerza de tracción en un tornillo
- Ntb – capacidad de cálculo a tracción
- \( A_s = \frac{\pi d_e^2}{4} \) – área de tensión de tracción de un tornillo
- de – diámetro efectivo de un tornillo en la sección roscada
- ftb – resistencia de cálculo a tracción de un tornillo
Tornillos pretensados a cortante
La resistencia de cálculo a cortante de un tornillo pretensado se determina según Cl. 11.4.2.1:
\[ N_v \le N_v^b = 0.9 k \mu P \]
donde:
- Nv – fuerza cortante en el plano analizado
- Nvb – resistencia de cálculo a cortante de un tornillo
- k – factor para los agujeros de los tornillos; k = 1 para agujeros normales, k = 0.85 para agujeros sobredimensionados, k = 0.6 para agujeros ranurados
- μ – coeficiente de deslizamiento en la interfaz de rozamiento tomado de la Tabla 11.4.2-1; editable en la configuración de la norma
- P = Ntb / 0.8 – pretensado de un tornillo de alta resistencia para tornillos que no figuran en la Tabla 11.4.2-2
Cada plano de cortante se verifica individualmente, es decir, el número de planos de cortante nf = 1.
Tornillos pretensados a tracción y cortante combinados
Un tornillo cargado simultáneamente a cortante y tracción se calcula según Cl. 11.4.2.3 y debe satisfacer:
\[ \frac{N_v}{N_v^b} + \frac{N_t}{N_t^b} \le 1.0 \]
donde:
- Nv – fuerza cortante en el plano analizado
- Nt – fuerza de tracción en un tornillo
- Nvb – resistencia de cálculo a cortante de un tornillo
- Ntb – resistencia de cálculo a tracción de un tornillo
Verificación normativa de soldaduras según la norma china
Las soldaduras en ángulo se verifican según GB 50017 - Capítulo 11. Se asume que la resistencia de las soldaduras a tope es igual a la del metal base y no se verifica.
Soldaduras a tope
Se esperan soldaduras a tope de penetración completa, y su resistencia se considera igual a la del metal base – Art. 11.2.1.
Soldaduras en ángulo
La resistencia de cálculo de las soldaduras en ángulo se verifica según Art. 11.2.2.2:
\[ \sigma_w = \sqrt{ \left ( \frac{\sigma_f}{\beta_f} \right ) ^2 + \tau_f^2} \le f_f^w \]
donde:
- σf – tensión en el área efectiva de la soldadura perpendicular a la longitud de la soldadura
- βf – coeficiente de ampliación para el valor de cálculo de la resistencia de la soldadura en ángulo; βf = 1.22 para carga estática y ángulo entre caras de fusión α = 90°; en caso contrario βf = 1.0
- τf – tensión cortante en el área efectiva de la soldadura paralela a la longitud de la soldadura
- ffw – resistencia de cálculo de la soldadura en ángulo
Resistencia de cálculo de la soldadura en ángulo ffw para electrodos de soldadura; derivada de la Tabla 4.4.5
| Electrodo | \(f_f^w\) [MPa] |
| E43 | 160 |
| E50 | 200 |
| E55 | 220 |
| E60 | 240 |
Los electrodos predeterminados son E43 para la placa conectada más débil con fu < 470 MPa, E50 para 470 MPa ≤ fu < 520 MPa, y E55 para 520 MPa ≤ fu.
Los diagramas de soldadura muestran la tensión según la siguiente fórmula:
\[ \sigma = \sqrt{ \frac{1}{\beta_f^2}(\sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2) + \tau_{\parallel}^2 } \]
Detallado de tornillos y soldaduras según la norma china
Tornillos
La distancia mínima permitida de los tornillos se verifica según la Tabla 11.5.2.
Distancia mínima permitida de los tornillos; d0 – diámetro del agujero del tornillo
| Distancia mínima permitida | |
| Paso entre tornillos | \( 3 \cdot d_0 \) |
| Distancia al extremo paralela a la carga | \( 2 \cdot d_0 \) |
| Distancia al borde perpendicular a la carga (tipo tornillo de apoyo) | \( 1.2 \cdot d_0 \) |
| Distancia al borde perpendicular a la carga (tipo tornillo pretensado) | \( 1.5 \cdot d_0 \) |
Soldaduras
El tamaño mínimo de soldadura hf se verifica según la Tabla 11.3.5. El tamaño de la soldadura se determina a partir del espesor de garganta: \( h_f = \sqrt{2} \cdot h_e \).
