Simulación numérica de resistencia al fuego de conexión de acero sometida a elevadas temperaturas

Las conexiones de acero son elementos críticos para mantener la integridad de una estructura durante un incendio, sin embargo, la resistencia y la capacidad de deformación de la junta de acero en condiciones de fuego no se comprenden bien. Asimismo, el método de elementos finitos permite determinar los esfuerzos y deformaciones de la conexión de acero de manera alternativa al método analítico establecido por normas internacionales como Eurocódigo 3 y ANSI/AISC, pues no se ha realizado suficiente trabajo para desarrollar una guía de diseño confiable a temperaturas elevadas. De esta manera, la presente investigación busca desarrollar el modelo de elementos finitos de la conexión de acero sometida a elevadas temperaturas. Los resultados de la simulación numérica son comparados y validados con datos experimentales mediante la curva rotación-temperatura.

La investigación sobre el daño estructural causado por el terremoto de Northridge (1994) y Kobe (1995) realizó el estudio de elementos finitos y desarrolló los ensayos experimentales de conexiones de acero (FEMA, 2000a; FEMA, 2000b; FEMA, 2000c). Seguidamente, las recomendaciones fueron incluidas en la norma ANSI/AISC 358 donde se muestra el proceso de diseño de conexiones precalificadas. De este modo, la precalificación de la conexión de momento WUF-W está basado en los resultados de investigaciones principales y programas de ensayos, donde se busca combinar ensayos a gran escala con extensos estudios de elementos finitos (ANSI/AISC, 2016). Sin embargo, la resistencia y la capacidad de deformación de la junta semirrígida en condiciones de fuego no se comprenden adecuadamente (Hu & Engelhardt, 2014). Además, no se ha realizado suficiente trabajo para desarrollar una guía de diseño confiable a elevadas temperaturas (Shaheen et al., 2020). Adicionalmente, es importante señalar que se requiere ensayos experimentales bajo carga estructural y térmica para validar modelos de elementos finitos (Choe et al., 2011). Para hacer frente a esta problemática, la presente investigación busca comparar la curva rotación-temperatura del modelo de elementos finitos con la curva experimental de la conexión de acero a elevadas temperaturas. De esta manera, la simulación numérica es validada con datos experimentales.