1. INTRODUCCIÓN

El sismo de Northridge, California en 1994 [1], produjo numerosas fallas en las conexiones de las estructuras de acero en la zona afectada, causando fuerte preocupación, lo que implicó llevarse a cabo una investigación federal en Estados Unidos con la finalidad de encontrar las causas que originaron estas fallas y evitar que situaciones similares se presenten en el futuro. El resultado, es la proyección de nuevos criterios para el diseño de estructuras sismorresistentes en zonas de amenaza sísmica, siendo los códigos estadounidenses de ANSI/AISC los que recogen estas recomendaciones y sirven como fundamento en sus publicaciones desde el año 2005. El código ANSI/AISC 358-16 [2], guía el diseño de distintas conexiones precalificadas para estructuras de acero sismorresistentes, siendo una de ellas la Simpson Strong-Tie Strong Frame.

El procedimiento de diseño de este tipo de conexión es largo y complejo debido a la cantidad de requisitos normativos que deben cumplirse. Es por ello, que el trabajo presentado en este artículo, consistió en desarrollar un programa que permita diseñar conexiones precalificadas tipo Simpson Strong-Tie Strong Frame entre vigas y columnas de pórticos de acero resistentes a momento, conforme a los requerimientos del código ANSI/AISC 358-16 [2], utilizando el software MATLAB.

2. DESARROLLO

2.1. Conexiones Precalificadas

Actualmente para el diseño de estructuras de acero, el código AISC dentro de sus provisiones sísmicas, establece una serie de requisitos específicos para sistemas estructurales con capacidad moderada y especial de disipación de energía, dentro de los cuales se encuentran estrictas exigencias para las conexiones de los miembros. Para evitar el costoso y difícil proceso de calificación, mediante el cual se garantice que las conexiones a utilizar en un proyecto cumplen con los requisitos de AISC 341 [3], y ha sido sometida a pruebas experimentales, la norma permite la utilización de las conexiones precalificadas del código AISC 358 [2]. En su más reciente publicación del año 2016, el código AISC 358 considera las siguientes conexiones precalificadas:

• Sección de viga reducida (RBS)

• Plancha extrema extendida apernada sin rigidizadores (BUEEP)

• Plancha extrema extendida apernada con rigidizadores (BSEEP)

• Plancha de ala apernada (BFP)

• Ala soldada sin refuerzo-alma soldada (WUF-W)

• Kaiser ménsula apernada (KBB)

• Conexión resistente a momento ConXtech ConXL (ConXL)

• Conexión resistente a momento SidePlate (SidePlate)

• Conexión resistente a momento Simpson Strong-Tie Strong Frame

• Conexión resistente a momento Doble-Tee

2.2. Conexión Resistente a Momento Simpson Strong-Tie Strong Frame

La conexión resistente a momento Simpson Strong-Tie Strong Frame es de tipo semirrígida que utiliza una conexión de cortante modificada mediante placa de cortante única, para transferencia de fuerza cortante y una conexión T-stub modificada el cual sería el fusible estructural Yield-Link para transferencia de momento, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1.
Vista tridimensional de la configuración de la conexión Simpson Strong-Tie.
Fuente: [4].

Las conexiones de las piezas T-stub modificada, las cuales se unen mediante pernos a las alas de la viga y de la columna, están configuradas como uniones cedentes y contienen un área reducida de cedencia en su alma cuyo pandeo local a compresión se evita mediante la instalación de planchas para restricción de pandeo. La conexión está basada en el enfoque de diseño por capacidad, donde la respuesta de la conexión se mantiene dentro del rango elástico bajo la combinación de cargas factorizadas, y la demanda de rotación inelástica sísmica está confinada predominantemente dentro de la conexión, con poco o nulo comportamiento inelástico esperado en las vigas y columnas [4].

