248741915 estructuras de acero
DESCRIPTION
acerosTRANSCRIPT
1 ESTRUCTURAS DE ACERO
CUADERNO Nro 1 TEMA: Diseño de Estructuras de Acero
___________________________________________________________________
1. INTRODUCCION AL DISEÑO ESTRUCTURAL DE ACERO2. ESPECIFICACIONES , CARGAS Y METODOS DE DISEÑO3. ANALISIS DE MIEMBROS A TENSION
Es común encontrar miembros sujetos a tensión en armaduras de puentes y techos, Torres, sistemas de arriostramiento y en situaciones donde se usan como tirantes.La selección de un perfil para usarse como miembro a tensión es uno de los problemas más sencillosComo no hay peligro de que el miembro se pandee, se necesitara determinar la carga que va a sustentarse.Luego se calcula el área requerida para sustentar esa cargaSeleccionar una sección de acero que proporcione el área requerida
3.1. Calcule el área neta del miembro indicado en el problema
Área Neta=
Área Neta=5.34375inch²
Área Neta=34.476cm²
3.2. Calcule el área neta del miembro indicado en el problema
Área Neta=
Área Neta=9.75inch²
Área Neta=62.903inch²
PARTES DE UN PERFIL W
d=Profundidad, tamaño (Depth) bf =ancho del ala (Flange Width) tf =espesor del ala (Flange Thicknesstw=espesor del alma (Web Thickness)
Estructuras Metálicas
EspesorAncho
Φ Bolt
Espesor
EspesorAncho
Φ Bolt
Espesor
Nº filas
Espesor
Espesor
Nº Filas
2 ESTRUCTURAS DE ACERO
T =Distancia sin curvatura kl=Distancia con curvatura en eje X k =Distancia con curvatura en eje X X= Eje X-X ( Axis X-X) Y= Eje Y-Y ( Axis Y-Y)
DENOTACION
La simbología que es utilizada actualmente para su notación es:
W 12 x 40
3.3. Calcule el área neta del miembro indicado en el problema
Datos (Indicado en la pg1-24, Manual of Steel Construction AISC)
Perfil w 12x40 Área Bruta =11.7inch² tw= 0.295 inch tf= 0.515 inch
El agujero Φ es igual a 3/4” + 1/8” = 7/8”
Área Neta=
Área Neta=9.38125inch²
Área Neta=60.524cm²
3.4. Calcule el área neta del miembro indicado en el problema
Datos (Indicado en la pg1-52, Manual of Steel Construction AISC)
Perfil WT 15x54 Área Bruta =15.90inch² tf= 0.760 inch
Estructuras Metálicas
Profundidad Aprox. (in.)Peso (lb/ft)
3 ESTRUCTURAS DE ACERO
El agujero Φ es igual a 1” + 1/8” = 9/8”
Área Neta=
Área Neta=14.19inch²
Área Neta=91.548cm²
PARTES DE UN PERFIL L
DENOTACION
L8 x 4 x 3/4
3.5. Una L8 x 4 x 3/4 con dos líneas de tornillos de 3/4 “ de Φ en el lado largo y una línea de tornillos de 3/4 “ de Φ en el lado corto.
Datos (Indicado en la pg1-40, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =8.44inch²
El agujero Φ es igual a 3/4” + 1/8” = 7/8”
Área Neta=
Área Neta=7.1275inch²
Área Neta=45.9838inch²
3.6. Un par de L4 x 4 x 1/4 con una linea de tornillos de 7/8 “ de Φ en cada lado
Datos (Indicado en la pg1-42, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =1.94inch²
Área Neta=
Área Neta=2.88 inch²
Estructuras Metálicas
Los perfiles L son los más comúnmente usados, para minimizar las cargas de viento o porrazones estéticas
Espesor
Espesor
Espesor
Nº filas
Espesor
Peso (lb/ft)
Profundidad Aprox. (in.)
