Desempeño sísmico de conexiones tipo EP-HSS considerando carga axial y flexión biaxial

Abstract

El acero estructural es un material que es ampliamente utilizado en los países de mayor desarrollo para la materialización de estructuras industriales y no industriales por su alta ductilidad y resiliencia al ser diseñadas con metodologías confiables que han tenido buen desempeño luego de eventos sísmicos. Dentro de estas estructuras resaltan los marcos especiales a momento con columnas tubulares (HSS) y vigas de sección I, que son capaces de concentrar la mayor parte de la deformación inelástica en las vigas al ser sujetas a demandas sísmicas considerables. Con el fin de aumentar la resiliencia de estas estructuras, así como la facilidad, rapidez y calidad constructiva es que se propone una conexión viga-columna mediante planchas tipo end-plate (EP) apernada denominada EP-HSS, la cual fue estudiada experimental y numéricamente para caracterizar su comportamiento bajo cargas cíclicas, cumpliéndose los criterios establecidos en la norma americana (AISC 341-10), encontrándose que el mecanismo de falla que prevalece es aquel asociado a una mayor plastificación en las vigas, lo cual corresponde a una falla de tipo dúctil. En el presente estudio se busca ampliar el alcance de investigaciones previas al incluir el efecto de la carga axial y flexión biaxial sobre la columna a través de una simulación numérica mediante el método de elementos finitos (MEF) que incluye no linealidades del material utilizado, geométricas y de contacto entre elementos, así como grandes deformaciones en el sistema. La carga axial se incluye en tres niveles de carga relativos a la carga axial de fluencia de la columna (Py), mientras que la flexión biaxial se considera al variar la cantidad de vigas conectadas a la columna que se deforman a flexión. En añadidura a lo anterior, se realizan simulaciones con modificaciones en el diseño de la conexión para inducir fallas localizadas en esta y estudiar los mecanismos de falla que se generan. Se encuentra que todas las conexiones cumplen con el requerimiento de sostener resistencias a flexión del 80 % del momento plástico nominal de la viga (Mp) para una rotación de 0.04 [rad] como se estipula en la norma AISC 341-16 y presentan un buen desempeño con respecto al criterio de columna fuerte-viga débil, al ser las vigas las principales disipadoras de energía. La respuesta de las conexiones se analizó mediante la conversión a un sistema equivalente en términos de energía de donde se encuentra que el impacto de la carga axial sobre la columna es reducido para los niveles estudiados y que la flexión biaxial tiene un mayor impacto en la histéresis de la conexión mas no induce mecanismos de falla frágiles.