Introducción

Las estructuras de la talla y los sobresaltos son omnipresentes en la construcción moderna, desde balcones y botes hasta puentes de cubiertas y proyecciones de techo. Las conexiones de acero que soportan estos elementos de proyecto deben diseñarse con cuidado excepcional porque toda la trayectoria de carga depende de la integridad de una sola línea de soporte. A diferencia de los simples rayos soportados que tienen múltiples puntos de reacción, un colapso de la materia basculante depende completamente de su conexión de transferencia de momentos de carga.

Este artículo ofrece una visión general de los detalles de la conexión de acero específicamente adaptados para estructuras de cantilever y overhangs. Cubre los tipos de conexión, mecanismos de transferencia de carga, consideraciones de diseño, prácticas de detalle y requisitos de código. La información está destinada a guiar a ingenieros estructurales, fabricadores y detallistas en la creación de conexiones duraderas, compatibles con código y económicas para proyectar miembros de acero.

Comportamiento fundamental de las conexiones de Cantilever

Cualquier conexión de acero que apoye a un cantilever debe resistir tres acciones primarias: el corte vertical, el momento de curvado y, dependiendo de la geometría, la demanda de momento en el soporte es el producto de la longitud del cantilver y la carga aplicada (incluyendo el peso propio). Debido a que el momento es más alto en el extremo fijo, la conexión debe ser diseñada para transferir este momento sin rotación excesiva o rendimiento.

Mecanismos de transferencia de fondos

El movimiento se transfiere a través de la conexión desarrollando fuerzas tensiles y compresivas en los lados opuestos del eje neutral de los elementos de conexión. En un momento de conexión atornillado, se logra proporcionando tornillos tanto en las bridas de tensión como en las barras de compresión junto con los tornillos de engranaje en la web.

Tipos de estructuras de la cántilver y sus demandas de conexión

Las diferentes aplicaciones de la cantilver imponen demandas distintas a las conexiones:

  • Balcones y Canopies: Proyectan típicamente de paredes o columnas, requiriendo conexiones de momento que resistan también a elevar el viento y cargas vivas. La integración estética es a menudo importante, por lo que se pueden especificar conexiones ocultas o semiconcelares.
  • Giradores en puentes: Carry heavy vehicular loads and dynamic fatiga cycles. Las conexiones deben diseñarse para la fatiga de alta ciclo y a menudo emplear tornillos precargados de alta resistencia en conjuntos de fricción-grip.
  • Roof Overhangs: Ligeramente cargado pero sujeto a cargas de nieve, viento y mantenimiento ocasional. Las conexiones pueden ser más simples pero deben proporcionar una transferencia de momento confiable para evitar la deflexión excesiva.
  • Firma exterior y iluminación: Pequeños volquetes con cargas concentradas. Las conexiones se adaptan a menudo con endurecedores para evitar el balanceo local en el momento.

Carga y Fuerzas en el diseño de conexión de Cantilever

Un análisis de carga es el primer paso en el diseño de conexión. Las siguientes cargas deben ser consideradas, a menudo en combinación con lo prescrito por el código de construcción de gobierno (por ejemplo, ASCE 7 en los Estados Unidos):

  • Carga de carga: Auto-peso del miembro del acero, revestimiento y cualquier apego permanente.
  • Cargas de vida: Cargas de ocupación, nieve, lluvia o equipo móvil.
  • Las cargas de viento: Las presiones de elevación y laterales, particularmente significativas para los canopies y los sobrehangs abiertos.
  • Cargas sismicas: En las zonas sísmicas, las conexiones deben atender las demandas de la ductilidad de la estructura. Las conexiones de movimiento pueden ser necesarias para ser diseñadas como parte de un marco de momento especial (SMF).
  • Efectos térmicos: Los cambios de temperatura provocan expansión y contracción, induciendo fuerzas en conexiones sujetas.

Todas las combinaciones de carga se aplican para determinar el momento máximo factorado (M u) y el cobertizo factorizado (V u) en la cara de conexión. Estos valores impulsan la selección y proporción de pernos, soldaduras, placas y endurecimientos.