Ag
4 ESTRUCTURAS DE ACERO
3.7. Un W 18 x 35 con dos agujeros en cada patín y uno en el alma, todos para tornillos de 7/8” de Φ.
Datos (Indicado en la pg1-18, Manual of Steel Construction AISC)
Perfil W 18x35 Área Bruta =10.30inch² tw= 0.30 inch tf= 0.425 inch
Área Neta=
Área Neta=8.30inch²
3.8. Calcule el Área neta en la sección compuesta mostrada en la Figura, para la que se usan tornillos de 3/4“ de Φ
Datos (Indicado en la pg1-52, Manual of Steel Construction AISC)
Perfil WT 15x45 Área Bruta =13.20inch² tf= 0.61inch
PL 5/8“ x 14“
Área Neta=
Área Neta=
Área Neta=17.8825inch²
3.9. La placa de 1 x 8 mostrada en la figura, Losa agujeros son para tornillos de 3/4 “Φ
Estructuras Metálicas
A
B
CD
E
2 Líneas por patin
Profundidad Aprox. (in.)Peso (lb/ft)
Nº Líneas
Espesor
Espesor
1 Línea en el alma
5 ESTRUCTURAS DE ACERO
ABC=
ABDE=
Área Neta= 6.4375inch² la más crítica (menor)
3.10 Calcule el Área neta en la sección compuesta mostrada en la Figura, La placa de 3/4”x10” los agujeros son para los tornillos de 7/8“ de Φ
ABCD=
ABECD=
ABECD= 7.67inch
Área Neta=7.67inch x 3/4inch = 5.7525 inch²
la más crítica (menor)
NOTA:
También se puede resolver de esta manera , no considerando inicialmente en las cadenas el espesor de la placa , escogemos la menor longitud de cadena y multiplicamos finalmente por el espesor de placa.
3.11 Calcule el Área neta en la sección compuesta mostrada en la Figura, La placa de 7/8”x14” los agujeros son para los tornillos de 7/8“ de Φ
ABC=
ABFDE=
ABFDE=11.84 inch
Estructuras Metálicas
A
D
B
CE
A
D
B
C
F
E
Nº de agujeros
Nº de agujeros
Nº de agujeros
Nº de agujeros
Nº de agujeros
6 ESTRUCTURAS DE ACERO
ABDE= =12.208inch
Área Neta=11.84 inch x 7/8inch = 10.36inch²
3.12 El Angulo 6 x 4 x ½ mostrado tiene una línea de tornillos de 3/4 “ de Φ en cada lado. Los tornillos están a 4” en el centro de cada línea y están en zigzag a 2 pulgadas entre si.
Datos (Indicado en la pg1-42, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =4.75inch²
El agujero Φ es igual a 3/4” + 1/8” = 7/8”
Área Neta=
Área Neta=inch²
3.13 .
ABDE= =
Estructuras Metálicas
El miembro a tensión mostrado en la Figura contiene agujeros para tornillos de 3/4" de Φ ¿Para que paso, s , será el área neta para la sección que pasa por un agujero igual a la de la línea de fractura que atraviesa por dos agujeros?
A
D
B
C E
7 ESTRUCTURAS DE ACERO
ABC= = =
S=3.24inch.
3.15 Un L6 x 6 x 1/2” se usa como miembro a tensión con una línea de gramil para tornillos de 3/4 “ de Φ en cada lado en la posición usual de gramil (véase la Tabla 3.1). ¿Cuál es el escalonamiento mínimo, necesario para que solo un tornillo tenga que sustraerse del área toral del Angulo?
Datos (Indicado en la pg1-40, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =5.77inch²
El agujero Φ es igual a 3/4” + 1/8” = 7/8” perfil L6 x 6 x 1/2
Área Neta necesaria para un solo tornillo
Área Neta deseada=Ag – (1)x D x espesor = 5.77inch² - (1)( 3/4” + 1/8”)(1/2) = 5.3325inch²…..(1)
Área Neta =Ag – (2)x D x espesor + x espesor ………(2)
Igualando (1) y (2): Ag – (1)x D x espesor =Ag – (2)x D x espesor + x espesor
(1)x D x espesor = x espesor
S = =
S =4.77 inch
Para un S=3” Aneta = Ag – (2)x D x espesor + x espesor
Aneta = 5.77inch² - (2)( 3/4” + 1/8”)(1/2) + = 5.068 inch²
3.14 El miembro a tensión mostrado en la Figura contiene agujeros para tornillos de 7/8 “ de Φ ¿para que paso, s , será el área neta para la sección que pasa por dos agujeros igual a la de la línea de fractura que atraviesa por los tres agujeros?
Net width 3 bolt holes subtracted
= =
Net width ABECD Equating
Estructuras Metálicas
g=3.5
g’=2g1-esp.=6.5”
A
D
B
CE
3/4 in. bolts
dbw
e
8 ESTRUCTURAS DE ACERO
= = =
3.17.- Determine el aérea neta más pequeña del miembro a tensión mostrado en la Figura. Los agujeros son para tornillos de 3/4plg de diámetro en la posición usual de gramil. El escalonamiento es de 1 1/2plg.
Datos (Indicado en la pg1-42, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =2.06inch²
El agujero Φ es igual a 3/4” + 1/8” = 7/8” L5 x 3 1/2 x 1/4
Área Neta necesaria para un solo tornillo
g= 3inch g1= 2inch g2= 1 3/4inch s = 1 1/2plg.
