Calibración y ampliación de modelos en ANSYS para conexiones de vigas IPE y columnas tubulares rellenas de concreto según normativas modernas
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Date
2024
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Publisher
Pontificia Universidad Javariana Cali
Abstract
La calificación de conexiones de acero viga columna, permite en sistemas estructurales definidos como PRM o PAC garantizar que la plastificación suceda primero en los elementos tipo viga sobre los elementos tipo columna con el fin de garantizar la prevalencia de columna fuerte viga débil y así un adecuado comportamiento del sistema estructural en el rango inelástico. Al momento de buscar bibliografía que contenga una base robusta de ensayos físicos que permita verificar si las calificaciones son adecuadas, se denota una base de datos mínima y esto se hace más evidente cuando nos enfocamos en el ámbito nacional. Para encontrar ensayos físicos fue necesario remontarse al año 2008 donde la ingeniera Maritza Uribe Vallejo, realizó unos ensayos experimentales en su tesis de maestría denominada “CALIFICACIÓN DE UNA CONEXIÓN RÍGIDA DE UNA VIGA I Y UNA COLUMNA TUBULAR RELLENA DE CONCRETO BAJO LA ACCIÓN DE CARGAS DINÁMICAS”, en ella se encontró que tan solo un tipo de viga I (IPE 360) fue sometida a ensayos de cargas cíclicas, dejando por fuera la mayoría de los perfiles disponibles en el mercado nacional. De ahí que se encontró una necesidad urgente de realizar ensayos con el resto de los perfiles más comunes del mercado que aún no fueron probados en este tipo de conexión, a saber, el tipo de perfiles son; IPE 300, IPE 330, IPE 360, IPE 400, IPE 450, IPE 500, IPE 550, IPE 600. Evidentemente con la cantidad de perfiles disponibles los ensayos físicos se hacen inviables desde el punto de vista económico, por tanto, la propuesta se basó en realizar la calificación de la conexión basados en la tesis de la ingeniera Maritza Uribe Vallejo, pero en el laboratorio virtual ANSYS, el cual basado en elementos finitos permite simular de la manera más precisa posible los resultados que se podrían obtener en un laboratorio físico. Para garantizar que las conexiones realizadas en ANSYS tuviesen un soporte real lo primero que se realizó fue la calibración de uno de los especímenes estudiados en el ensayo de la ingeniera Maritza Uribe, es decir, se tomó un espécimen de la propuesta en su tesis a la cual se le hubiese realizado los laboratorios pertinentes y replicar exactamente lo mismo en el laboratorio virtual obteniendo así un ciclo de histéresis que al ser comparado con la tesis de referencia diese aproximadamente los mismos resultados. Una vez realizada la calibración de uno de los especímenes de la tesis de referencia se procedió a realizar la calificación de la conexión para los perfiles de viga previamente indicados teniendo en cuenta las nuevas normas tales como AIS 341-22, NSR-10, y posteriormente se procedió a evaluar al laboratorio virtual obteniendo los ciclos de histéresis que permitieron confirmar que todos los perfiles ensayados son aptos para este tipo de conexión en zonas de alta sismicidad garantizando que el mecanismo de falla inicie primero en la viga antes que la columna
Abstract
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The qualification of beam-column steel connections allows, in structural systems defined as PRM or PAC, to ensure that plastification occurs first in the beam-type elements over the column-type elements in order to guarantee the prevalence of strong-beam-weak column and thus an adequate behavior of the structural system in the inelastic range. When looking for bibliography that contains a robust base of physical tests that allows verifying if the qualifications are adequate, a minimum database is denoted and this becomes more evident when we focus on the national scope. To find physical tests it was necessary to go back to 2008 where the engineer Maritza Uribe Vallejo, carried out some experimental tests in her master's thesis called "QUALIFICATION OF A RIGID CONNECTION OF A BEAM I AND A TUBULAR COLUMN FILLED WITH CONCRETE UNDER THE ACTION OF DYNAMIC LOADS", It was found that only one type of I-beam (IPE 360) was subjected to cyclic load tests, leaving out the majority of the profiles available in the national market. Hence, an urgent need was found to carry out tests with the rest of the most common profiles on the market that were not yet tested in this type of connection, namely, the types of profiles are; IPE 300, IPE 330, IPE 360, IPE 400, IPE 450, IPE 500, IPE 550, IPE 600. Evidently, with the number of profiles available, physical tests become unfeasible from an economic point of view, therefore, the proposal was based on carrying out the qualification of the connection based on the thesis of engineer Maritza Uribe Vallejo, but in the ANSYS virtual laboratory, which, based on finite elements, allows to simulate in the most precise way possible the results that could be obtained in a physical laborator To ensure that the connections made in ANSYS had real support, the first thing that was done was the calibration of one of the specimens studied in the test by engineer Maritza Uribe, that is, a specimen from the proposal in her thesis was taken to which the relevant laboratories had been carried out and exactly the same was replicated in the virtual laboratory, thus obtaining a hysteresis cycle that when compared with the reference thesis gave approximately the same results. Once the calibration of one of the specimens of the reference thesis was carried out, the connection was qualified for the previously indicated beam profiles taking into account the new standards such as AIS 341-22, NSR-10, and then the virtual laboratory was evaluated, obtaining the hysteresis cycles that allowed confirming that all the profiles tested are suitable for this type of connection in high seismicity zones, guaranteeing that the failure mechanism starts first in the beam before the column.
Keywords
Conexión , Comunicación , ANSYS , Vigas IPE , Columnas CFT , Connections , Qualification , ANSYS , IPE beams , CFT Columns