Tipos de conexión de acero para los Cántiles

Conexiones de Moment

Las conexiones de movimiento son el tipo más común para los cantiletes porque proporcionan la restricción rotativa necesaria. Pueden ser clasificadas más en:

  • Conexiones de Momento Acoplado a la fleja: Las placas se soldan o se atornillan a las bridas del haz de la caña y la columna de apoyo. Este es un detalle directo para transferir el momento a través de las fuerzas axiales en las bridas.
  • Conexiones de Momento de Platina Fina: Una placa gruesa se solda perpendicular al extremo del haz de la caña y luego se atornilla a la columna o pared de apoyo. Los tornillos se colocan fuera de la profundidad del haz para crear un brazo de palanca más grande, aumentando la resistencia al momento.
  • Conexiones de Momento Soldado: Las soldaduras de ranurado completo conectan las bridas de viga directamente a la brida de la columna, mientras que la web está dotada o atornillada a una pestaña de cobertizo. Este detalle es rígido y eficiente para cargas pesadas.

Conexiones de ojera

Mientras que una conexión de corte puro no puede resistir el momento, se utiliza a menudo en combinación con elementos de resistencia al momento. Para los cantiles, las conexiones de corte se emplean principalmente en puntos donde el momento es teórico cero (por ejemplo, en soportes interiores de rayos continuos) o como parte de una conexión híbrida donde el tinte se transfiere independientemente.

  • Tabs de lana: Una placa vertical soldada al miembro de apoyo y atornillada a la red de la viga.
  • Conexiones doble-ángle: Dos ángulos atornillados o soldados a la red de rayos y el soporte.
  • Conexiones de asiento: Un ángulo de asiento endurecido o no osgado que sostiene la brida inferior, con un ángulo superior para la estabilidad lateral.

Conexiones Pinned

Las conexiones con pintonadas permiten la rotación intencionadamente. Rara vez se utilizan como soporte único para un cantilever porque cualquier rotación en el soporte causaría que el extremo del cantilver se desvía significativamente. Sin embargo, las conexiones con pintonadas aparecen en las placas base de las columnas de cantilever o en estructuras temporales donde se requiere el movimiento controlado. En el trabajo permanente, si una conexión con pintonado se utiliza en el soporte del cantilever, el momento de la sobresaliente debe diseñarse simplemente como un haz libre

Detalles de conexión en profundidad

Conexiones de placa final

Las conexiones de la placa final son ampliamente utilizadas para las vigas de la cántila adheridas a las columnas o paredes. La placa está cubierta al extremo del haz con una soldadura de ranura completa o combinación de soldaduras de relleno. El espesor de la placa está determinado a evitar la acción de lavado en los tornillos bajo las fuerzas de la tensión. Para las placas del extremo delgado,

Base de las conexiones de placas para columnas de canto

Cuando una columna proyecta hacia arriba como un cañón desde una fundación, la conexión de la placa base debe resistir el momento de volteo y el cobertizo. Las placas base son típicamente talladas para distribuir las fuerzas de la brida de la columna en el hormigón, utilizando barras de anclaje para desarrollar tensión en el lado elevador. El espesor de la placa base se rige por el estrés del cojinete bajo el lado de compresión y el momento de la curvatura del cojinete.

Conexiones de Momento Boltado con Estífagos

Cuando los momentos pesados deben ser transferidos con conexiones atornilladas, los rígidos se vuelven esenciales. Estos rígidos de conector (a menudo llamados placas de continuidad) se colocan en el miembro de soporte frente a las bridas de la cántilver. En una columna, los rígidos se alinean con la tensión y las pestañas de compresión del haz conectado para evitar la flexión de la columna.

Conexiones de Cantilever soldados

Las conexiones soldadas son comunes en conjuntos de cantilever de fábrica de tiendas donde la calidad puede ser mejor controlada. Para la transferencia de momento más alta, la penetración completa de las soldaduras de ranura (CJP) se utilizan en las bridas, y las soldaduras de filete se utilizan en la web. El metal de soldadura debe coincidir o superar la resistencia de metal base.

Placa de Flitch Conexiones de Cantilever

En los volquetes híbridos de acero-estimulador o de acero-concreto, placas de cocción-en acero emparejado entre elementos de madera o hormigón-transferir el timón y el momento del cantilever en soporte lateral. La placa de acero se extiende a menudo más allá del soporte y pernos o doallados.Detallar debe tener en cuenta la reducción diferencial y el estruendo en el material no-stilado.