Aneta = 2x2.06inch² – (2x3)( 3/4” + 1/8”)(1/4”) + x (1/4”) = 2.968 inch²
Aneta = 2x2.06inch² – (4)( 3/4” + 1/8”)(1/4”) = 3.245 inch²
Rpta.- El área neta critica, menor, es: 2.968 in²
Ejercicio 3.19.- Calcule el aérea neta efectiva de la sección armada mostrada en la Figura, si se han taladrado agujeros para tornillos de 3/4plg de diámetro. Suponga U=0.9
Estructuras Metálicas
dbw
e
9 ESTRUCTURAS DE ACERO
Datos (Indicado en la pg1-36, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag2=7.35inch² tf2= 7/16”
El agujero Φ es igual a 3/4” + 1/8” = 7/8”
An= 2x Ag1 +2x Ag2 – 4x D x(e1+ tf2)
An = 2x (5.5 inch²) +2x(7.35 inch²) – 4x (3/4” + 1/8” ) x(1/2”+ 7/16”)
An = 22.41875 inch²
3-21.- Determinar el área neta efectiva de L7x4x½ mostrado en la siguiente figura. Suponga que los agujeros son para tornillos de 1 plg ø.
Estructuras Metálicas
Datos:
PL 1/2 X 11
e1= 1/2 inch
bw1= 1/2 inch
Ag1= bw1 x e1
Ag1= 5.5inch²
El área neta efectiva, es:
Ae =U x 22.41875 inch²
Ae =0.9 x 22.41875 inch²
Ae =20.177 inch²
10 ESTRUCTURAS DE ACERO
Datos (Indicado en la pg1-40, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=5.25 inch² = 0.910 in
Para ABC : An= 5.25 inch² - (1)(1” + 1/8”)(1/2”)
An= 4.6875 inch²
Para ABDE : An= 5.25 inch² - (2)(1” + 1/8”)(1/2”) + x(1/2”)
An= 4.2917 inch²
Por lo tanto el An critica a considerar es de 4.292 inch², Para hallar el valor del área neta efectiva tenemos que definir el factor “U”:
U = 1 -
U = 1 - =0.924
Obtenido el valor de U, es posible hallar el Área neta efectiva “Ae”:
3-23.- Determinar el área neta efectiva de la W16x40 mostrada en la siguiente figura. Suponga que los agujeros son para tornillos de 3/4 plg ø.
Estructuras Metálicas
A
B
C
D
E
Nº of bolts
Nº of boltsbolt
El área neta efectiva, es:
Ae =U x 4.292 inch²
Ae =0.924 x 4.292 inch²
Ae =3.9658 inch²
11 ESTRUCTURAS DE ACERO
Datos (Indicado en la pg1-20, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=11.80 inch² = 0.505 in
En este caso solo habrá una posible área de falla, la cual será paralela a la sección del elemento metálico, para la cual hallamos el Área neta “An”:
An= 11.80 inch² - (4)( 3/4” + 1/8”)(0.505”)
An= 10.0325 inch²
Para hallar el valor del área neta efectiva tenemos que definir el factor “U”:
U = 1 -
U = 1 - =1 - =0.828
Sin embargo para el caso de secciones W, se tiene que verificar además las siguientes condiciones:
Para el caso se da:
Por lo tanto: U = 0.85
Estructuras Metálicas
Nº files of boltshf
bf=7 inch d=16 inch
El área neta efectiva, es:
Ae =U x 10.0325 inch²
Ae =0.85x 10.0325 inch²
Ae =8.528 inch²
12 ESTRUCTURAS DE ACERO
3-25.- Determinar las resistencias de diseño LRFD y permisible ASD de las secciones dadas. Desprecie el bloque de cortante para una sección de acero A36 y tornillos de 3/4 plg ø.
Datos (Indicado en la pg1-40, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=5.25 inch² 0.91 ina) Resistencia a la fluencia por tensión:
Fluencia para la sección bruta
b) Resistencia a la fractura por tensión en la sección neta
Para ABC An= 5.25 inch² - (1)( 3/4” + 1/8”)(1/2”)
An= 4.8125 inch²
Para ABDE An= 5.25 inch² - (2)( 3/4” + 1/8”)(1/2”) + x(1/2”)
An= 4.5417 inch²
Por lo tanto el An Critica a considerar es de 4.5417 in2. Para hallar el valor del área neta efectiva tenemos que definir el factor “U”:
Estructuras Metálicas
Pn= Fy x Ag = 36 ksi x 5.25 inch²
Pn= Fy x Ag = 36 ( ) x 5.25 inch²
Pn= 189.00 Kip
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 189.00 Kip Φ =0.90 adim.
Pna1= Φ x 189.00 Kip
Pna1= 170.1 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 189.00 Kip Ω =1.5/ Φ =1.67 adim.
