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Cisca Tjoa, PE

2024-12-30

Diseño de soldaduras en ángulo con AISC en RFEM 6

Las tensiones de soldadura entre superficies se pueden determinar utilizando el complemento Análisis tensión-deformación en RFEM 6. Además, el límite de tensión determinado según la norma aplicable se puede introducir para determinar la relación de tensiones de la soldadura. Este artículo se centra en el cálculo de soldaduras en ángulo según AISC 360-22 [1] con dos ejemplos del volumen 1 de AISC: Ejemplos de cálculo [2].

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1 Ejemplos de Diseño AISC J.1 y J.2A

Ejemplo AISC J.1 de soldadura en ángulo en cortante longitudinal

Como se muestra arriba en la imagen 01, una placa de ¼ de pulgada de espesor está soldada a una placa de 3/8 de pulgada de espesor. Las placas son ASTM A572 Grado 50. Soldadura: Electrodos de 70 ksi, tamaño de rama de 3/16 pulgadas, 27 pulgadas de largo.

Hay varios tipos de uniones disponibles, incluyendo la unión a tope, la unión en esquina, la unión a solape y la unión en T. Para el primer ejemplo, se seleccionan la unión a solape y el empalme simple (figura 02). La disposición de la soldadura controla si la soldadura se dispone en la parte inferior o superior de la superficie conectada. Aparece un mensaje de error para sugerir invertir la orientación si la selección inicial es incorrecta. Para el tamaño de la soldadura, introduzca el espesor de la garganta de 3/16 x 0,707 = 0,13256 pulgadas. Primero seleccione la línea para la soldadura, luego las dos superficies que se deben conectar. La longitud de la soldadura es igual a la longitud total de las líneas seleccionadas.

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2 Unión Soldada de Línea para el Ejemplo J.1

En la carpeta Análisis tensión-deformación , se puede editar la Configuración de unión soldada en línea predeterminada (Imagen 03). Desactive los tipos de tensión irrelevantes.

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3 Configuraciones de uniones soldadas en línea

La tensión límite se puede calcular según la ecuación AISC J2-4 (excluyendo el área de soldadura) para el cálculo de LRFD. Este valor se compara con la tensión resultante, σ_|j+s+w|.

\emptyset R_{n} = \emptyset \cdot β \cdot F_{n w} \cdot k_{d s}

\emptyset R_{n} = 0.75 \cdot 0.912 \cdot (0.60 \cdot 70 k s i) \cdot 1.0

\emptyset R_{n} = 28.7 k s i

φ	Factor de resistencia de LRFD
β	Factor de reducción = 1,2 - 0,002(27,0 in/0,1875 in) ≤ 1,0
F_nw	Tensión nominal del metal de soldadura, ksi
k_ds	Factor de incremento de la resistencia direccional (1,0 para la dirección longitudinal)

Tensión límite de soldadura AISC

Las "Opciones especiales" (figura 04) proporcionan la capacidad de redistribuir los picos de tensión locales a lo largo de la soldadura. Seleccione "Constante" para las cargas normales y de cortante. Para las cargas de flexión, seleccione "Ninguna" para ignorar el momento no deseado en la tensión resultante.

Los métodos de análisis de tensiones disponibles, Simplificado y Direccional, cumplen con EN 1993-1-8 [3]. Seleccione el método "Simplificado" para este ejemplo.

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4 Opciones Especiales

Después de ejecutar el cálculo, seleccione Tensiones en soldaduras en línea en el menú desplegable para ver el resultado de la tensión (Imagen 05). La relación de tensiones del ejemplo de AISC es igual a 200 kips/206 kips = 0,971. Esto es comparable a la relación de tensiones de 1.0 en RFEM.

5 Tensiones en Soldaduras de Línea Resultado para el Ejemplo J.1

Ejemplo de AISC J.2A Soldadura en ángulo cargada en ángulo

En este segundo ejemplo, se suelda una chapa de refuerzo de 3/4 de pulgada de espesor en la parte superior del ala de la viga (el ala y el alma de 1,0 pulgadas de espesor se suponen en el modelo). Las cargas se aplican en un ángulo de 60° relativo al eje longitudinal de la soldadura. Las placas son ASTM A572 Grado 50. Soldadura: Electrodos de 70 ksi, tamaño de rama de 5/16 pulgadas, 15,4 pulgadas de largo (Imagen 01).

Similar al flujo de trabajo que se muestra arriba, cree una nueva unión soldada en línea. Seleccione Unión en T y empalme doble (figura 06). Para el tamaño de la soldadura, introduzca un espesor de garganta de 5/16 x 0,707 = 0,221 pulgadas.

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6 Unión Soldada de Línea para el Ejemplo J.2A

Es necesario agregar una nueva Configuración de unión soldada en línea , ya que en este ejemplo se usa una tensión límite diferente.

El factor de aumento de la resistencia direccional según la ecuación AISC J2-5 se puede usar para aumentar la tensión límite para una soldadura en ángulo cargada en ángulo.

k_{d s} = (1.0 + 0.5 \cdot \sin^{1.5} θ)

k_{d s} = (1.0 + 0.5 \cdot \sin^{1.5} 60 °)

k_{d s} = 1.40

k_ds	Coeficiente de incremento de resistencia direccional
θ	Ángulo entre la línea de la fuerza aplicada y el eje longitudinal de la soldadura, grados

Factor de incremento de la resistencia direccional

Tensión límite según la ecuación AISC J2-4 (excluyendo el área de soldadura) para el cálculo de LRFD:

\emptyset R_{n} = \emptyset \cdot F_{n w} \cdot k_{d s}

\emptyset R_{n} = 0.75 \cdot (0.60 \cdot 70 k s i) \cdot 1.40

\emptyset R_{n} = 44.1 k s i

φ	Factor de resistencia de LRFD
F_nw	Tensión nominal del metal de soldadura, ksi
k_ds	Direction strength increase factor

Tensión límite de soldadura AISC

La relación de tensiones de 1.0 en RFEM verificó la longitud necesaria calculada en el ejemplo de AISC. Además de la tensión, los esfuerzos internos también se pueden mostrar gráficamente. La tensión tangencial total W se puede multiplicar por la longitud de la soldadura para verificar la carga total aplicada (imagen 07).

Resultados de Tensiones en Cordones de Soldadura para el Diseño de Soldadura de Filete AISC en RFEM 6

7 Análisis de tensión en soldaduras de línea para diseño de soldaduras a filete AISC

Cabe señalar que también se deben comprobar los requisitos adicionales de AISC para soldaduras en ángulo. Esto incluye los tamaños mínimo y máximo, la longitud mínima, la longitud eficaz y otras limitaciones cubiertas en la sección J2.2b de AISC.

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Autor

Cisca es responsable del soporte técnico al cliente y el desarrollo continuo de los programas para el mercado norteamericano.

Referencias

Instituto Americano de Construcción de Acero (2022). Specification for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 360-22. Chicago: AISC.
AISC. (2023). Design Examples – Companion to the AISC Steel Construction Manual – Version 16.0. Chicago: AISC.
EN 1993-1-8 Diseño de estructuras de acero - Parte 1-8: Cálculo de uniones. (2010). Berlín: Beuth Verlag GmbH

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