Consideraciones de diseño específicas para los cantiles

Fatiga y Ciclic Cargando

Los cántiles que soportan cargas móviles (por ejemplo, las cinturones de grúa, los puentes de los puentes) son susceptibles a la falla de fatiga en la conexión. Las categorías de detalle de AISC 360 o Eurocode 3 deben ser verificadas. Las conexiones soldadas suelen tener menor resistencia a la fatiga que las conexiones atornilladas; por lo tanto, para aplicaciones de alta ciclo, conexiones de momento con tornillos concentrados precargados en condiciones de deslizante son preferentes.

Protección de la corrosión

Los cántiles externos están expuestos al clima y requieren protección de la corrosión. La galvanización de la salpicadura caliente es común pero debe considerar las limpiezas de agujeros para pernos. Los sistemas de pintura que se ajustan a las normas SSPC se aplican después de soldar y moler. La corrosión de la cría puede ocurrir en conexiones cerradas donde la humedad está atrapada; por lo tanto, sellar lavadores o sellar entre superficies es recomendable.

Constructability and Erection Tolerances

Las conexiones de cantor se erigen a menudo a la altura, que requieren una planificación cuidadosa para el acceso y la alineación. Las conexiones de movimiento con muchos tornillos son difíciles de ajustar si las tolerancias de perforación normales son demasiado ajustadas. Utilizar agujeros cortos en un elemento puede facilitar la alineación sin reducir indebidamente la fuerza. La conexión también debe permitir el sujetamiento temporal durante la erección hasta que se aseguren elementos estructurales adyacentes.

Consideraciones estéticas

En la construcción de acero arquitectónico, la conexión puede ser expuesta. Líneas limpias, patrones de pernos simétricos y placas de empuje mínimos aumentan el atractivo visual. Conexiones] utilizando estrías afiladas o insertos en rosca pueden especificarse para balcones donde el acero de soporte debe ser oculto.

Métodos de análisis para las conexiones de Cantilever

El método de investigación FELT ], pionero por Eurocode 3, rompe la conexión en componentes individuales (la fila de la bola en tensión, la red de columnas en compresión, la placa final en curvado, etc.) y los monta en un modelo de primavera para determinar la rigidez y la fuerza de referencia del elemento finito (modelo de unión)

Fabricación y Erección Mejores Prácticas

La conexión de un momento es crítica: las lagunas en los empalmes de la brida deben ser mínimas para evitar introducir excentricidades. Los chicles pueden ser usados pero deben ser cuidadosamente diseñados para mantener la pretensión del perno. Las secuencias de soldadura deben minimizar la distorsión; por ejemplo, soldar desde el centro hacia fuera y alternar entre las bridas.

Antes de la erección, el haz de la cántilver debe ser cambered si la deflexión de carga muerta es significativa. La excentricidad de conexión debe ser considerada: si la conexión no se centra en el soporte, los efectos de P-delta amplifican el momento. El sujetador temporal es esencial para evitar que el cantiler se desplace durante el montaje.

Inspección y mantenimiento

Todas las conexiones soldadas de cantilever deben someterse a pruebas no destructivas (NDT)—pruebas de partículas magnéticas o de arrastre para soldaduras de abeto, inspección visual más penetrante de tinte para soldaduras de relleno. Las conexiones en las articulaciones de deslizamiento crítico requieren verificación de par. Un plan de mantenimiento debe incluir inspecciones periódicas para la corrosión, grietas de fatiga (especialmente cerca de los tonos de adelgados) y de la vigilancia de la cañones.

Códigos y normas aplicables

En América del Norte, las referencias principales son AISC 360-22 (Especificación para edificios de acero estructural) y las Disposiciones Seismic AISC (AISC 341) para marcos de momento sísmicos. Las especificaciones RCSC (Consejo de Investigación sobre Conexiones Estructurales) regulan el uso de pernos.

Estudio de caso: una conexión típica de balcones de la cántilera

El diseño de la línea de 3 metros de longitud de la línea de presión de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la línea de la pared.

Conclusión

Los detalles de la conexión de acero para estructuras de cantilever y overhangs exigen una atención meticulosa a la trayectoria de carga, detallar, fabricar e instalar. La elección del tipo de conexión - ya sea de resistencia al momento, desgarrar o desfilar- depende de las demandas específicas de la estructura, incluyendo la magnitud de las fuerzas, la exposición a la fatiga, el entorno de corrosión y los requisitos estéticos.