Pna1= 189.00 Kip / Ω
Pna2= 113.174 Kip
A
B
C
D
E
Nº of bolts
Thickness
Thickness
Nº of boltsThickness Thickness
U = 1 - = 1 - =.0.886886
Obtenido el valor de U, es posible hallar el Área neta efectiva “Ae”:
Ae= U x An = 0.886 x 4.5417 inch²
Ae= 4.024 inch²
Pu= Fu x Ae = 58 ksi x 4.024 inch²
Pn= Fu x Ae = 58 ( ) x 4.024 inch²
Pn= 233.392 Kip
13 ESTRUCTURAS DE ACERO
Respuesta: LRFD 170.1 Kip ASD 113.174 Kip
Ejercicio 3-27.- Determinar las resistencias de diseño LRFD y permisible ASD de las secciones dadas. Desprecie el bloque de cortante para una W 18x40 que consiste de acero A992 y que tiene dos líneas de tornillos de 1 plg ø en cada patín. Hay 4 tornillos en cada línea, 3 plg entre centros.
Datos (Indicado en la pg1-18, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=11.80 inch² para W9x20 = 2.29 ina) Resistencia a la fluencia por tensión:
Fluencia para la sección bruta
Estructuras Metálicas
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 233.392 Kip Φ =0.75 adim.
Pna1= Φ x 233.392 Kip
Pua1= 175.044 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 233.392 Kip Ω =1.5/ Φ =2 adim.
Pna1= 233.392 Kip / Ω
Pua2= 116.696 Kip
Pn= Fy x Ag = 50 ksi x 11.80 inch²
Pn= Fy x Ag = 50 ( ) x11.80 inch²
Pn= 590 Kip
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 590.00 Kip Φ =0.90 adim.
Pna1= Φ x 590.00 Kip
Pna1= 531.00 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 590.00 Kip Ω =1.5/ Φ =1.67 adim.
Pna2= 590.00 Kip / Ω
Pna2= 353.29 Kip
tf=0.525 inch d=17.9 inch bf=6.02 inch
14 ESTRUCTURAS DE ACERO
b) Resistencia a la fractura por tensión en la sección neta
En este caso solo habrá una posible área de falla, la cual será paralela a la sección del elemento metálico, para la cual hallamos el Área neta “An”:
Para ABC An= 11.80 inch² - (4)( 1” + 1/8”)(0.525”)
An= 9.4375 inch²
Por lo tanto el An a considerar es de 4.5417 in2. Para hallar el valor del área neta efectiva tenemos que definir el factor “U”:
Sin embargo para el caso de secciones W, se tiene que verificar además las siguientes condiciones:
Para el caso se da:
Por lo tanto: U = 0.85
Por lo tanto escogemos los mínimos valores:
Respuesta: LRFD 391.0725 Kip ASD 260.715 Kip
Estructuras Metálicas
Nº filas de pernos
Thickness
U = 1 - = 1 - = 0.746
Pu= Fu x Ae = 65 ksi x 8.022 inch²
Pn= Fu x Ae = 65 ( ) x 8.022 inch²
Pn= 521.430 Kip
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 521.430 Kip Φ =0.75 adim.
Pna1= Φ x 521.430 Kip
Pua1= 391.0725 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 521.430 Kip Ω =1.5/ Φ =2 adim.
Pna1= 521.430 Kip / Ω
Pua2= 260.715 Kip
El área neta efectiva, es:
Ae =U x 9.4375 inch²
Ae =0.85x 9.4375 inch²
Ae =8.022 inch²
15 ESTRUCTURAS DE ACERO
Ejercicio 3-29.- Determinar las resistencias de diseño LRFD y permisible ASD de las secciones dadas. Desprecie el bloque de cortante para una W 18x40 de acero A992 y que tiene dos líneas de tornillos de 3/4 plg ø en cada patín. Hay 3 tornillos en cada línea, 4 plg entre centros.
Datos (Indicado en la pg1-26, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=11.70 inch² 0.735 ina) Resistencia a la fluencia por tensión:
Fluencia para la sección bruta
b) Resistencia a la fractura por tensión en la sección neta
En este caso solo habrá una posible área de falla, la cual será paralela a la sección del elemento metálico, para la cual hallamos el Área neta “An”:
Para ABC An= 11.70 inch² - (4)( 3/4” + 1/8”)(0.56”)
An= 9.74 inch²
Por lo tanto el An a considerar es de 9.74 in2. Para hallar el valor del área neta efectiva tenemos que definir el factor “U”:
Sin embargo para el caso de secciones W, se tiene que verificar además las siguientes condiciones:
Estructuras Metálicas
Pn= Fy x Ag = 50 ksi x 11.70inch²
Pn= Fy x Ag = 50 ( ) x11.70 inch²
Pn= 585 Kip
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 585.00 Kip Φ =0.90 adim.
Pna1= Φ x 585.00 Kip
Pna1= 526.50 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 585.00 Kip Ω =1.5/ Φ =1.67 adim.