Tamaño mínimo de soldadura hf
| Espesor de la placa [mm] | Tamaño mínimo de soldadura [mm] |
| \( t \le 6 \) | 3 |
| \( 6 < t \le 12 \) | 5 |
| \( 12 < t \le 20 \) | 6 |
| \( 20<t \) | 8 |
Verificación normativa del bloque de hormigón según la norma china
El hormigón bajo la placa base se simula mediante un subsuelo de Winkler con rigidez uniforme, que proporciona las tensiones de contacto. La tensión media en el área de apoyo se utiliza para la verificación a compresión.
Hormigón en apoyo
El usuario puede elegir entre la verificación de capacidad portante local de una placa de hormigón armado (GB 50010, Ecuación 6.6.1-1) y una placa de hormigón en masa (GB 50010, Ecuación D.5.1-1).
Placa de hormigón armado
\[ F_l \le F_c = 1.35 \beta_c \beta_l f_c A_{ln} \]
Placa de hormigón en masa
\[ F_l \le F_c = \omega \beta_l f_{cc} A_l \]
donde:
- Fl – fuerza de compresión
- Fc – resistencia a compresión
- βc – coeficiente de influencia de la resistencia del hormigón; βc = 1 para grado de hormigón hasta C50, βc = 0.8 para grado de hormigón C80; se utiliza interpolación lineal para grados de hormigón entre C50 y C80
- \( \beta_l = \sqrt{\frac{A_b}{A_l}} \) – factor de concentración
- Ab – superficie de apoyo del hormigón concéntrica a Al
- Al – área de la placa base en contacto con la superficie de hormigón
- Aln – área Al con los orificios de la placa base para los anclajes descontados
- fc – valor de cálculo de la resistencia a compresión del hormigón; GB50010, Tabla 4.1.4-1
- fcc = 0.85 fc – valor de cálculo de la resistencia a compresión del hormigón en masa; GB50010, Tabla 4.1.4-1
- ω – factor de distribución de carga a compresión; ω = 0.75 para distribución de carga no uniforme, ω = 1.0 para distribución de carga uniforme
Transferencia de cortante
Se asume que la acción cortante en la placa base se transfiere desde el pilar a la cimentación de hormigón mediante:
- Fricción entre la placa base y el hormigón / mortero
- Llave de corte
- Pernos de anclaje
Anclajes
Las fuerzas de tracción en los anclajes incluyen fuerzas de palanca y se determinan mediante análisis por el Método de los Elementos Finitos.
Los anclajes no se verifican en el software.
Clasificación de juntas según la norma china
Las juntas se clasifican según la rigidez de la junta en:
- Rígido – juntas con cambio insignificante de los ángulos originales entre elementos,
- Semirrígido – juntas que se supone tienen la capacidad de proporcionar un grado conocido y fiable de restricción a la flexión,
- Articulado – juntas que no desarrollan momentos flectores.
No existe un límite claro entre las clases de juntas en GB 50017 y, por lo tanto, las juntas se clasifican según EN 1993-1-8 – Cl. 5.2.2.
- Rígido – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b \)
- Semirrígido – \( 0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b \)
- Articulado – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5 \)
donde:
- Sj,ini – rigidez inicial de la junta; la rigidez de la junta se supone lineal hasta 2/3 de Mj,Rd
- Lb – longitud teórica del elemento analizado; establecida en las propiedades del elemento
- E – módulo de elasticidad de Young
- Ib – momento de inercia del elemento analizado
- kb = 8 para pórticos donde el sistema de arriostramiento reduce el desplazamiento horizontal al menos un 80 %; kb = 25 para otros pórticos, siempre que en cada planta Kb/Kc ≥ 0.1. El valor de kb = 25 se utiliza a menos que el usuario establezca "sistema arriostrado" en la configuración de la norma.
- Mj,Rd – resistencia de cálculo al momento de la junta
- Kb = Ib / Lb
- Kc = Ic / Lc
Diseño por capacidad según la norma china
El diseño por capacidad es una parte de la verificación sísmica y garantiza que la unión tiene suficiente capacidad de deformación.
Las uniones deben ser capaces de transferir de forma segura la fuerza necesaria para crear una rótula plástica en un elemento disipativo. El elemento disipativo es seleccionado por el usuario junto con el coeficiente de unión ηj tomado de GB 50017-2017, Tabla 17.2.9. El coeficiente de unión ηj se divide entre el factor de sobreresistencia γov y el factor de endurecimiento por deformación γsh; ηj = γovγsh. El factor de endurecimiento por deformación γsh es definido por el usuario, y se recomienda como γsh = 1.1 para vigas en pórticos resistentes a momento y γsh = 1.0 para otros elementos disipativos. Se recomienda elegir el valor más conservador de ηj; p. ej. ηj = 1.35 para la viga disipativa de acero grado Q345 en el pórtico resistente a momento para las verificaciones tanto de soldaduras como de tornillos.
Coeficiente de unión ηj según la Tabla 17.2.9
Diagrama de material del elemento disipativo