Comportamiento de vigas de sección compuesta con perfiles de acero laminado y losa de concreto empleando conectores de cortante tipo tornillo grado dos (2)

En el presente artículo, partiendo de un análisis teórico-experimental, se determinan y caracterizan los parámetros de diseño que rigen el comportamiento de las vigas compuestas de perfiles de acero y losa de concreto empleando conectores de cortante tipo tornillo, dado que para esta clase de conector no existe un estudio específico de su comportamiento, además en la actualidad su diseño no está definido en las NSR-98, aunque es uno de los tipos de conectores más empleados en la construcción de sec-ciones compuestas en Colombia. El análisis se desarrolló con base en los resultados de 36 ensayos experimentales a escala, para dos resistencias de concreto (f’c), 21MPa y 28MPa, cada resistencia de concreto con tres diámetros de tornillos, Ø1/2”, Ø5/8” y Ø3/4”, con dos tipos de separaciones de 0,10 m y de 0,30 m. En esta investigación se estudian, entre otros efectos, el deslizamiento producido tanto por la degradación del concreto como por las deformaciones en el perfil de acero y en los co-nectores, para ello se emplean formulaciones que involucran diversas variables como el deslizamiento y la separación de los co-nectores. Así mismo, en el estudio se plantea una metodología de diseño de vigas en sección compuesta con conectores de cor-tante tipo tornillo, donde se propone una formulación para el cálculo de la resistencia de los conectores de cortante, con la cual se obtienen resistencias de los conectores del orden del 62% de las planteadas para los espigos cuando la separación es de 0,10 m y 13% mayores para las separaciones de 0,30 m, en los parámetros elásticos donde se obtienen inercias efectivas del orden de 62% de las teóricas y en de resistencia a flexión de las vigas compuestas, las cuales mostraron una sobrerresistencia promedio del 23% mayor de los valores nominales de la normatividad actual.This paper reports using theoretical-experimental analysis for obtaining and characterising the design parameters governing steel and concrete slab composite beams’ behaviour using shear connector screws. Currently no research has been found about such behaviour and Colombian seismic-resistant regulations (NSR-98) have not yet defined such design; these types of connectors are most used in constructing composite sections in Colombia. The results of 36 experimental scale tests for 21MPa and 28MPa con-crete strengths were taken for the analysis; each concrete strength had three screw diameters (Ø1/2 ", Ø5/8 " and Ø3/4 ") with 0.10m and 0.30m separations. This research also studied other effects such as slip caused by steel and connector profile defor-mation or deformation due to concrete degradation. Formulations were thus used which included connector slip and separation. The article sets out a methodology for designing composite beams using shear connector screws. It also proposes a formulation for calculating connector shear strength, thereby obtaining almost 62% stud connector resistance when separation was 0.10m and an extra 13% for 0.30m separations in elastic parameters where 62% of theoretical effective inertia was obtained and 23% more composite beam average bending strength was found than that required by current regulations

Formulación para el diseño de conectores de cortante tipo tornillo en secciones compuestas

En Colombia, durante la última década, uno de los tipos de conectores de cortante más utilizados ha sido el de los tornillos, pero hasta ahora surge una formulación para su diseño en secciones compuestas, incluida en el numeral F.2.9.8.2.2 de NSR10. En este artículo se muestra la deducción de dicha formulación de diseño para conectores tipo tornillo, analizando la influencia de diferentes parámetros en el comportamiento de las secciones compuestas cuando se emplean tornillos como conectores de cortante. En esta investigación se estudiaron 18 modelos de sección compuesta fabricados con perfiles de alma llena y losas de concreto de 42 MPa, en las cuales se manejaron configuraciones de 1, 2 o 3 conectores de cortante tipo tornillo con diámetros 1/2", 5/8" o 3/4"; y para separaciones de 0,08 m, 0,12 m o 0,14 m; por cada modelo se ensayaron tres probetas ante solicitación de corte directo (push-out). De acuerdo con los resultados experimentales obtenidos, se efectuó el análisis por medio de la metodología planteada por Ollgaard, donde se evaluó la incidencia del diámetro y la separación de los conectores en el comportamiento de los modelos, y finalmente se plantea la formulación para el diseño de los conectores tipo tornillo en secciones compuestas.Screws-type shear connectors have been most used in Colombia during the last decade; however, an expression for their design in composite sections has only recently been presented (NSR10, paragraph F.2.9.8.2.2). This paper outlines shear design formulation development for screw connectors, analysing the influence of different composite section behaviour parameters. This research studied 18 composite section models using two 42MPa concrete slabs having different arrangements of 1/2", 5/8" or 3/4" diameter 1, 2 or 3 screw shear connectors and 0.08m, 0.12m or 0.14m spacing between connectors. Three specimens were tested by push-out for each model.  The laboratory results using the methodology proposed by Ollgaard revealed connector diameter and spacing influence on the model’s behaviour. A design formulation for screws in composite sections is presented