Pna1= 585.00 Kip / Ω
Pna2= 350.299 Kip
Nº filas de pernos
Thickness
U = 1 - = 1 - = 0.908 adim.
tf=0.56 inch d=8.25 inch bf=8.07 inch
16 ESTRUCTURAS DE ACERO
Para el caso se da:
Por lo tanto: U = 0.908
Por lo tanto escogemos los mínimos valores:
Respuesta: LRFD 431.145 Kip ASD 287.43 Kip
Estructuras Metálicas
Pu= Fu x Ae = 65 ksi x 8.844 inch²
Pn= Fu x Ae = 65 ( ) x 8.844 inch²
Pn= 574.860 Kip
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 574.86 Kip Φ =0.75 adim.
Pna1= Φ x 574.86 Kip
Pua1= 431.145 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 574.86 Kip Ω =1.5/ Φ =2 adim.
Pna1= 574.86 Kip / Ω
Pua2= 287.43 Kip
El área neta efectiva, es:
Ae =U x 9.74 inch²
Ae =0.908x 9.74 inch²
Ae =8.844 inch²
17 ESTRUCTURAS DE ACERO
Ejercicio 3-31.- Una C9X20 (Fy=36 klb/ plg², Fu= 58 klb/ plg²) con 2 líneas de tornillos de 7/8 plg Ø en el alma como se muestra en la Figura P3-31.
Datos (Indicado en la pg1-34, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=5.87 inch² 0.39 in
a) Resistencia a la fluencia por tensión:
Fluencia para la sección bruta
b) Resistencia a la fractura por tensión en la sección neta
Para ABCD An= 5.87 inch² - (2)( 7/8” + 1/8”)(0.413”)
An= 5.044 inch²
Para ABEF An= 5.87 inch² - (2)( 7/8” + 1/8”)(0.413”) + x(0.413”)
An= 5.3095 inch²
Por lo tanto el An Critica a considerar es de 5.044 in2. Para hallar el valor del área neta efectiva tenemos que definir el factor “U”:
Estructuras Metálicas
B
C
D
A
STEEL A36
Pn= Fy x Ag = 36ksi x 5.87inch²
Pn= Fy x Ag = 36 ( ) x5.87 inch²
Pn= 211.32 Kip
tf=0.413 inch d=9 inch bf=2.65 inch
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 211.32 Kip Φ =0.90 adim.
Pna1= Φ x 211.32 Kip
Pna1= 190.188 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 211.32 Kip Ω =1.5/ Φ =1.67 adim.
Pna1= 211.32 Kip / Ω
Pna2= 126.539 Kip
Nº of boltsThickness
Nº of boltsThickness Thickness
U = 1 - = 1 - = 0.935 adim.6
Obtenido el valor de U, es posible hallar el Área neta efectiva “Ae”:
Ae= U x An = 0.935 x 5.3095inch²
Ae= 4.964 inch²
Pu= Fu x Ae = 58 ksi x 4.964 inch²
Pn= Fu x Ae = 58 ( ) x 4.964 inch²
Pn= 287.912 Kip
E
F
18 ESTRUCTURAS DE ACERO
Por lo tanto escogemos los mínimos valores:
Respuesta: LRFD 190.188 Kip ASD 126.539 Kip
Ejercicio 3-33.- Una C6X10.5 que consiste en acero A36 con dos soldaduras longitudinales que se muestran en la figura.
Datos (Indicado en la pg1-34, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=3.08 inch² 0.50 in
a) Resistencia a la fluencia por tensión:
Fluencia para la sección bruta
b) Resistencia a la fractura por tensión en la sección netano hay tornillos: An=Ag
An= 3.08 inch²
Estructuras Metálicas
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 287.912 Kip Φ =0.75 adim.
Pna1= Φ x 287.912 Kip
Pua1= 287.912 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 287.912 Kip Ω =1.5/ Φ =2 adim.
Pna1= 287.912 Kip/ Ω
Pua2= 143.956 Kip
Pn= Fy x Ag = 36ksi x 3.08inch²
Pn= Fy x Ag = 36 ( ) x3.08 inch²
Pn= 110.88 Kip
tf=0.343 inch L=6 inch bf=2.03 inch
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 110.88 Kip Φ =0.90 adim.
Pna1= Φ x 110.88 Kip
Pna1= 99.792 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 110.88 Kip Ω =1.5/ Φ =1.67 adim.
Pna2= 110.88 Kip / Ω
Pna2= 66.395 Kip
19 ESTRUCTURAS DE ACERO
Por lo tanto el An a considerar es de 3.80 in2. Para hallar el valor del área neta efectiva tenemos que definir el factor “U”:
Por lo tanto escogemos los mínimos valores:
Respuesta: LRFD 99.792 Kip ASD 66.395 Kip
Ejercicio 3-35.- Determine la resistencia de diseño LFRD y permisible ASD de las secciones dadas, incluyendo el bloque de cortante.Una WT6X26.5, acero A992, unida por el patín con seis tornillos de 1 plg Ø como se muestra en la Figura (respuesta. : LRFD 269.2 Kip ASD 179.5 Kip)
a) Resistencia a la fluencia por tensión:
Fluencia para la sección bruta
Estructuras Metálicas
U = 1 - = 1 - = 0.917 adim.6
Obtenido el valor de U, es posible hallar el Área neta efectiva “Ae”:
Ae= U x An = 0.917 x 3.08inch²
Ae= 2.8244 inch²
Pu= Fu x Ae = 58 ksi x 2.8244 inch²
Pn= Fu x Ae = 58 ( ) x 2.8244 inch²
Pn= 163.813 Kip
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 163.813 Kip Φ =0.75 adim.
