Determinación del comportamiento mecánico de una conexión en acero resistente a momento mediante modelación por elementos finitos

Trabajo de InvestigaciónEl comportamiento mecánico de una conexión viga-columna en acero resistente a momento fue determinado mediante un modelo de elementos finitos en el presente trabajo. El modelo de elementos finitos se realizó en ABAQUS/CAE. Los resultados del modelo de elementos finitos fueron comparados con ensayos experimentales, y con modelos teóricos para predecir el comportamiento rotacional de conexiones, dentro de los cuales se destaca el método componente del Eurocódigo 3. Las comparaciones muestran que los métodos estudiados tienen una buena relación al evaluar la resistencia de los componentes de la conexiónINTRODUCCIÓN 1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 2. JUSTIFICACIÓN 3. OBJETIVOS 4. ALCANCE Y LIMITACIONES 5. ANTECEDENTES 6. MARCO REFERENCIAL 7. METODOLOGÍA 8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 9. RECOMENDACIONES 10. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOSPregradoIngeniero Civi

Análisis numérico por el método de elementos finitos de una conexión de un perfil de alma llena embebido en un elemento de concreto

Trabajo de Investigación TecnológicaAl considerarse importantes las uniones o conexiones en el ámbito estructural, por tratarse de elementos que aportan resistencia y estabilidad; que contribuyen a la transmisión de esfuerzos generados por diversas cargas actuantes, se ha buscado la manera de mitigar el daño severo que sufren las mismas, en razón al mal diseño y técnicas durante la construcción. Por la cual, se propone el desarrollo de una conexión que incorpore flejes como enlace entre el perfil y el concreto, de modo que impidan la extracción del mismo, y con esto elaborar un modelo matemático a través del método de elementos finitos, que permita evaluar la longitud efectiva de empotramiento de una viga de alma llena embebida en un muro de concreto.RESUMEN INTRODUCCIÒN 2. LEVANTAMIENTO DE INFORMACIÓN 3. CONCLUSIONES 4. RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍAPregradoIngeniero Civi

Estimación de la resistencia de las uniones cubierta-muro en paneles METECNO de bajo peso para cargas de viento

Este trabajo realiza una aproximación al desempeño de la conexión entre elementos tipo muro y tipo cubierta de un sistema estructural prefabricado de la empresa METECNO de Colombia. Dicho sistema estructural se denomina panel tipo sándwich, cuya sección típica se compone de dos láminas de acero galvanizado confrontadas en sus planos con una membrana de poliuretano de alta densidad entre ellas. Así mismo el sistema estructural utiliza perfiles longitudinales en acero galvanizado como elementos de conexión entre diferentes elementos del sistema.This study addresses the performance of composite sandwich panel connectors due to simulated wind loads in laboratory. Sandwich panels are produced by the Colombian branch of METECNO group and consist mainly of two galvanised steel sheets confronted by them. In between the sheets a high-density polyurethane membrane unites both of the sheets building the composite sandwich section. The composite structural system consists on the disposal of wall sections and roof sections connected by a long galvanised steel section which guarantees a proper connection between elements.Ingeniero (a) CivilPregrad

Estudio y modelamiento por elementos finitos de la interacción acero-concreto de tuberías embebidas en concreto

Trabajo de InvestigaciónEl presente trabajo de investigación representa el estudio de la interacción acero y concreto en blindajes hidroeléctricos apoyado en referencias bibliográficas y por medio del software de análisis de elementos finitos Abaqus CAE, en el cual se desarrollaron siguiendo los lineamientos de las normas AWWA C200 y NSR-10 para los datos de resistencia de materiales y presiones hidrostáticas que permitieron la extracción de modelos 2D con resultados asociados a distribución de esfuerzos, deformaciones y presiones de contacto; información con la cual se plateo el análisis del comportamiento1. TÍTULO 2. ALTERNATIVA 3. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN 4. INTRODUCCIÓN 5. PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 6. ANTECEDENTES 7. JUSTIFICACIÓN 8. OBJETIVOS 9. ALCANCES Y LIMITACIONES 10. MARCO DE REFERENCIA 11. ESTADO DEL ARTE 12. METODOLOGÍA 13. MODELACIÓN 14. RESULTADOS 15. ANÁLISIS DE RESULTADOSPregradoIngeniero Civi

Evaluación del comportamiento mecánico de diferentes tipos de conectores de cortante en vigas compuestas con losas sobre Steel deck

