Tipo de unión: Unión de placa lateral de alma
Sistema de unidades: Métrico
Diseñado según: AS 4100
Investigado: Tornillos, metal base, soldaduras
Material de la placa: Grado 300
Tornillos: M20 Grado 8.8
Soldaduras: soldaduras en ángulo con tamaño de 8 mm y resistencia 490 MPa
Ejemplo tomado de: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Capítulo 9.4.1.3
Geometría
La viga UB 406×178×60 se conecta al pilar UC 254×254×89 mediante una placa lateral de alma con dimensiones 280×90 mm. Se utilizan cuatro tornillos M20 grado 8.8 con un paso de 70 mm. Se supone que la viga no puede girar ni ser cargada por el momento flector alrededor del eje débil debido a las vigas separadoras y los forjados.
Carga aplicada
La viga está cargada por fuerza cortante. Para ser conservador, en el diseño de los tornillos, la fuerza cortante debe estar en la posición de la cara del pilar de modo que el grupo de tornillos también esté cargado por momento flector – seleccionar fuerzas en la posición 130 mm. Para el diseño de la placa de aleta y las soldaduras, la fuerza cortante debe aplicarse en la posición del centro de gravedad de los tornillos en el alma de la viga – seleccionar fuerzas en los tornillos.
Resultados del cálculo manual
Los resultados de B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Capítulo 9.4.1.3 se utilizan como cálculo manual. La fuerza cortante máxima que actúa sobre el tornillo es 85,9 kN. Este valor está próximo a la resistencia a cortante del tornillo – 92,6 kN. Las resistencias de la placa – capacidad de aplastamiento y desgarro de diseño son casi el doble. La resistencia a cortante de la placa de alma es 322,6 kN, que está próxima a la carga aplicada. Las soldaduras en ángulo tienen un tamaño de 8 mm y grado 490 MPa; la resistencia es \( \phi V_w = \phi \cdot 0.6 \cdot 490 \cdot \frac{8}{\sqrt{2}} = 1.33\, \textrm{kN/mm} \), la fuerza por unidad de longitud vertical es 0,84 kN/mm por lo que la reserva es del 37 %. El eslabón más débil son los tornillos. Con la hipótesis de distribución lineal de fuerzas en los tornillos, la fuerza máxima aplicada puede ser 270 kN.
Resultados de IDEA StatiCa
La posición de carga determinante para esta unión es en la cara del pilar. El grupo de tornillos está cargado por la fuerza cortante y el momento flector. Con una carga cortante de 270 kN, el tornillo más solicitado está cargado por fuerza cortante, V*f = 92,1 kN, y una pequeña fuerza de tracción, N*f = 13,5 kN, debido a la deformación de la placa de aleta unilateral. Con esta carga de 270 kN, el tornillo más solicitado alcanza una utilización del 99,9 % y la unión alcanza su resistencia máxima. Esta posición de la fuerza cortante también es determinante para la resistencia del acero de la placa de aleta; la deformación del 5% se alcanza con una carga de 305 kN.
La posición de la carga cortante en la posición de los tornillos es determinante para el diseño de las soldaduras. La resistencia de la placa de aleta es menor que la de las soldaduras y falla con una carga cortante aplicada de 335 kN. La deformación plástica de la placa de aleta se muestra en la forma deformada en la figura siguiente.
Para uniones cargadas por fuerzas cortantes extremas, es importante elegir cuidadosamente la posición de la carga cortante porque varios elementos también están cargados por momentos flectores significativos causados por esta fuerza cortante en un brazo de palanca.
Comparación
La resistencia a cortante de la unión de placa lateral de alma se determinó como 270 kN tanto en el cálculo manual como en IDEA StatiCa debido a la resistencia a cortante de los tornillos. Tanto la evaluación manual como la del software mostraron resistencia y modo de fallo idénticos.