Pna1= Φ x 163.813 Kip
Pua1= 122.860 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 163.813 Kip Ω =1.5/ Φ =2 adim.
Pna2= 163.813 Kip / Ω
Pua2= 81.906 Kip
Pn= Fy x Ag = 50ksi x 7.78inch²
Pn= Fy x Ag = 50 ( ) x7.78 inch²
Pn= 389 Kip
tf=0.575 inch d=7.06 inch bf=10 inch
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 389 Kip Φ =0.90 adim.
Pna1= Φ x 389 Kip
Pna1= 350.10 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 389 Kip Ω =1.5/ Φ =1.67 adim.
Pna2= 389 Kip / Ω
Pna2= 232.934 Kip
Datos (Indicado en la pg1-62, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=7.78 inch² 1.02 in
B
A
C
D
E
F
20 ESTRUCTURAS DE ACERO
b) Resistencia a la fractura por tensión en la sección neta
Para ABCD An= 7.78 inch² - (2)( 1” + 1/8”)(0.575”)
An= 6.48625 inch²
Para ABEF An= 7.78 inch² - (2)( 1” + 1/8”)(0.575”) + x(0.575”)
An= 7.9357 inch²
Considerar primero Para ABCD An= 6.48625 inch² Para hallar el valor del área neta efectiva tenemos que definir el factor “U”:
Considerar Para ABEF An= 7.9357 inch² Para hallar el valor del área neta efectiva tenemos que definir el factor “U”:
Estructuras Metálicas
Obtenido el valor de U, es posible hallar el Área neta efectiva “Ae”:
Ae= U x An = 0.83 x 6.48625 inch²
Ae= 5.3836 inch²
Pu= Fu x Ae = 65 ksi x 5.3836 inch²
Pn= Fu x Ae = 65 ( ) x 5.3836 inch²
Pn= 349.933 Kip
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 349.933 Kip Φ =0.75 adim.
Pna1= Φ x 349.933 Kip
Pua1= 262.45 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 349.933 Kip Ω =1.5/ Φ =2 adim.
Pna2= 349.933 Kip / Ω
Pua2= 174.98 Kip
Nº of boltsThickness
Nº of boltsThickness Thickness
U = 1 - = 1 - = 0.83 adim.6
Obtenido el valor de U, es posible hallar el Área neta efectiva “Ae”:
Ae= U x An = 0.83 x 7.9357 inch²
Ae= 6.587 inch²
Pu= Fu x Ae = 65 ksi x 6.587 inch²
Pn= Fu x Ae = 65 ( ) x 6.587 inch²
Pn= 428.1326 Kip
U = 1 - = 1 - = 0.83 adim.6
21 ESTRUCTURAS DE ACERO
Por lo tanto escogemos los mínimos valores:
Respuesta: LRFD 262.45 Kip ASD 174.98 Kip
Ejercicio 3-37.- Un Angulo 6x6x3/8 soldado a una placa de empalme como se muestra en la Figura. Todo el acero es Fy= 36 klb/plg^2 y Fu = 58 klb/ plg^2.
4. DISEÑO DE MIEMBROS A TENSION --- QUEDA PENDIENTESTEEL DESIGN FOR ENGINEERS AND ARCHITECTS
Example 1.1. Determine the net area of a 4 x 4 x 1/2 angle with one line of 3-3/4-in. bolts as shown
Datos (Indicado en la pg1-42, Manual of Steel Construction AISC)
Angulo L4x4x1/2 Área Bruta =3.75 inch²
Estructuras Metálicas
LRFD (Load and Resistance Factor Design)
Pn= 428.1326 Kip Φ =0.75 adim.
Pna1= Φ x 428.1326 Kip
Pua1= 321.098 Kip
ASD (Allowable Strength Design)
Pn= 428.1326 Kip Ω =1.5/ Φ =2 adim.
Pna2= 428.1326 Kip / Ω
Pua2= 214.066 Kip
Datos (Indicado en la pg1-41, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=4.38 inch² 1.62 in
L=6 inch
Pn= Fy x Ag = 36ksi x 4.38 inch²
Pn= Fy x Ag = 36 ( ) x4.38 inch²
Pn= 157.68 Kip
STEEL A36
AgEspesor
Espesor
Nº Filas
22 ESTRUCTURAS DE ACERO
Área Neta=
Área Neta=3.31 inch²
Example 1.2. Determine the net area of the plate below if the holes are for7/8-in. bolts.