Comportamiento de los conectores de cortante tipo tornillo de resistencia grado dos para una sección compuesta con concreto de 28 mpa

En Colombia el uso de los conectores de cortante tipo tornillo ha sido cada vez mayor; sin embargo, estos se han venido diseñando de acuerdo con los parámetros establecidos en las Normas Colombianas de Diseño Sismorresistente (NSR-98), requisitos establecidos para conectores tipo espigo. Este trabajo constituye un punto de partida del análisis del comportamiento de los conectores tipo tornillo en secciones compuestas. En la parte experimental se elaboraron 54 probetas compuestas por un perfil metálico y dos placas de concreto donde se encuentran embebidos los conectores. Se utilizaron tornillos con diámetros de 1/2” (12,7 mm), 5/8” (15,9 mm) y 3/4” (19,1 mm), colocados a diferentes separaciones, estas probetas fueron ensayadas a corte directo, y con los datos obtenidos se proponen las ecuaciones para la determinación de la resistencia de este tipo de conectores en secciones compuestas acero–concreto.Screw shear connectors are being more commonly used in compound concrete sections in Colombia; however, they have been designed in line with Colombian Seismic-Resistant Standards (NSR-98) rather than those established for stud shear connectors. This work represents a starting point for analysing screw shear connector behaviour. 54 specimens were made for the experiment, consisting of a metallic profile and two concretes slabs where the connectors were embedded. 1/2” (12.7mm), 5/8” (15.9mm) and 3/4” (19.1mm) diameter screws were used and placed at different distances. The push-out test was used with these specimens and results were provided by using some equations for determining this type of connector’s strength in steel–concrete sections

Coeficiente de fricción por curvatura no intencional en concreto postensado

En el presente artículo se establece un coeficiente de fricción por curvatura no intencional (K) para puentes de placa y vigas y puentes por voladizos sucesivos a partir de los registros de tensionamiento de algunos puentes postensados construidos en Colombia, el cual es inferior al empleado habitualmente en el diseño de puentes pos-tensados en el país y establecido por el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes (CCDSP) publicado por el Instituto Nacional de Vías en 1995. Este estudio parte del hecho de que en algunas importantes obras se obtienen alargamientos de torones mayores a los estimados teóricamente, puentes de los cuales se dispone de registros de tensionamiento y de los que se deducen valores de coeficientes más cercanos a los indicados por las últimas ediciones de la Standard Specifications for Highway Bridges, publicada por American Association of State Highway and Transportation Officials “AASHTO”. En Colombia, el CCDSP, considera un coeficiente de fricción por curvatura no intencional (K) para cables, con valores entre 0.0050 y 0.00066 m-1, dependiendo del material del que esté fabricado el ducto (acero galvanizado, sin galvanizar, metal brillante), valor superior al encontrado en este trabajo. En este artículo, en primer lugar, se realiza una breve descripción del efecto de fricción a lo largo de los cables, presentando los diferentes valores de coeficientes de fricción indicados en el CCDSP y en “AASHTO.”, en el diseño de puentes preesforzados. Se hace una corta descripción de cada uno de los puentes de los cuales se tienen registros de tensionamiento con el fin de identificar otras variables que intervienen en el proceso de ten-sionamiento como materiales, equipos y mano de obra, y posteriormente, a partir de la validación y tabulación de datos registrados en obra (registros en los cuales se controla la fuerza aplicada y el alargamiento de los torones), se efectuó la evaluación del coeficiente de fricción K por curvatura no intencional para las condiciones de todos los cables de cada puente. Por último, a partir del análisis de los resultados obtenidos a través de los registros se propone el coeficiente de fricción por curvatura no intencional para diferentes tipos de puentes en concreto pos-tensado, el cual es inferior al indicado por el CCDSP. También se presenta la relación existente entre el coeficiente de fricción por curvatura no intencional y la longitud de los cables ya que aparentemente no existe relación entre el coeficiente por curvatura no intencional y el área de los torones. Adicionalmente, y teniendo en cuenta la influencia del equipo de tensionamiento, de los materiales y de la mano de obra, se sugiere un formato para el registro de tensionamiento con el fin de disminuir las imprecisiones en las lecturas. Todo lo anterior conlleva a una reducción en los costos de tensionamiento, debido al mejor aprovechamiento del mismo.This work was aimed at establishing a wobble friction coefficient (K) from records regarding some post-stressed bridges built in Colombia. Such records were arranged and analysed together with stress diagrams resulting from the corres-ponding plans, calculations and reports. Suitable records were produced from this review to make the analysis. Once the records had been selected, the probable wobble friction coefficient (K) was then calculated for each case and this coefficient was related to the length of the cable and the total area of the strands composing the cable. These records and their results were subsequently grouped according to the type of bridge to produce a wobble friction coefficient (K) for each specific structure. The study indicated that the wobble friction coefficient was lower than that indicated by the Colombian Seismic Bridge Design Code, Instituto Nacional De Vías, 1995]. The influence of tensioning equipment, materials and labour suggested a format for recording tensioning to reduce inaccuracy when readings are being taken. A reduction in the costs of tensioning would arise from taking the forgoing into account