Procedimiento de diseño de la conexión Simpson Strong-Tie Strong Frame

· Paso 1. Elegir los perfiles para vigas y columnas de acuerdo con los límites de precalificación de la sección 12.3 del código AISC 358 asumiendo conexiones rígidas entre los miembros y considerando todas las combinaciones de carga especificadas por las normas de diseño aplicables. Estimar la deriva de entrepiso de diseño para el cumplimento de los limites aplicables especificados por la norma de diseño como 1,2 veces más grande que el valor calculado al asumir conexiones rígidas

· Paso 2. Chequear la resistencia y deflexión de la viga asumiendo que esta se encuentra simplemente apoyada entre las conexiones de placa de cortante. Chequear la resistencia de la viga para las combinaciones de cargas verticales aplicables según la norma de diseño. Verificar que la deflexión de la viga bajo la acción de cargas permanentes y variables sea menor a 𝐿ℎ360⁄, donde 𝐿ℎ es la longitud de la viga entre los centros de los pernos de las placas de cortante a cada extremo de la viga

· Paso 3. Estimar la resistencia a la cedencia requerida de la pieza Yield-Link de acuerdo al Paso 1

· Paso 4. Determinar el ancho y largo de la sección no reducida de la pieza Yield-Link del lado de la columna

· Paso 5. Determinar el ancho del área de cedencia del alma de la pieza Yield-Link, 𝑏𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑, donde el espesor del alma de la pieza Yield-Link, 𝑡𝑠𝑡𝑒𝑚, debe tomarse como 13mm.

· Paso 6. Determinar la longitud mínima del área de cedencia del alma de la pieza Yield-Link, 𝐿𝑦−𝑙𝑖𝑛𝑘 de tal manera que la deformación axial de la porción recta de la pieza sea menor o igual a 0,085mm/mm para 0,05 rad de rotación en la conexión

· Paso 7. Calcular la tensión cedente esperada y la tensión máxima probable de la pieza Yield-Link

· Paso 8. Determinar el ancho no reducido, 𝑏𝑏𝑚−𝑠𝑖𝑑𝑒, y longitud 𝐿𝑏𝑚−𝑠𝑖𝑑𝑒 del lado de la viga de la pieza Yield-Link utilizando el valor de 𝑃𝑟−𝑙𝑖𝑛𝑘 del Paso 7

· Paso 9. Diseñar la conexión entre el ala de la pieza Yield-Link y el ala de la columna utilizando el valor de 𝑃𝑟−𝑙𝑖𝑛𝑘 obtenido en el Paso 7

· Paso 10. Seleccionar la plancha para restricción de pandeo (BRP) de acuerdo a la sección 12.8.6 del código AISC 358

· Paso 11. Verificar la deriva elástica del pórtico y la demanda de momento de la conexión considerando la rigidez real de la conexión

· Paso 12. Determinar la resistencia a corte requerida, 𝑉𝑢, de la viga y de la conexión entre el alma de la viga y el ala de la columna

· Paso 13. Verificar los perfiles de viga y columna seleccionados en el Paso 1

· Paso 14. Chequear las limitaciones para la relación viga-columna de acuerdo a la sección 12.4 del código AISC 358

· Paso 15. Diseñar la conexión entre el alma de la viga y el ala de la columna para las siguientes resistencias requeridas

· Paso 16. Chequear la resistencia a corte en la zona panel de la columna de acuerdo al código AISC 360. La resistencia a corte requerida debe ser determinada a partir de la suma de las resistencias axiales máximas probables de la pieza Yield-Link. Las planchas adosadas al alma de la columna deben utilizarse de acuerdo a lo requerido

· Paso 17. Chequear el alma de la columna para fuerzas concentradas de 𝑃𝑟−𝑙𝑖𝑛𝑘, de acuerdo al código AISC 360

· Paso 18. Chequear el espesor mínimo del ala de la columna para cedencia a la flexión

· Paso 19. Si las planchas de continuidad o rigidizadores son requeridos por alguno de los estados límites de la columna en los Pasos 17 y 18, la resistencia requerida, 𝐹𝑠𝑢

3. METODOLOGÍA

El marco metodológico está orientado al diseño no experimental, se realizó siguiendo el procedimiento de desarrollo de las conexiones precalificadas Simpson Strong-Tie Strong Frame. Para la programación y desarrollo del algoritmo, se empleó el programa MATLAB (https://www.mathworks.com/products/matlab-online.html).