Estructuras Metálicas
Para encontrar la sección neta, consulte la Sección B2 Código AISC. la red ancho debe calcularse considerando todas las líneas posibles de fracaso y de deducir los diámetros de los agujeros en la cadena. Luego, para cada ruta diagonal,
la cantidad (s²/ 4 g) se añade, en donde s = separación longitudinal (pitch) de cualquier dos agujeros consecutivos y g = separación transversal (galga) de los mismos dos agujeros.
La sección neta crítico es la cadena que da el ancho menos neta. La red crítico anchura se multiplica entonces por el espesor para obtener el área neta (AISCS B2).
Φ Bolt
23 ESTRUCTURAS DE ACERO
5. INTRODUCCION A LOS MIEMBROS CARGADOS AXIALMENTE A COMPRESION
5.1 Consideraciones generales5.2 Esfuerzos residuales5.3 Perfiles usados para columnas5.4 Desarrollo de las fórmulas para columnas5.5 La fórmula de Euler5.6 Restricciones en los extremos y longitud efectiva de una columna5.7 Elementos atiesados y no atiesados5.8 Columnas largas, cortas e intermedias
Estructuras Metálicas
24 ESTRUCTURAS DE ACERO
5.9 Fórmulas para columnas5.10 relaciones de esbeltez máximas
DETERMINAR: La carga critica de pandeo para cada una de las columnas, usando la ecuación de Euler. E=29000ksi. Limite proporcional=36ksi suponga extremos simplemente apoyados y una relación de esbeltez máxima permisible Lr/r =200 desde 5.1 hasta 5.4
5.1. Una barra solida redonda de 1 1/4 “ de diámetro:
Inercia= (Sección Circular) Inercia= = = =0.1198 inch4
r= = =0.3124 inch
a) L=4 ft (Answer.14.89klb)
= =153.63 adim.
= =12.1238 Ksi < 36 Ksi
Pcr=12.1238 Klb/inch² x =14.88 Klb
5.2. La sección tubular mostrada:
r= =
=2.056 inch
a) L=21 ft
= =122.562 adim.
= =19.054 Ksi < 36 Ksi
Estructuras Metálicas
b) L=2 ft 3inch
= =86.4276 adim.
= =38.3281 Ksi < 36 Ksi
La ec. De Euler no es aplicable, Fe excede el límite proporcionalc) L=6 ft 6inch
= =249.6799
La ecuación De Euler no es aplicable, L/r excede a 200
b) L=16 ft
= =93.385 adim.
= =32.82 Ksi < 36 Ksi
Pcr=32.82 Klb/inch² x
Pcr=112.372 Klb Carga de Euler
25 ESTRUCTURAS DE ACERO
Pcr=19.054 Klb/inch² x
Pcr==65.238 Klb
c) L=10 ft
= =58.366adim.
= =84.019 Ksi < 36 Ksi Esfuerzo de Euler
La ec. De Euler no es aplicable, Fe excede el límite proporcional
5.3. Una W 12 x 50, L=20ft (Answer.278.7klb)
Datos (Indicado http://www.engineeringtoolbox.com/american-wide-flange-steel-beams-d_1319.html)
http://www.engineersedge.com/standard_material/Steel_ibeam_properties.htm
Área Bruta =Ag=14.7 inch² h=12.19 in
ry= = =1.95 inch
Con una longitud de L= 20 ft
Relación de esbeltez = =123.077adim.
Esfuerzo de Euler Carga de Euler
= =18.894 Ksi < 36 Ksi Pcr=18.894 Klb/inch² x 14.7 inch² = 277.75 Klb
5.4. Las cuatro L4x4x1/4 mostradas para L=40ft
Datos (Indicado en la pg1-42, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=1.94 inch² 1.08 in
Estructuras Metálicas
Profundidad Aprox. (in.)Peso (lb/ft)
Iy=56.3 inch4
Iy=3 inch4 Ix=3 inch4
26 ESTRUCTURAS DE ACERO
1.08in
Como son 4 elementos mediante Steiner (ejes paralelos)
Ag=4x1.94 inch² = 7.76 inch²
Iy=4x ( Iy+Area(x1- ))
Iy=4x (3 inch4+1.94 inch²( 6”-1.08” )² ) = 199.84 inch4
Como son lados iguales entoces Ix=199.84 inch4
ry= rx= = =5.075 inch
Con una longitud de L= 40 ft
Relación de esbeltez = =94.58adim.
