Validación de modelos numéricos de conexiones viga-columna utilizando perfiles T soldados

Abstract

El estudio de conexiones es fundamental para el diseño de estructuras de acero, ya que son las encargadas de traspasar correctamente los esfuerzos entre elementos y lograr que la estructura trabaje en conjunto. Esto no ocurrió en el terremoto de Northridge de 1994, donde se evidenció falencias en el diseño y el comportamiento de uniones soldadas, dejando como tarea pendiente el desarrollo de nuevas conexiones. La conexión DST se propone como una opción pre calificada para mejorar la ductilidad de los marcos de momento, siempre y cuando se utilicen perfiles T-stubs laminados, cuya disponibilidad es limitada en países como Chile. Dado esto surge la necesidad de comprobar su comportamiento utilizando perfiles T-stubs soldados, los cuales pueden ser una opción ventajosa desde el punto de vista del uso del material y la libertad de dimensionamiento. En este caso la conexión se denomina DBT (Double Built-Up Tee). El presente trabajo de título corresponde a un estudio numérico de conexiones DBT a escala real, con el objetivo de desarrollar un modelo computacional de conexión DBT, mediante el software ANSYS Mechanical v17.2, capaz de reproducir el comportamiento y los diferentes modos de falla de la conexión sometida a cargas cíclicas. Esto con el fin de avanzar en la validación de conexiones DBT para su uso en marcos de momento de tipo SMF. En primera instancia se ofrece una revisión bibliográfica de las principales investigaciones y normativas relacionadas al estudio. A partir de esto se establece el marco teórico, el cual permite entender el comportamiento esperado de la conexión en estudio. Luego se detallan las características de los modelos construidos, tales como geometría considerada, mallado de elementos finitos, condiciones de borde, sistemas de carga, definición de materiales y leyes constitutivas. A partir de esto se muestran los resultados obtenidos y su comparación y validación con los resultados experimentales obtenidos en Salas (2016). Se determinó que los modelos desarrollados son capaces de estimar los modos de falla, resistencia y deformación de ensayos experimentales hasta una rotación entre piso de 0,02 [rad]. Luego de esto se manifiesta una degradación de resistencia de hasta 30% debido al pandeo en el ala de la viga, producto de limitaciones en el modelamiento del material, brindando una estimación conservadora. El modelo no es capaz de captar el efecto de "pinching", pero puede ser estimado mediante cálculos anexos. La conexión es bien representada en términos de rigidez. El efecto de apalancamiento aumenta hasta un 46% las tensiones en los pernos a tracción entre especímenes SE-01 y SE-02. Los modelos validan los resultados experimentales a escala real, cumpliendo con los requisitos de FEMA 350 (2000) y AISC 341 (2016) para conexiones viga - columna en marcos tipo SMF.