Los conectores de cortante son elementos estructurales que juegan un papel importante en la construcción de vigas compuestas con losa sobre Steel deck. Estos proporcionan la conexión de corte necesaria para la acción conjunta de los materiales trabajando a flexión. Además, colaboran a la distribución de las fuerzas inerciales que se desarrollan en la losa, producto de los movimientos sísmicos, a los diferentes elementos que aportan la rigidez lateral estructural. Esta investigación presenta un estudio del comportamiento estructural de diferentes tipos de conectores de cortante (p.ej. tipo canal, tipo espigo-fabricado en Colombia), desde un enfoque numérico a partir de la teoría de elementos finitos y así mismo, valida los resultados por medio de un desarrollo experimental en laboratorio de ensayos tipo Push-out. Se presentan detalles del desarrollo experimental, resultados obtenidos, consideraciones, análisis, respuesta por modelación a través de elementos finitos, y tabla comparativa de eficiencia de conectores de cortante

Análisis de la interacción fluido - estructura en el diseño sísmico de tanques cilíndricos de acero según las normas: americana, neozelandesa, ecuatoriana y métodos simplificados

Storage tanks are a fundamental part of industrial facilities and they are indispensable in the operation chain of many industries, as in the petroleum industry. During strong seismic events, tanks containing liquids must maintain their structural integrity in order to not jeopardize environmental, economic, nor human resources within its facilities. In comparison with conventional building dynamic behavior, storage tanks seismic response is defined by: fluid – structure interaction, system limited ductility and low structural redundancy. Storage tank seismic design is standardized by industries regulations and international codes. On the other hand, the Ecuadorian construction code does not have specified rules for seismic design of storage tanks; instead, it is commonly accepted to use international codes. Hence, fluid – structure interaction is evaluated for two cylindrical tanks with different height to radius ratios in which international codes and procedures are adapted to the Ecuadorian construction code recommendations for seismic resistant structures. Simplified mechanical models (spring – mass models) derived from each code are evaluated with its computational model made on finite element software – Sap2000. In general, calculated global response results show good agreement with those obtained through computational models; indeed, percentage differences are as low as 2% and arises up to 27% between the models.Los tanques de almacenamiento son parte fundamental de las instalaciones industriales, e indispensables en la cadena de operación de muchas industrias entre ellas la petrolera. Durante eventos sísmicos fuertes, los tanques deben mantener su integridad estructural de tal forma que no pongan en peligro los recursos ambientales, económicos, ni humanos. A diferencia de la respuesta dinámica de las edificaciones convencionales, el comportamiento sísmico de los tanques y sus contenidos están definidos por: la interacción fluido – estructura de las componentes hidrodinámicas sobre las paredes, la ductilidad limitada del sistema y su baja redundancia estructural. El diseño sísmico de este tipo de estructuras esta estandarizado por normas de industrias y códigos internacionales. Por otro lado, debido a que el Ecuador no cuenta con una norma específica de diseño sísmico de tanques de almacenamiento, alternativamente se acepta la utilización de normas extranjeras, por esta razón se analiza la interacción fluido – estructura de dos tanques cilíndricos con diferentes relaciones de esbeltez (altura – radio) mediante la aplicación de normas internacionales de reconocido valor adaptadas a las recomendaciones de diseño sismo resistente de la norma ecuatoriana de construcción. Para esto, se utilizan los modelos mecánicos simplificados derivados de cada norma y se evalúan con respecto sus modelos computacionales en Sap2000. Los resultados obtenidos muestran una aceptable aproximación para fines de diseño con diferencias mínimas del 2% y máximas del 27% entre los resultados analíticos y los computacionales

Recuperación de la forma tipo EU para incrementar la resistencia en la tubería de completación petrolera para la empresa Sertecpet S.A.