DETERMINAR: La resistencia de diseño LFRD, Φc P y la resistencia permisible ASD, Pn/Ω para cada uno de los miembros a compresión mostrados, Use la Especificacion AISC y una acero con Fy=50Ksi, excepto para el problema 5.8, Fy=46Ksi,
5.5. Answer.212klb LRFD;141 klb ASD
5.6. Answer.---klb LRFD;--- klb ASD
Estructuras Metálicas
1.08inch
4.92inch
12/2 inch
Esfuerzo de Euler
= =31.996 Ksi < 36 Ksi
Carga de Euler
Pcr=31.996Klb/inch² x 7.76 inch² = 248.291 Klb
Datos (Indicado en la pg1-26, Manual of Steel Construction AISC)
Área Bruta =Ag=9.12 inch² Rx=3.47inch Ry=2.02inch K=0.829 inch
d =8 inch² bf=8 inch tf=0.435 inch tw=0.285inch
ffffffffffffffffff
= =9.195 adim.
= =32.82 Ksi < 36 Ksi
Pcr=32.82 Klb/inch² x
Pcr=112.372 Klb Carga de Euler
27 ESTRUCTURAS DE ACERO
5.7. Answer.678.4klb LRFD;451.5 klb ASD
5.8. Answer.---klb LRFD;--- klb ASD
Estructuras Metálicas
28 ESTRUCTURAS DE ACERO
DETERMINE: Φc Pn y Pn/Ω para cada una de las columnas, Usando la Especificacion AISC y Fy=50Ksi, excepto para el problema 5.8, Fy=46Ksi, a menos que se especifique otra cosa. desde 5.9 hasta 5.11
5.9. a) W12x120 con KL=18ft (Answer.1120klb LRFD;740klb ASD)
b) HP10x42 con KL=15ft (Answer.371klb LRFD;247klb ASD)
b) WT8x50 con KL=20ft (Answer.294klb LRFD;196klb ASD)
5.10. Observe que Fy es diferente para las partes c) a e). a) W8x24 con extremos articulados=12 ft b) W14x109 con extremos empotrados=20 ft c) HSS 8x6x3/8, Fy=46Ksi con extremos articulados, L=15 ft d) W12x152 ,Fy=36Ksi con extremos empotrado y el otro articulado, L=25 ft e) un Tubo 10STD, Fy=35Ksi con extremos articulados, L=15 ft 6inch
5.11. Una W10x39 con una cubre placa de 1/2 x10inch soldada a cada patín se va a usar como columna con KL=14inch (Answer.685klb LRFD;455klb ASD)
DETERMINE: Φc Pn y Pn/Ω para cada una de las columnas, Usando la Especificacion AISC y Fy=50Ksi, excepto para el problema 5.8, Fy=46Ksi, a menos que se especifique otra cosa. desde 5.12 hasta 5.17
5.12. a) (Answer.---klb LRFD; ---klb ASD) ; b) (Answer.---klb LRFD; ---klb ASD)
Estructuras Metálicas
29 ESTRUCTURAS DE ACERO
5.13. a) (Answer.297klb LRFD;198klb ASD) ; b) (Answer.601klb LRFD;400klb ASD)
5.14. a) (Answer.---klb LRFD; ---klb ASD) ; b) (Answer.---klb LRFD; ---klb ASD)
Estructuras Metálicas
30 ESTRUCTURAS DE ACERO
5.15. a) (Answer.451.9klb LRFD;301klb ASD) ; b) (Answer.525.9klb LRFD;350klb ASD)
5.16. a) (Answer.---klb LRFD; ---klb ASD) ; b) (Answer.---klb LRFD; ---klb ASD)
Estructuras Metálicas
31 ESTRUCTURAS DE ACERO
5.17. Una columna W12x96 de 24 ft cargada axialmente que tiene el arriostra miento y las condiciones de apoyo en los extremos que se muestra en la figura. (Answer.1023.3klb LRFD; 680klb ASD)
5.18. Determine la carga viva(live) máxima de servicio que la columna mostrada puede soportar si la carga viva es el doble de la carga muerta. KxLx=18ft, KyLy=12ft y Fy=36Ksi. Resuelva mediante los dos métodos LRFD y ASD.
Estructuras Metálicas
32 ESTRUCTURAS DE ACERO
5.19. Calcule la carga viva de servicio máxima total que se puede aplicar a la SeccionA36 mostrada en la figura, si KxLx=12ft, KyLy=10ft y Fy=36Ksi. Suponga que la carga es 1/2 carga muerta y ½ carga viva. Resuelva mediante ambos métodos LRFD y ASD. (Answer.29klb LRFD; 27klb ASD)
Estructuras Metálicas
33 ESTRUCTURAS DE ACERO
5.20. Diseñar una columna en celosía de 7.50m de longitud, que soporta una carga axial de servicio de 300tn , los extremos son articulados y no pueden desplazarse lateralmente, usar acero A36 y las especificaciones AISC.
SEASUME:
b=h=60cm
rx=ry=0.42
Estructuras Metálicas
300Tn
34 ESTRUCTURAS DE ACERO
Estructuras Metálicas