· Fase 1: estudio de MATLAB

Como paso inicial se estudiaron las opciones que ofrece el software en su lenguaje de programación, con la finalidad de adaptar el procedimiento de diseño de la conexión descrito en el código ANSI/AISC 358-16 [2] a los algoritmos que conformarían el programa de la manera más eficiente y sencilla posible. Igualmente se estudió el entorno GUIDE (Graphical User Interface Development Environment), herramienta disponible en MATLAB, para poder diseñar y crear la interfaz de usuario que permitirá el uso del programa.

· Fase 2: desarrollo de algoritmo

Se procedió a escribir los algoritmos que permitirán llevar a cabo el proceso de cálculo necesario para el diseño de la conexión. Esta fase se ejecutó conjuntamente al proceso de diseño y creación de la interfaz de usuario, la cual debe programarse para que trabaje adecuadamente con los datos y comandos que ingrese el usuario al programa.

· Fase 3: validación de resultados

Para validar los resultados obtenidos con el programa creado se realizó el diseño de una conexión tipo Simpson Strong-Tie Strong Frame de manera manual. La diferencia porcentual entre los resultados obtenidos se calculó mediante la siguiente ecuación utilizada en distintas investigaciones [5], [6], [7] y [8]:

(1)

Figura 2.
Diagrama general del funcionamiento del programa.
Fuente: los autores

En la Figura 2 se muestra un diagrama general del funcionamiento del programa para el diseño de la conexión Simpson Strong-Tie Strong Frame.

4. RESULTADOS

El programa diseñado llamado CONESTRONG, guía al usuario durante el proceso de diseño de la conexión, suministrando información sobre las distintas limitaciones normativas y realizando los chequeos requeridos en cada una de las partes que la conforman. El software permite diseñar la conexión mediante el ingreso de los datos en las distintas interfaces y visualizar los resultados tanto gráficamente como a través de un reporte que muestra toda la información del diseño definitivo y los chequeos realizados durante el proceso.

Menú principal. Se encuentra disponible en todas las interfaces y consiste en los siguientes menús desplegables:

· Archivo: contiene las funciones básicas Nuevo, Abrir, Guardar, Guardar como y Salir

· Normas AISC 2016: permite al usuario consultar las normas AISC 341-16 (disposiciones sísmicas para edificios de acero estructural), AISC 358-16 (conexiones precalificadas para pórticos de acero resistentes a momento especiales e intermedios para aplicaciones sísmicas), y AISC 360-16 (especificación para edificios de acero estructural)

· Ayuda: ofrece opciones para visualizar el procedimiento de diseño paso a paso, muestra los cálculos detallados del procedimiento de diseño; mostrar información básica del programa; y para abrir el manual de usuario.

Interfaz gráfica. La primera interfaz (Figura 3), que se abre cuando se ejecuta el programa, contiene la imagen de presentación que muestra parte de una estructura unida mediante una conexión tipo Simpson Strong-Tie Strong Frame y el nombre del software.

Figura 3.
Primera interfaz gráfica.
Fuente: los autores

En la parte inferior derecha se encuentran los cuatro botones que permiten seleccionar el tipo de nodo con el que se desea trabajar. Estas opciones son: Nodo de borde (último piso), Nodo de borde (piso intermedio), Nodo interno (último piso), Nodo interno (piso intermedio).Una vez seleccionado el tipo de nodo, se despliega la segunda interfaz (ver Figura 4), en la que se pueden ingresar los datos de los perfiles de viga y columna y sus respectivos materiales. Las opciones disponibles en los menús contienen solo los perfiles que cumplen con los límites de precalificación, es por esto que no se incluyen perfiles de viga con altura mayor a 420mm o espesor de ala menor a 10mm ni perfiles de columna con altura mayor a 476mm.

Figura 4.
Segunda interfaz gráfica.
Fuente: los autores

Seguidamente aparecen ventanas para trabajar con las vigas:

· Chequeo de los límites de precalificación

· Propiedades del acero

· Panel con propiedades del perfil seleccionado

El panel de la columna tiene las mismas características que el de las vigas, pero incluye una casilla que se debe seleccionar en caso de que se realice el diseño para una columna empotrada en la base con rotación limitada en sus extremos, con la finalidad de que el programa realice el chequeo de los límites de precalificación correspondientes.