La investigación plantea evaluar la recuperación de la geometría inicial del recalque en una tubería tipo EU, para incrementar la resistencia y formar rosca de mejor característica en la empresa Sertecpet S.A. Se estudia la zona del recalque tipo EU mediante un modelo numérico termo-mecánico en condiciones físicas, térmicas y mecánicas de un proceso de conformado del material acero AISI 4140; la simulación se realizó en Solidworks, Ansys, LS-dyna. Determinando un incremento del 54% en la resistencia a la tensión, la resistencia a la presión externa e interna aumentó en un 39 % y 34% respectivamente, estos resultados fueron calculados mediantefórmulas experimentales usadas por la empresa fabricante de tubería TENARIS y validados mediante el método de elementos finitos para una tubería construida con acero 4140. Las ruebas del laboratorio permitieron determinar una condición visioplástico, del material 4140, se determina experimentalmente que a mayor temperatura menor resistencia, la máxima resistencia obtenida 318.01 MPa con 850 °C. Para la construcción de la matriz para pruebas se utiliza Software CADCAM y tornos CNC de la empresa Sertecpet, este equipo nos permite hacer pruebas de conformado en caliente, en el laboratorio de resistencia de materiales, el material usado es AISI 4340 y se pudo observar que es adecuado para las matrices. Se utiliza Software de métodos numéricos explícitos e implícitos, para simular el comportamiento del acero a diferentes temperaturas, esta información nos permite diseñar equipos para recuperar el diámetro exterior con del tubo de 3 ½ EU, nos permitirá en un futuro introducir variaciones en los distintos parámetros del proceso, como el diámetro y espesor de otras tuberías, se podrá ver el efecto de la sustitución del material empleado por uno de diferente comportamiento elástico-mecánico; y se podrá optimizar las velocidades para el recalque, calcular esfuerzos del proceso y anticipar posibles fallos.The research proposes to evaluate the recovery of the initial geometry of the upsetting in a pipe type EU, to increase the resistance and to form threads with better characteristics in the company Sertecpet S.A. The zone of the upsetting type EU is studied by means of a thermo-mechanical numerical model in physical, thermal and mechanical conditions of a forming process of the material steel AISI 4140; the simulation was carried out on Solidworks, Ansys, LS-dyna. Determining an increase of 54% in the tensile strength, the resistance to external and internal pressure increased by 39% and 34% respectively, these results were calculated by experimental formulas used by the pipe manufacturer TENARIS and validated by the finite element method for a pipe built with 4140 steel. The laboratory tests allowed determining a visioplastic condition of the 4140 material. It is experimentally determined that the higher the temperature the lower the resistance, the maximum resistance obtained was 318.01 MPa at 850 °C. CADCAM software and CNC lathes from Sertecpet were used for the construction of the die for testing, this equipment allows us to perform hot forming tests in the strength of materials laboratory. The material used is AISI 4340 and it was observed that it is suitable for the matrices. Explicit and implicit numerical methods software is used to simulate the behavior of steel at different temperatures, this information allows us to design equipment to recover the outer diameter of the 3 ½ EU tube. It will allow us in the future to introduce variations in the different parameters of the process, such as the diameter and thickness of other pipes. It will be possible to see the effect of the substitution of the material used by one of different elastic-mechanical behavior; moreover, it will be possible to optimize the speeds for the upsetting, to calculate process stresses and to anticipate possible failures

Determinación numérica de la influencia del tamaño de las placas de continuidad en la respuesta histerética de una conexión viga HEA - columna PTE para PRM

Debido a que las conexiones precalificadas disponibles para el diseño de los proyectos de estructura metálica están limitadas a lo indicado en el manual “Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications, ANSI/AISC358-10” del American Institute of Steel Construction, así como en lo previsto en la NSR-10 en su título F.3.11 que trata de los ensayos para la calificación de conexiones cuando se provee a una estructura metálica de una conexión no precalificada, esta investigación se desarrolló con el fin de conocer el comportamiento de una conexión de complejidad moderada, la cual consta de una columna constituida de un PTE de sección cuadrada, unido a una viga HEA por dos placas de continuidad. Para ello, a través del MEF usando el programa ANSYS APDL, se ensayaron veinticinco diferentes configuraciones de conexión, variando el tamaño y espesor de la placa de continuidad, con el fin de conocer su influencia en la respuesta Momento – Rotación ante ciclos de histéresis. La calibración del modelo se realizó a través de ensayos experimentales, donde se pudo determinar la resistencia a la tracción del acero, tamaño de elemento finito y curva de histéresis, de acuerdo con el protocolo de carga de la NSR-10, para la calificación de conexiones de acero. Lo anterior, pudo demostrar que el incremento del tamaño y espesor de las placas de continuidad, afectan positivamente el comportamiento de la conexión ante ciclos de histéresis, así como el incremento en la capacidad resistente a momento global de la conexión.Due to the available prequalified connections for steel design projects are limited to the described in the Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications, ANSI/AISC 358-10” of the American Institute of Steel Construction, as well as in the provisions of the “Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente – NSR-10” in the title F.3.11 which is about the tests for qualification of connections when steel structures are provided of non-prequalified connection, this investigation was developed with the objective of knowing the behavior of a moderate complexity connection, which consists of a square HSS joined to HEA beam for two continuity plates. For it, through the Finite Element Method by using ANSYS APDL, were tested twenty-five (25) different connection configurations, varying the size and thickness of the continuity plates, to know its influence in the moment-rotation response subjected to hysteretic cycles. The model calibration was done with experimental tests, where was possible to determinate the steel yield strength, finite element size and hysteresis curve, according to load protocol described in the NSR-10 for the qualification of steel connections. The above, could demonstrate that the increase of the size and the thickness of the continuity plates, positively affects the behavior of the connection subjected to hysteresis cycles, such as the increase of the global moment resisting capacity of the connection.Magíster en Ingeniería CivilMaestrí

