Instituto Nacional de EstĆ”ndares y TecnologĆa (NIST)
Comportamiento sĆsmico y diseƱo de vigas-columnas de acero estructural de ala ancha, profundas y esbeltas
Steel Special Moment Frame (SMF) es un sistema preferido de resistencia a fuerzas sĆsmicas por su flexibilidad arquitectĆ³nica y alta ductilidad. Para cumplir con el lĆmite de deriva de piso especificado en el cĆ³digo de construcciĆ³n, los ingenieros de diseƱo prefieren usar columnas profundas por su alta rigidez a la flexiĆ³n en el plano alrededor del eje resistente. Si bien se ha investigado ampliamente la rĆ³tula plĆ”stica en vigas de ala ancha, este no es el caso de las columnas de acero, especialmente las columnas de secciĆ³n profunda (p. ej., W24 a W36) que estĆ”n sujetas a demandas tanto axiales como de flexiĆ³n. Las pruebas anteriores de columnas poco profundas (W14) bajo carga axial variable y flexiĆ³n cĆclica mostraron una excelente capacidad de ductilidad incluso cuando la carga axial era alta. Dado que las columnas profundas suelen tener parĆ”metros de esbeltez de secciĆ³n mucho mĆ”s grandes (o relaciones de ancho a espesor h/t_w y b_f/2t_f) para los controles de pandeo local del alma (WLB) y pandeo local del ala (FLB), asĆ como un parĆ”metro de esbeltez de miembro mĆ”s grande, es decir, L/r_y, para los controles de pandeo lateral torsional (LTB) y pandeo por flexiĆ³n (FB), no quedĆ³ claro si la misma conclusiĆ³n sobre el comportamiento de columnas superficiales puede generalizarse a columnas profundas. Este estudio pretende (1) generar una base de datos experimental para el modelado analĆtico de columnas profundas y (2) evaluar la idoneidad de los requisitos de diseƱo para columnas profundas en AISC 341 y ASCE 41.
En la Fase 1 de este estudio, se probaron veinticinco columnas profundas con cinco secciones W24 diferentes. Cada secciĆ³n variaba en secciĆ³n y esbeltez de los miembros. La prueba de la Fase 1 pretendĆa investigar los efectos de los parĆ”metros de esbeltez, los niveles de carga axial, las direcciones de flexiĆ³n y las secuencias de deriva lateral en las respuestas de la columna.
El estudio de fase 2 abarcĆ³ la prueba de veintitrĆ©s columnas adicionales y se dividiĆ³ en dos fases (2A y 2B). Se probaron columnas poco profundas y profundas, incluidas las secciones W14, W18, W24 y W30, para examinar mĆ”s a fondo los objetivos de la Fase 1 y los efectos de las profundidades de las secciones, las condiciones de contorno y las cargas axiales variables. Los resultados de las pruebas revelaron que los hallazgos de la Fase 1 podrĆan extrapolarse a secciones mĆ”s profundas y menos profundas. Con respecto al efecto de las condiciones de contorno, las probetas con lĆmites de extremo fijo-fijo exhibieron curvas de columna que eran similares a las de las probetas de rotaciĆ³n fija en tĆ©rminos de resistencia mĆ”xima a la flexiĆ³n, modo de pandeo y comportamiento de acortamiento axial. Los resultados de diversas pruebas de carga axial mostraron que las columnas exteriores del primer piso se comportan de manera muy diferente a las interiores en SMF.