En la tercera interfaz (ver Figura 5) se incluyen inicialmente las cajas de texto para ingresar los datos de 𝑀𝑢 (momento de diseño de la conexión), 𝐶𝑃 y 𝐶𝑉 (carga permanente y carga variable actuando en la viga, respectivamente). Si el valor del momento ingresado es muy grande y los requisitos de las dimensiones de la pieza Yield-Link superan los máximos precalificados, el programa muestra un mensaje para informarlo. A la derecha se encuentra el panel que contiene todo lo referente al diseño de la pieza Yield-Link; es aquí donde inicialmente se puede seleccionar el material de la pieza y las distintas dimensiones del alma de ésta.

Figura 5.
Tercera interfaz gráfica.
Fuente: los autores

A medida que se van ingresando los datos, el programa calcula y muestra en la interfaz las fuerzas de diseño (ver Figura 6). La nomenclatura utilizada en el programa corresponde a la utilizada en el procedimiento de diseño de la sección 12.9 de la norma ANSI/AISC 358-16. Posteriormente aparece el diseño de la conexión (ver Figura 7).

Figura 6.
Fuerzas de diseño calculadas por el programa.
Fuente: los autores

Figura 7.
Fuerzas de diseño calculadas por el programa.
Fuente: los autores

En la parte inferior derecha de este panel se encuentra el botón “Chequear la conexión”. Al hacer clic sobre éste, se abre una ventana auxiliar que muestra el chequeo de cada uno de los estados límite que se deben estudiar en esta parte de la conexión. Es necesario pulsar este botón para poder habilitar los componentes del panel inferior, esto para ayudar al usuario a ingresar los datos en el orden adecuado. Si la conexión no tiene la resistencia requerida para alguno de los casos de falla, se puede cerrar la interfaz auxiliar, modificar los datos ingresados según sea necesario y volver a pulsar el botón para revisar los nuevos valores calculados.

4.2. Ejemplo de Aplicación con Conexión Simpson Strong-Tie Strong Frame

Se inicia el diseño seleccionando la opción de nodo de borde en la primera interfaz para luego especificar los perfiles y materiales de los miembros. Se selecciona IPE-360 para la viga y HEB-400 para la columna, y acero ASTM A572 Grado 50 para los dos miembros, visualizado en la segunda interfaz (ver Figura 8).

Figura 8.
Ingreso de datos en la segunda interfaz.
Fuente: los autores

En la tercera interfaz se introduce inicialmente el momento último de diseño de la conexión (𝑀𝑢) y las cargas uniformemente distribuidas que actúan en la viga. Seguidamente se inicia el diseño de la pieza Yield-Link. Se selecciona acero ASTM A572 Grado 50 para la pieza. Se continúa el diseño ingresando los valores para 𝑎, 𝑏𝑐𝑜𝑙−𝑠𝑖𝑑𝑒, 𝑏𝑏𝑚−𝑠𝑖𝑑𝑒, 𝐿𝑐𝑜𝑙−𝑠𝑖𝑑𝑒, 𝑏𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 y 𝐿𝑦−𝑙𝑖𝑛𝑘 (ver Figura 9).

Figura 9.
Ingreso de datos para diseñar la pieza Yield-Link.
Fuente: los autores

Luego se diseña la conexión entre el alma de la pieza Yield-Link y el ala de la viga. Inicialmente se elige el grado de pernos y diámetro. El programa calcula automáticamente el número de pernos requeridos para soportar la fuerza axial. Seguidamente se ingresan los datos de 𝑠𝑐, 𝑠𝑠𝑡𝑒𝑚, 𝑠𝑏 y ℎ, y con esto el programa calcula y muestra los valores de 𝐿𝑏𝑚−𝑠𝑖𝑑𝑒 y 𝑔𝑠𝑡𝑒𝑚. Una vez ingresados todos los valores, se hace clic en el botón “Chequear la conexión” para verificar que el alma de la pieza Yield-Link y el ala de la viga tienen la resistencia suficiente para soportar la fuerza de diseño 𝑃𝑟−𝑙𝑖𝑛𝑘. Se ve que todos los controles cumplen.