Determinación del comportamiento bajo cargas concentradas de perfiles de lámina delgada ( mm )

En el campo de la lámina delgada continuamente aparecen nuevos tipos de perfiles que son desarrollados con el objeto de mejorar los ya existentes. Un ejemplo de esto es la aparición del perfil M, elaborado para melorar la eficiencia a corte del perfil C y su resistencia al arrugamiento del alma por efecto de cargas concentradas. Teóricamente, se logra el objetivo de mejorar la resistencia a corte del perfil C y de algún modo su resistencia al arrugamiento del alma, pero debido a los dobleces generados en el alma (rigidizadores intermedios) para acortar la longitud de pandeo, se producen comportamientos que desde el punto de vista de esfuerzos por flexión y deflexiones no pueden ser analizados con los fundamentos teóricos de la mecánica tradicional. Este comporta- miento se ve acentuado con la presencia de cargas concentradas. Por la razón expuesta anteriormente, a parte de la determinación de la resistencia teórica del perfil M (basada en el AISI 1996), se desarrollan pruebas sobre cuatro modelos de los que se obtienen tópicos como: carga máxima resistida, identificación visual del posible tipo de falla, deflexiones (centro de la luz) y deformaciones unitarias (x, y, xy), y adicionalmente se elaboran modelos matemáticos simplificados y por elementos finitos (en el programa COSMOS/M), con el fin de hacer una revisión detallada del comportamiento de los esfuerzos y deformaciones en el perfil. La calibración de estos modelos se lleva a cabo con base en los resultados obtenidos de los ensayos. De otra parte, se hacen pruebas cíclicas balo cargas pseudoestáticas, con el objeto de estudiar el comportamiento histerético del perfil MM, con y sin rigidizadores.New sections are continually being developed in the cold-formed steel world to improve the performance of existing sections. M-section development provides an example of improving C-sections’ shear resistance and web crippling resistance against C-sections’ concentrated loads. C-sections’ shear nominal strength can be achieved through locating tow web intermediate stiffeners (M-sections) even though web crippling resistance cannot be increased in the same way. Such intermediate stiffeners mean that M-section stresses and deflections cannot be analysed with traditional material mechanics. Concentrated loads cause this behaviour to become increased; 4 different models and 3 tests for each of then were thus developed, as well as determining M-sections’ theoretical resistance (based on 1996 AISI). The values obtained corresponded to maximum resistance load, visual identification of any possible type of failure, deflections (at middle span) and deformations (Ex, Ey, Exy). Mathematical models were also used for comparing the finite element method and simplified mathematical models’ test results for a detailed review of MM-section stress and deformation. These models were calibrated on the test results. After the failure mode was identified for each model, MM-section maximum resistance load was compared to nominal load (according to AISI formulation, also aiding formulating nominal strength calculation). The information obtained from tests and mathematical models was analysed to observe parameter (Δ, a y T) tendencies respecting applied load (P). Cyclic tests under pseudo-static loads were performed to study MM-sections’ hysteretic behaviour

Comportamiento de conectores de cortante tipo tornillo de resistencia grado dos para un sistema de sección compuesta

En Colombia, desde hace muchos años, uno de los tipos de conectores de cortante más usados son los tornillos, pero en la actualidad no existe ninguna metodología de diseño que justifique su uso en elementos de sección com-puesta, y la normatividad vigente indica que hay que realizar ensayos de los elementos que se pretendan emplear como conectores. Junto con los habituales detalles para diseño a flexión, y cortante vertical, es necesario especificar el diseño para el cortante horizontal generado en la interfase de la sección compuesta, y más aún, ajustar el diseño para las condiciones locales de construcción colombiana. Con esta finalidad se desarrolló un estudio en el cual se analizan los diversos efectos producidos en las secciones compuestas cuando se emplean tornillos como conectores de cortante. En esta investigación se estudiaron 18 modelos de sección compuesta fabricadas con perfiles de alma llena y losas de concreto de 21 MPa, en las cuales se manejaron configuraciones de 1, 2 ó 3 conectores de cortan-te tipo tornillo con diámetros de 1/2”, 5/8” ó 3/4"; y para separaciones de 0.08 m, 0.12 m o 0.14 m, por cada modelo se ensayaron tres probetas ante solicitación de corte directo (push-out). De acuerdo con los resultados obte-nidos en laboratorio, se efectuó el análisis correspondiente, evaluando la incidencia del diámetro y la separación de los conectores, en el comportamiento de los modelos, para posteriormente plantear una formulación de su dise-ño en secciones compuestas. Paralelamente, se analiza un modelo de los ensayados por medio de un programa que emplea el método de los elementos finitos, con el cual se pretende revisar en detalle aspectos poco apreciables en los ensayos físicos, entre ellos la degradación del concreto en la interfaz de la sección.Screw shear connectors have been most commonly used in Colombia for many years; however, there is no current design methodology justifying its use in composite sections and prevailing rules insist that elements used as shear connectors must be tested. Along with the usual details of bending design and vertical shear, horizontal shear design on the composite section interface must be specified, even more so in adjusting such design to Colombian construc-tion. A study was thus undertaken analysing effects on composite sections when screws were used as shear connec-tors. This research studied 18 composite section models having two 21MPa concrete slabs which had different confi-gurations with one, two or three 1/2", 5/8" or 3/4" diameter shear connector type screws, and 0.08m, 0.12m or 0.14m separations. Three specimens were tested for each model by direct shear or push-out method. The corres-ponding analysis was done according to laboratory results, assessing the influence of diameter and connector sepa-ration on the model’s behaviour; screw design in composite sections was then formulated. A model of the tests was analysed using a finite element method based-programme which reviewed in detail those aspects which had little a-ppreciable effect on the physical tests, including concrete degradation in the interface section

Comportamiento de vigas de sección compuesta con perfiles de acero laminado y losa de concreto empleando conectores de cortante tipo tornillo grado dos (2)

This paper reports using theoretical-experimental analysis for obtaining and characterising the design parameters governing steel and concrete slab composite beams' behaviour using shear connector screws. Currently no research has been found about such behaviour and Colombian seismic-resistant regulations (NSR-98) have not yet defined such design; these types of connectors are most used in constructing composite sections in Colombia. The results of 36 experimental scale tests for 21MPa and 28MPa a concrete strengths were taken for the analysis; each concrete strength had three screw diameters (Ø1/2'', Ø5/8'' and Ø3/4'') with 0.10m and 0.30m separations. This research also studied other effects such as slip caused by steel and connector profile deformation or deformation due to concrete degradation. Formulations were thus used which included connector slip and separation. The article sets out a methodology for designing composite beams using shear connector screws. It also proposes a formulation for calculating connector shear strength, thereby obtaining almost 62% stud connector resistance when separation was 0.10m and an extra 13% for 0.30m separations in elastic parameters where 62% of theoretical effective inertia was obtained and 23% more composite beam average bending strength was found than that required by current regulations.En el presente artículo, partiendo de un análisis teórico-experimental, se determinan y caracterizan los parámetros de diseño que rigen el comportamiento de las vigas compuestas de perfiles de acero y losa de concreto empleando conectores de cortante tipo tornillo, dado que para esta clase de conector no existe un estudio específico de su comportamiento, además en la actualidad su diseño no está definido en las NSR-98, aunque es uno de los tipos de conectores más empleados en la construcción de secciones compuestas en Colombia. El análisis se desarrolló con base en los resultados de 36 ensayos experimentales a escala, para dos resistencias de concreto (f'c), 21MPa y 28MPa, cada resistencia de concreto con tres diámetros de tornillos, Ø1/2'', Ø5/8'' y Ø3/4'', con dos tipos de separaciones de 0,10 m y de 0,30 m. En esta investigación se estudian, entre otros efectos, el deslizamiento producido tanto por la degradación del concreto como por las deformaciones en el perfil de acero y en los conectores, para ello se emplean formulaciones que involucran diversas variables como el deslizamiento y la separación de los conectores. Así mismo, en el estudio se plantea una metodología de diseño de vigas en sección compuesta con conectores de cortante tipo tornillo, donde se propone una formulación para el cálculo de la resistencia de los conectores de cortante, con la cual se obtienen resistencias de los conectores del orden del 62% de las planteadas para los espigos cuando la separación es de 0,10 m y 13% mayores para las separaciones de 0,30 m, en los parámetros elásticos donde se obtienen inercias efectivas del orden de 62% de las teóricas y en de resistencia a flexión de las vigas compuestas, las cuales mostraron una sobrerresistencia promedio del 23% mayor de los valores nominales de la normatividad actual