Evaluación del comportamiento estructural de conexiones semirrígidas unión viga - columna sometida a flexión mediante el análisis por elementos finitos

El presente trabajo, plantea el estudio y diseño de una estructura de cuatro tramos y cinco niveles, la misma que se simula en el Software STAAD PRO. Se obtienen datos de momentos y fuerzas de cada elemento estructural de la edificación, encontrando así el pórtico más desfavorable al aplicarle cargas muertas, vivas y accidentales todo bajo las normativas correspondientes al diseño por el método ASD. Se toman como normas de referencias la nacional como lo es la NEC 2015 y la norma general AISC 360-16. Por otro lado, el diseño y análisis de la conexión semirrígida de placa de extremo tiene lugar en el software Idea StatiCa. Este software permite la creación de la conexión en base a modelos preexistentes, el programa simula y desarrolla con datos exportados desde el software STAAD PRO la conexión entera entregando datos de tensión equivalente, pandeo local, diseño de pernos, soldadura, placa de extremo, se aprecian resultados de la conexión interna y externa más desfavorables teniendo como datos de relevancia de tensión equivalente máxima de 150.2 MPa lo cual representa un porcentaje de deformación plástica equivalente máximo de 0.7 %, no presenta falla ya que los valores máximos son 248.3 MPa y 5 % respectivamente. También se observa una deformación plástica en la placa de extremo de la conexión externa e interna de 3.4 y 2.5% al haber optimizado de forma correcta la placa hasta llegar a un espesor de 14 mm, estos valores de deformación no representan falla alguna.The present work deals with the analysis and design a structure with four sections and five levels, the same one that is simulated in the STAAD PRO Software, with which data on moments and forces of each structural element of the building are obtained, Thus finding the most unfavorable gantry when applying dead, live and accidental loads, all under the regulations corresponding to the design by the ASD method, the national standards such as the NEC 2015 and the general standard AISC 360-16 are taken as reference standards. On the other hand, the design and analysis of the end plate semi-rigid connection takes place in the Idea StatiCa software, which allows the creation of the connection based on pre-existing models, the program simulates and develops with data exported from the software STAAD PRO the entire connection providing data of equivalent stress, local buckling, bolt design, welding, end plate, more unfavorable results of the internal and external connection are appreciated having as relevance data of equivalent stress of 150.2 MPa which represents a maximum equivalent plastic deformation percentage of 0.7%, does not present failure and the maximum values are 248.3 MPa and 5% respectively. A plastic deformation in the end plate of the external and internal connection of 3.4 and 2.5% is also observed, as the plate has been correctly optimized until reaching a thickness of 14 mm, these deformation values do not represent any failure

Losas en madera como propuesta de solución al diseño y construcción de pavimentos

Alternatives to replace concrete slabs for prefabricated wood as structure of pavement with wearing course was evaluated, ensuring that these prefabrications work as a single element using finger joints. The mechanical behavior of two types of wood identified through simulations implementing a method of finite elements was evaluated, to subsequently determined optimal configuration for the alternative design with wood pavements and finally verified in the laboratory with the optimal configuration determined with simulation for a design of 440 000 vehicles shafts, with the use of the MTS machine and a load of 6.50 tons equivalent to a load of a single axle shaft with two wheels, found that for different traffic design the thickness of the slab of wood to resist this load varies between 0.125 and 0.24 meters. This research shows that prefabricated wood building systems are a viable alternative in the market for pavement construction in the structural sense; additionally, they are an innovation since they modify the structural system of slabs, conventionally built on concrete slabs and reduce environmental impact.El presente artículo propone sustituir losas en concreto utilizadas para el sistema de transporte masivo Transmilenio por prefabricados de madera, como son las vigas laminadas, como estructura de pavimento con capa de rodadura.Se evaluó el comportamiento mecánico de la madera de dos especies (Pinus caribaea y Eucalyptus tereticornis) a partir de simulaciones por el método de elementos finitos, posteriormente se determinó la configuración óptima para el diseño en madera y finalmente se verificó en laboratorio la configuración óptima determinada con la simulación para un diseño de 440 000 ejes. Con el uso de la máquina Universal de Ensayos y una carga de 6.50 toneladas equivalente a la de un semieje simple con dos ruedas, se encontró que el espesor de la losa de madera varía entre 0.125 y 0.24 metros para resistir esta carga.Se encontró que técnicamente los sistemas constructivos prefabricados con madera son una alternativa válida dentro del mercado de la construcción de pavimentos en la parte estructural. Adicionalmente corresponden a una innovación al ser una modificación en el sistema estructural de las losas, además de reducir el impacto ambiental