En este punto se comienza a diseñar la conexión entre el ala de la pieza Yield-Link y el ala de la columna. Se inicia con la selección del grado de pernos y el diámetro mayor al mínimo requerido para soportar la fuerza de diseño 𝑟𝑡 mostrado a la derecha del menú. Luego se ingresa la altura del ala de la pieza Yield-Link y las distancias al borde vertical y horizontal. A la derecha de cada casilla se especifica la distancia al borde mínima que se debe cumplir según el diámetro.

Figura 10.
Diseño de la conexión entre el ala de la pieza Yield-Link y el ala de la columna.
Fuente: los autores

Con todos los datos anteriores ingresados, el programa calcula y muestra el espesor mínimo que debe tener el ala de la pieza para evitar el efecto de apalancamiento. Se selecciona un espesor mayor al mínimo (ver Figura 10). Se hace clic en el botón “Chequear la conexión” para verificar que cuenta con la resistencia adecuada. Como el acero seleccionado para la pieza es ASTM A572 Grado 50, se debe diseñar la soldadura en el panel de la interfaz dispuesto para ello: “Soldadura Ala-Alma pieza Yield-Link”. Se selecciona soldadura de filete doble con un tamaño de 20mm. Seguidamente se diseña el sistema de restricción de pandeo que sirve para evitar tal efecto en el alma de la pieza Yield-Link. Se selecciona el mismo tipo de acero de la pieza para la plancha para restricción de pandeo, especificando la longitud de la placa, mayor al mínimo requerido que se muestra a la derecha. Luego se selecciona el grado y diámetro de pernos para la unión del sistema con el ala de la viga; finalmente se especifica el acero de los espaciadores y su ancho (ver Figura 11).

Figura 11.
Diseño del sistema para restricción de pandeo.
Fuente: los autores

Haciendo clic en el botón “Parámetros de rigidez de la conexión” se pueden visualizar la información para conocer la rigidez real de la conexión. En esta ventana auxiliar se muestra también el momento resistente de la conexión. Se verifica que éste es mayor o igual a 𝑀𝑢. Solo resta calcular la fuerza 𝑉𝑢 antes de avanzar a la siguiente interfaz. Se ingresa el valor de la distancia entre las líneas de agujeros para pernos a ambos extremos de la viga 𝐿ℎ=6− 𝑑𝑐−2𝑎=5,46𝑚. Se introduce un valor de 1,6 para el factor que multiplica a la carga variable para calcular la carga 𝑄. El programa calcula automáticamente 𝑉𝑢 y muestra el valor. Se hace clic en “Siguiente” para avanzar a la siguiente interfaz (ver Figura 12).

Figura 12.
Cálculo de fuerza Vu.
Fuente: los autores

En la cuarta interfaz lo primero que se debe hacer es ingresar el valor de la carga axial en la columna, para realizar el chequeo de “Columna fuerte – Viga débil”. Se ingresa el valor y se ve que la conexión cumple con lo requerido en la norma AISC 341-16. Se puede continuar con el diseño de la conexión entre el alma de la viga y el ala de la columna. Luego se despliega una nueva ventana “Placa de cortante” donde se ingresa la fuerza axial de la viga en la conexión 𝑃𝑢−𝑠𝑝 y se pueden visualizar el resto de las solicitaciones en esta parte de la conexión.

Figura 13.
Diseño de la placa de cortante para conexión con el alma de la viga.
Fuente: los autores

Se selecciona el mismo tipo de acero ASTM A572 Grado 50, el grado de pernos y su diámetro. Aquí también el programa muestra el mínimo diámetro requerido para soportar la fuerza de diseño, en este caso la fuerza cortante 𝑉𝑢−𝑏𝑜𝑙𝑡. Se ingresa el valor de 𝑠𝑣𝑒𝑟𝑡 y el programa calcula el tamaño de la ranura horizontal para los pernos superior e inferior de la placa. Se finaliza el diseño de esta parte de la conexión especificando el espesor de la placa y las distancias al borde vertical y horizontal (ver Figura 13). Con todos los datos anteriores suministrados, se habilitan los botones “Chequeos Placa de cortante” y “Chequeos alma de la viga”. Se hace clic en cada uno de ellos para visualizar las resistencias de la conexión para cada uno de los estados límite que se deben estudiar para cumplir con lo requerido en el procedimiento de diseño de la norma AISC 358-16.

