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CAPÍTULO 7
PLACA DE BRIDA ATORNILLADA (BFP)
MOMENTO DE CONEXIÓN

7.1. GENERAL
La conexión de placa de brida atornillada (BFP) es una conexión atornillada en campo. Los
comportamientos sísmicos fundamentales esperados con la conexión de momento BFP incluyen:

(1) Fluencia inicial de la viga en el último tornillo alejado de la cara de la columna.

(2) