Estudio experimental y numérico de una conexión de acero de placa extendida usando rigidizadores viga-columna

La presente investigación analiza los resultados de los ensayos experimentales de la conexión de acero de placa extendida sin rigidizador, con rigidizador de viga, y con rigidizador de viga y de columna considerando la influencia del momento flector y la fuerza axial. Además, el método de elementos finitos (MEF) permite obtener una solución aproximada del comportamiento de la junta de acero de forma alternativa a los lineamientos de diseño establecidos por normas internacionales como ANSI/AISC 358-16 y Eurocódigo 3 – Parte 1.8. Asimismo, el modelo MEF busca determinar la distribución de esfuerzos, deformaciones y desplazamientos en el análisis estructural. De esta manera, la investigación compara los datos experimentales con la simulación numérica de la junta semirrígida a través de la curva momento-rotación. Finalmente, se logra validar el modelo de elementos finitos de la conexión de acero.

El comportamiento de una conexión soldada fue considerado óptimo en el pasado porque su esfuerzo, rigidez y ductilidad fueron adecuados en el diseño de conexiones resistentes a terremotos (Eurocode 3, 2005; Eurocode 8, 2005). Sin embargo, los terremotos de Northridge (1994) y Kobe (1995) en los Estados Unidos y Japón, respectivamente, generaron grandes daños en edificaciones provocando pérdidas económicas y humanas (FEMA, 2000a). Este importante suceso probó que los marcos de momento de acero soldado son generalmente propensos a fallas frágiles prematuras (Tsavdaridis & Papadopoulos, 2016). Seguidamente, Federal Emergency Mangement Agency (FEMA) y SAC Joint Venture llevaron a cabo estudios con el principal objetivo de desarrollar lineamientos de diseño con la finalidad de reducir peligros sísmicos en eventos futuros. Adicionalmente, las recomendaciones fueron tomadas por American Institute for Steel Construction (AISC) e incluidas en la norma ANSI/AISC 358-16 donde el procedimiento de diseño de la conexión semirrígida es detallado (FEMA, 2000b; ANSI/AISC, 2016). Dicha investigación ha incluido análisis extensos de edificaciones, estudios de elementos finitos detallados y el mecanismo de fractura de varias conexiones para identificar los efectos de la configuración de la conexión, así como la evaluación de más de 120 ensayos a gran escala de juntas de acero (FEMA, 2000a; FEMA, 2000b; FEMA, 2000c).
Comúnmente, la fuerza axial en una conexión de acero semirrígida es insignificante comparado al momento flector (Del Salvio et al., 2007). Sin embargo, la carga axial puede alcanzar valores bajo ciertas circunstancias que reducen la capacidad de flexión de la junta (Del Salvio et al., 2006; Del Salvio et al., 2009). Para hacer frente a esta problemática, se realizará un análisis comparativo del estudio experimental y la simulación numérica de la conexión de acero de placa extendida con rigidizador de viga y de columna incluyendo la interacción de la fuerza axial y el momento flector.