Grade-two resistance screw shear connector behaviour for a 28 MPa concrete section

Screw shear connectors are being more commonly used in compound concrete sections in Colombia; however, they have been designed in line with Colombian Seismic-Resistant Standards (NSR-98) rather than those established for stud shear connectors. This work represents a starting point for analysing screw shear connector behaviour. 54 specimens were made for the experiment, consisting of a metallic profile and two concretes slabs where the connectors were embedded. 1/2” (12.7mm), 5/8” (15.9mm) and 3/4” (19.1mm) diameter screws were used and placed at different distances. The push-out test was used with these specimens and results were provided by using some equations for determining this type of connector’s strength in steel–concrete sections

Laminated steel and concrete slab composite beam behavior using grade two shear connector screws

This paper reports using theoretical-experimental analysis for obtaining and characterising the design parameters governing steel and concrete slab composite beams’ behaviour using shear connector screws. Currently no research has been found about such behaviour and Colombian seismic-resistant regulations (NSR-98) have not yet defined such design; these types of connectors are most used in constructing composite sections in Colombia. The results of 36 experimental scale tests for 21MPa and 28MPa con-crete strengths were taken for the analysis; each concrete strength had three screw diameters (Ø1/2 ", Ø5/8 " and Ø3/4 ") with 0.10m and 0.30m separations. This research also studied other effects such as slip caused by steel and connector profile defor-mation or deformation due to concrete degradation. Formulations were thus used which included connector slip and separation. The article sets out a methodology for designing composite beams using shear connector screws. It also proposes a formulation for calculating connector shear strength, thereby obtaining almost 62% stud connector resistance when separation was 0.10m and an extra 13% for 0.30m separations in elastic parameters where 62% of theoretical effective inertia was obtained and 23% more composite beam average bending strength was found than that required by current regulations

Determinación del comportamiento bajo cargas concentradas de perfiles de lámina delgada ( MM )

En el campo de la lámina delgada continuamente aparecen nuevos tipos de perfiles que son desarrollados con el objeto de mejorar los ya existentes. Un ejemplo de esto es la aparición del perfil M, elaborado para melorar la eficiencia a corte del perfil C y su resistencia al arrugamiento del alma por efecto de cargas concentradas. Teóricamente, se logra el objetivo de mejorar la resistencia a corte del perfil C y de algún modo su resistencia al arrugamiento del alma, pero debido a los dobleces generados en el alma (rigidizadores intermedios) para acortar la longitud de pandeo, se producen comportamientos que desde el punto de vista de esfuerzos por flexión y deflexiones no pueden ser analizados con los fundamentos teóricos de la mecánica tradicional. Este comporta- miento se ve acentuado con la presencia de cargas concentradas. Por la razón expuesta anteriormente, a parte de la determinación de la resistencia teórica del perfil M (basada en el AISI 1996), se desarrollan pruebas sobre cuatro modelos de los que se obtienen tópicos como: carga máxima resistida, identificación visual del posible tipo de falla, deflexiones (centro de la luz) y deformaciones unitarias (x, y, xy), y adicionalmente se elaboran modelos matemáticos simplificados y por elementos finitos (en el programa COSMOS/M), con el fin de hacer una revisión detallada del comportamiento de los esfuerzos y deformaciones en el perfil. La calibración de estos modelos se lleva a cabo con base en los resultados obtenidos de los ensayos. De otra parte, se hacen pruebas cíclicas balo cargas pseudoestáticas, con el objeto de estudiar el comportamiento histerético del perfil MM, con y sin rigidizadores