Figura 14.
Diseño de soldadura para unión de la placa con el ala de la columna y diseño del recorte en el alma de la viga
Fuente: los autores

Como la conexión tiene la resistencia necesaria, se continúa con el diseño de la soldadura entre la placa y el ala de la columna. Se selecciona soldadura de filete doble con un electrodo E70XX y un tamaño de la soldadura de 10mm. Finalmente se ingresa en la parte inferior del panel el valor “𝑐” que corresponde al diseño del recorte del alma de la viga (ver Figura 14).

Luego se despliega una nueva ventana en la que se tiene en el panel de la derecha “Chequeos en la columna”, se puede visualizar la resistencia de la columna ante cada uno de los casos de falla. El menú “pop-up” en el panel “Fluencia por cortante en la zona panel” se encuentra por defecto en la opción “No”, no se modifica la elección. Se ve que en todos los estados límite la resistencia es mayor a la fuerza 𝑃𝑟−𝑙𝑖𝑛𝑘 y que el espesor del ala de la columna es mayor al mínimo requerido. No es necesario diseñar un refuerzo. Con todos los valores ingresados se hace clic en el botón “Resultados” para avanzar a la siguiente interfaz y ver la configuración final de la conexión diseñada. Se observa en esta interfaz cada una de las dimensiones de la pieza Yield-Link que fueron ingresadas en las interfaces anteriores, así como los datos de cada una de las partes de la conexión (ver Figura 15).

Figura 15.
Resultados finales del diseño.
Fuente: los autores

4.3. Cálculo para la Validación Manual

Con la finalidad de verificar la información suministrada por el programa se procedió a realizar el diseño de una conexión tipo Simpson Strong-Tie Strong frame de manera manual, para luego comparar los resultados con del diseño realizado con el software. Se proyectó una conexión con las siguientes características:

· Tipo de nodo: nodo de borde

· 𝑀𝑢=10.000 𝑘𝑔𝑓∗𝑚 (98,07 kN∗𝑚)

· 𝐶𝑃=2.700 𝑘𝑔𝑓/𝑚 (26,48 kN/𝑚)

· 𝐶𝑉=1.000 𝑘𝑔𝑓/𝑚 (9,80 kN/𝑚)

· Carga axial en columna inferior: 150.000 𝑘𝑔𝑓 (1471 kN)

· Carga axial en columna superior: 135.000 𝑘𝑔𝑓 (1324 kN)

· Distancia entre centros de las columnas: 6 m

4.4. Comparación de Resultados

Una vez obtenidos los resultados de diseño por las dos vías, se tomó nota de todos los parámetros de diseño calculados por el programa para luego compararlos con los conseguidos mediante el cálculo manual, observados en la Tabla 1.

Tabla 1.
Cuadro de resumen comparativo entre resultados obtenidos manualmente y el software CONESTRONG.

