Estabilidad de placas de ménsula mediante análisis de pandeo local y análisis no lineal de materiales (AISC)
Al diseñar uniones según AISC 360, el capítulo J.4 establece fórmulas para elementos de miembros en uniones y elementos de conexión, como placas, placas de unión, angulares y ménsulas. El método de diseño tradicional utiliza ecuaciones matemáticas para calcular la resistencia de los elementos estructurales.
Aunque se han desarrollado ecuaciones precisas para las condiciones más comunes, solo se dispone de ecuaciones empíricas o semiempíricas para algunos elementos de unión. Sin embargo, con técnicas de modelado adecuadas, las uniones pueden diseñarse con modelos de elementos finitos considerando lo siguiente:
- Análisis no lineal de materiales (MNA) para una predicción precisa de la resistencia.
- El análisis de pandeo lineal (LBA) puede proporcionar información sobre el comportamiento de pandeo elástico ideal de las uniones.
- No linealidades geométricas (GMNIA) para incluir efectos de segundo orden, comportamiento inelástico del material, imperfecciones geométricas y tensiones residuales en el LBA.
La investigación incluye datos experimentales de 86 especímenes experimentales, cálculos manuales utilizando el método de diseño del manual AISC 15th y el método de los elementos finitos.
Conclusiones:
- Para los 86 especímenes, el método de diseño de la 15ª edición del Manual AISC fue conservador
- Los resultados mostraron que se pueden obtener resultados precisos con el método de los elementos finitos combinando MNA con LBA.
- Para evitar el pandeo, la carga crítica, Pel, basada en LBA, debe ser igual o mayor que 4Pr para el diseño LRFD y 6Pr para el diseño ASD.
- Se presenta un ejemplo de diseño de una unión de ménsula utilizando cálculos manuales y análisis de elementos finitos.
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Autor: Bo Doswell, PE, Ph.D.
Empresa: ARC International, LLC
Fecha: 26 de agosto de 2022
Sobre el autor:
Bo Dowswell comenzó en la industria del acero en 1985 como delineante. Desde entonces, obtuvo los títulos de B.S., M.S. y Ph.D. en la Universidad de Auburn y la Universidad de Alabama en Birmingham. Como ingeniero profesional, su práctica de diseño se centra en estructuras de acero. Actualmente, es director tanto de SDS Consulting, una empresa de diseño, como de ARC International, que se especializa en investigación y consultoría. Bo Dowswell es también profesor adjunto en la Universidad de Alabama en Birmingham, donde su investigación y docencia se concentran en el diseño de uniones de acero. Además, presta servicios de consultoría para el AISC Steel Solutions Center.
Bo Dowswell es el autor de la Guía de Diseño AISC 33, Curved Member Design, y publica regularmente artículos técnicos sobre diseño en acero. Ganó el Premio AISC T. R. Higgins Lectureship 2020 por su investigación y publicaciones sobre placas de unión. Es miembro de varios comités del AISC, incluidos el Comité de Especificaciones, el Comité de Manuales, el Comité de Investigación y el Grupo de Trabajo sobre Edificios Industriales y Estructuras No Edificatorias. Bo Dowswell es también miembro del Structural Stability Research Council, donde sus actividades están principalmente relacionadas con la estabilidad de elementos de unión y vigas.