Tipo de unión: Unión con doble angular de unión
Sistema de unidades: Métrico
Diseñado según: AS 4100
Investigado: Tornillos, metal base
Material de la placa: Grado 300
Tornillos: M20 Grado 8.8
Ejemplo tomado de: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Capítulo 9.4.1.1
Geometría
La viga UB 406×178×60 se conecta al pilar UC 254×254×89 mediante dos angulares L100×6.
Se seleccionan tornillos M20 grado 8.8 con un paso de 70 mm.
Carga aplicada
La viga está cargada por una fuerza cortante de 190 kN. Para ser conservador, en el diseño de los tornillos en el alma de la viga, 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 los angulares y el grupo de tornillos en la cara del pilar, 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.
Comparación entre el cálculo manual e IDEA StatiCa
Los resultados de B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Capítulo 9.4.1.1 se utilizan como cálculo manual.
Unión del alma de la viga
El grupo de tornillos está cargado por la fuerza cortante de 190 kN y el momento flector resultante de la distancia entre la carga aplicada en la cara del pilar y el centro de gravedad del grupo de tornillos en el alma de la viga, 190 kN × 65 mm = 12,35 kNm. La fuerza máxima en el tornillo se calculó como 71,1 kN. Los resultados de IDEA se muestran en la figura siguiente. Las flechas muestran la reacción de la placa sobre la fuerza del tornillo.
La fuerza máxima está en el tornillo B4; cada plano de cortante transfiere 36,3 kN, es decir, el tornillo completo transfiere 2 × 36,3 = 72,6 kN, lo que coincide estrechamente con el cálculo manual.
Las resistencias de los tornillos utilizan fórmulas de AS 4100 de modo que coinciden perfectamente, p. ej., la verificación de la resistencia a cortante del tornillo (cada plano de cortante se verifica por separado):
Las resistencias al desgarro en el cálculo manual dividen la fuerza cortante en componentes en direcciones directamente hacia el borde de la chapa. Por otro lado, IDEA StatiCa utiliza la dirección del vector en la fórmula. Solo se muestra la verificación más determinante para cada tornillo.
Los tornillos en IDEA StatiCa también están cargados por pequeñas fuerzas de tracción debidas a la deformación de las placas. Estas fuerzas se desprecian en el cálculo manual.
Unión a la ala del pilar
Para la verificación de los tornillos en el ala del pilar, la fuerza se aplica en el centro de gravedad de los tornillos en el alma de la viga. Los tornillos están cargados por una fuerza de tracción significativa y esto también es determinante para la deformación de los angulares. La deformación plástica se muestra en la figura siguiente. La deformación plástica límite es del 5 % según la norma europea EN 1993-1-5.
La fuerza de tracción máxima está en la fila superior de tornillos, B8 y B12. Obsérvese la disminución de las fuerzas cortantes en los tornillos B1–B4, que solo están cargados por la fuerza cortante y sin momento flector. Las fuerzas cortantes en los tornillos B5–B12 son mayores que según el cálculo manual: Vf* = 190 / 8 = 23,75 kN. Esta diferencia se debe a la deformación significativa de los angulares, que también provoca la inclinación de las fuerzas cortantes.
Resistencia de cálculo de la junta
La reserva en la resistencia a la carga puede observarse mediante el tipo de análisis de resistencia de cálculo de la junta. Debido a la plastificación de los angulares, la reserva es baja. La junta fallaría con un factor de carga del 103,4 %, es decir, fuerza cortante Vf* = 196,5 kN.
Rigidez
La rigidez de la unión puede determinarse estableciendo el tipo de análisis en "Rigidez", configurando la viga como el elemento analizado y estableciendo la "Longitud teórica" correcta del elemento analizado (normalmente el vano de la viga, de eje a eje de pilares). El software calcula la rigidez secante a la carga establecida y la rigidez inicial a 2/3 Mj,Rd, hasta la cual se asume que el diagrama momento–rotación es lineal. La junta se clasifica según la rigidez inicial Sj,ini.
Conclusión
IDEA StatiCa Connection proporciona resultados similares al cálculo manual. Requiere criterio de ingeniería para determinar la posición de la carga cortante, pero todas las verificaciones se realizan de forma rápida y automática. Las fuerzas en los tornillos se ven afectadas por la deformación de las placas y la diferencia puede ser significativa si las placas están plastificando. Las fuerzas que actúan sobre los componentes son por esta razón generalmente mayores que según el cálculo manual con la hipótesis de pequeñas deformaciones.