Parámetro	Diseño manual	Diseño CONESTRONG	Diferencia (%)
P'(y-link) (kg-f)	30864	30864	0,0000
A'(y-link) (mm2)	878	877	0,1139
L(col-side) min (mm)	70	70	0,0000
b(yield, req'd) (mm)	68	68	0,0000
b(yield) max (mm)	83	83	0,0000
P(ye-link) (kg-f)	35185	35215	0,0853
P(r-link) (kg-f)	49904	50109	0,4108
Nº pernos req, Yield-Link - viga	6	6	0,0000
Le min Yield-Link - viga (mm)	29	29	0,0000
s min Yield-Link - viga (mm)	60	60	0,0000
L(bm-side) (mm)	220	220	0,0000
g(stem) (mm)	85	85	0,0000
φRn Fluencia áre gruesa Yield-Link (kg-f)	67857	67915	0,0855
φRn Fractura área neta Yield-Link (kg-f)	50350	50724	0,7428
φRn Bloque de cortante 1 Yield-Link (kg-f)	87778	88473	0,7918
φRn Bloque de cortante 2 Yield-Link (kg-f)	69064	69598	0,7732
φRn Bloque de cortante 3 Yield-Link (kg-f)	85550	86236	0,8019
φRn Aplastamiento pernos Yield-Link (kg-f)	124045	125623	1,2721
φRn Aplastamiento pernos ala viga (kg-f)	137898	139881	1,4380
φRn Bloque de cortante ala viga (kg-f)	181208	184949	2,0645
rt (kg-f)	12476	12527	0,4088
Le min Yield-Link - columna (mm)	26	26	0,0000
s(flange) (mm)	105	105	0,0000
g(flange) (mm)	110	110	0,0000
t(flange) min (mm)	23	23	0,0000
φRn Fluencia por cortante Yield-Link (kg-f)	173992	174141	0,0856
φRn Fractura por cortante Yield-Link (kg-f)	116192	120333	3,5639
P(r-weld) (kg-f)	117632	118113	0,4089
φRn soldadura Yield-Link (kg-f)	154999	155152	0,0987
Mínimo largo BRP (mm)	185	185	0,0000
Ancho mínimo espaciadores (mm)	32	32	0,0000
Ancho máximo espaciadores (mm)	47	47	0,0000
Δy (mm)	0,50	0,51	2,0000
Δ0,04 (mm)	7,46	7,46	0,0000
Δ0,07 (mm)	13,06	13,06	0,0000
M(ye-link) (kg-f*m)	13124	13135	0,0838
M(pr-link) (kgf*m)	18614	18691	0,4137
φMn (kgf*m)	10738	10747	0,0838
θy (rad)	0.003	0.003	0,0000
Q (kgf/m)	4840	4840	0,0000
Vgravity (kgf)	13213	13213	0,0000
Vu (kgf)	20031	20060	0,1448
ΣMpc (kgf*m)	180577	180771	0,1074
Muv (kgf*m)	5408	5416	0,1479
ΣMpb (kgf*m)	24022	24107	0,3538
ΣM*pc / ΣM*pb	7.5	7.5	0,0000
M(u-sp) (kgf*m)	1402	1404	0,1427
V(u-bolt) (kgf)	6677	6687	0,1498
Le min placa de cortante (mm)	26	26	0,0000
s min placa de cortante (mm)	51	51	0,0000
L(slot) (mm)	30	30	0,0000
Longitud placa de cortante (mm)	170	170	0,0000
Ancho placa de cortante (mm)	115	115	0,0000
φRn Fluencia áre gruesa SP (tensión) (kgf)	53779	53825	0,0855
φRn Fractura área neta SP (tensión) (kgf)	33589	35134	4,5997
φRn Fluencia áre gruesa SP (cortante) (kgf)	35853	35884	0,0865
φRn Fractura área neta SP (cortante) (kgf)	20153	21080	4,5998
φRn Bloque de cortante 1 SP (kgf)	33178	34252	3,2371
φRn Bloque de cortante 2 SP (Vu) (kgf)	26391	27203	3,0768
φRn Bloque de cortante 2 SP (Pu-sp) (kgf)	33383	34693	3,9242
φRn Aplastamiento pernos SP (Vu) (kgf)	34959	36510	4,4366
φRn Aplastamiento pernos SP (Pu-sp) (kgf)	13983	14323	2,4315
Factor resistencia a tensión y flexión SP	0.61	0.61	0,0000
φRn Fluencia áre gruesa viga (tensión) (kgf)	84680	84753	0,0862
φRn Fractura área neta viga (tensión) (kgf)	72004	73425	1,9735
φRn Fluencia áre gruesa viga (cortante) (kgf)	56453	56502	0,0868
φRn Fractura área neta viga (cortante) (kgf)	43202	44055	1,9744
φRn Bloque de cortante 1 viga (kgf)	27858	28948	3,9127
φRn Bloque de cortante 2 viga (Vu) (kgf)	35750	36647	2,5091
φRn Bloque de cortante 2 viga (Pu-sp) (kgf)	49931	51186	2,5135
φRn Aplastamiento pernos viga (Vu) (kgf)	34876	35294	1,1985
φRn Aplastamiento pernos viga (Pu-sp) (kgf)	11187	11458	2,4225
w min soldadura placa cortante (mm)	8	8	0,0000
Recorte alma de la viga min (mm)	26	26	0,0000
Recorte alma de la viga max (mm)	45	45	0,0000
φRn zona panel (kgf)	102497	102585	0,0859
φRn fluencia local en el alma (kgf)	127172	127281	0,0857
φRn aplastamiento local en el alma (kgf)	130417	128578	1,4101
tcf min (mm)	14	14	0,0000

