Metodología práctica para el diseño de pórticos de estructura mixta con uniones semi-rígidas
Palabras clave : 
Arquitectura
Ingeniería estructural
Ingeniería civil
Resistencia de materiales
Fecha de publicación: 
2015
Fecha de la defensa: 
15-sep-2006
Cita: 
GIL RODRÍGUEZ, Beatriz. “Metodología práctica para el diseño de pórticos de estructura mixta con uniones semi-rígidas”. Bayo Pérez, Eduardo (dir.), Hernández Montes, Enrique (codir.). Tesis doctoral. Universidad de Navarra, Pamplona, 2006
Resumen
Composite structures are based on an optimal use of the mechanical characteristics of both materials that compose them: steel and concrete. Despite of their many advantages, especially when combined with semi-rigid joints, their use in building is not very common. The use of these systems on a daily basis requires that new design methods and useful tools for semi-rigid composite joints to be studied. This investigation proposes analysis methods for composite structures with semi-rigid connections, the starting point being the required stiffness that leads to a better bending moment distribution. Together with the simplified joint design method also proposed herein, the number of necessary iterations to define a structure is reduced and, at the same time, an optimization is obtained. With the aim of achieving a more exhaustive knowledge of the semi-rigid composite joint behaviour several full-scale tests are carried out. These tests introduce an innovation with respect with the conventional configuration which consists of inserting the central reinforcement bars through the column flanges in order to improve the behaviour. Subsequently, finite element models are carried out which are validated with the experimental results until reliable models are achieved. These models are used to compare the performance of the conventional joints with the proposed alternative design. The proposed design for internal joints shows improved behaviour, which is more acute as the moments on each side of the joint become increasingly unbalanced. Regarding external joints, the same values are obtained as with the conventional design but without the need for a cantilever. A parametric study is also carried out on external and internal joints following the alternative design in order to define the components which intervene in it and to develop the corresponding analytical model by adapting the component method to the proposed joint characteristics. These modifications make the prediction of the joint characteristics match the real behaviour with good accuracy.
Las estructuras mixtas se basan en un óptimo aprovechamiento de las características mecánicas de los dos materiales que las componen. A pesar de las numerosas ventajas que estas nos proporcionan, especialmente cuando son combinadas con uniones semi-rígidas, su uso en edificación todavía no está muy extendido. La introducción en la práctica diaria de estos sistemas demanda que se estudien nuevos métodos y herramientas útiles de diseño de uniones semi-rígidas en estructuras mixtas. En esta investigación, se proponen métodos de análisis de estructuras mixtas con nudos semi-rígidos en los que se toma como punto de partida la rigidez de la unión que va a conducir a una distribución óptima de momentos. Junto con los métodos simplificados de diseño de uniones que también se proponen, se consigue reducir el número de iteraciones necesarias para definir una estructura a la vez que se consigue una optimización de la misma. Para lograr un conocimiento más exhaustivo del comportamiento de estas uniones, se realizan varios ensayos a escala real. El programa experimental consta de cuatro especimenes (dos de uniones internas y dos de externas). En ellos se introduce una innovación con respecto a la configuración habitual, que consiste en pasar las barras centrales de la armadura a través de las alas del pilar, de forma que se consiga una mejora en la resistencia y rigidez. En el caso de uniones externas se consigue, además, prescindir del voladizo necesario para que la armadura posea la suficiente longitud de anclaje. Posteriormente, se llevan a cabo modelos de elementos finitos que se validan con los resultados experimentales, hasta conseguir modelos fiables y robustos. Estos se utilizan para comparar el comportamiento de las uniones convencionales con el diseño alternativo propuesto. Las uniones internas con el diseño propuesto muestran una mejora del comportamiento, más acusada cuanto más descompensados son los momentos a cada lado de la unión. En uniones externas se consiguen los mismos valores que con el diseño convencional, pero sin necesidad de voladizo. Asimismo se realiza un estudio paramétrico de uniones externas e internas siguiendo el diseño alternativo con el fin de definir los componentes que intervienen en el mismo y desarrollar el modelo analítico correspondiente. Estas modificaciones hacen que la predicción de las características de la unión se ajuste con bastante precisión a las características reales.

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