5. CONCLUSIONES

Gracias a la investigación llevada a cabo para el desarrollo del programa CONESTRONG se pudo conocer la importancia que tienen las conexiones precalificadas de la norma AISC 358-16, y las ventajas que ofrece el diseño de estructuras con este tipo de conexiones respaldadas por los últimos conocimientos adquiridos en cuanto al diseño seguro de estructuras de acero. El programa desarrollado ofrece asistencia de gran valor durante el diseño de conexiones precalificadas tipo Simpson Strong-Tie Strong Frame, su interfaz gráfica permite el ingreso de datos de manera sencilla, y en todas las fases del proceso se ofrece orientación sobre los parámetros de la conexión que se diseñan, y en caso de ingresar un valor fuera del rango permitido, el programa muestra una advertencia. La programación se basó en el procedimiento de diseño de la sección 12.9 de la norma AISC 358-16, la cual establece los lineamentos para el diseño de la conexión y los distintos valores sugeridos que se muestran en el programa.

Una vez desarrollado el software se pudo conocer la gran cantidad de detalles que se deben considerar cuando se diseña este tipo de conexión, y todos los chequeos que se deben llevar a cabo para sus distintos componentes a fin de garantizar un buen comportamiento. Realizar el diseño de este tipo de conexión de manera manual conlleva mucho tiempo, como se constató durante la realización del ejemplo de verificación independiente, y aumenta considerablemente la probabilidad de cometer errores, por el gran número de operaciones matemáticas que implica el diseño de la conexión y sus diversas verificaciones. Los resultados obtenidos al utilizar el programa fueron comparados con otra fuente independiente para validarlos: un diseño realizado de manera manual. Los resultados de esta validación fueron satisfactorios. Es por todo esto que se confirma la idea que se tenía al inicio de la elaboración de este trabajo: un programa constituye una herramienta valiosa para el diseño de este tipo de conexiones.

6. FINANCIAMIENTO

Propio de los autores.

7. CONFLICTO DE INTERÉS

Los autores declaran no tener ningún conflicto de interés.

8. CONTRIBUCIÓN DE LOS AUTORES

J.M.S.M desarrollo los algoritmos e interfaz gráfica del programa CONESTRONG destinado para fines académicos, y G.P asesorías para la compresión de la normativa ANSI/AISC 358-16 y del programa MATLAB.

9. REFERENCIAS

[1] J. Lee, “The Government's Response to the Northridge Earthquake”, Washington, 1996

[2] ANSI/AISC 358-16, Normativa Americana ANSI/AISC 358-16, “Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications”, Chicago: American Institute of Steel Construction, 2016

[3] ANSI/AISC 341-16, Seismic provisions for structural steel buildings, Chicago, Illinois, 2016

[4] S. E. Pryor. Specialized seismic solution. Modern Steel Construction magazine. AISC, Febrero 2016

[5] G. Pannillo, M. Chacón y H. Riera, “Desarrollo y Programación de Conexiones Sismorresistentes Tipo BFP y RBS Conforme a la Normativa ANSI/AISC 358-16”, Revista Gaceta Técnica, 51-68, 2018

[6] G. Pannillo, E. Vielma, W. Ocanto y J. Vielma, “Development and Programming of END-PLATE 4E and 8ES Connections in Accordance with the ANSI / AISC 358-16 Regulations”, Revista Internacional de Ingeniería de Estructuras, Vol. 25(1), 39-60, 2020

[7] G. Pannillo, O. Gutiérrez y J. Vielma, “Development and Programming of Double Tee (DOUBLE-TEE MOMENT CONNECTIONS) Sismorresistent Connections in Accordance with the ANSI / AISC 358-16 Regulations”, Revista Internacional de Ingeniería de Estructuras, Vol. 23(2), 189-207, 2018

[8] K. J. Chirino Alvarado y G. Pannillo, “Programa Kaiser Connex para conexiones sismorresistentes tipo Kaiser Bolted Bracket conforme a la normativa ANSI/AISC 358-16”, Gaceta Técnica, vol. 24, n.º 2, pp. 23-43, jul. 2023

Notas de autor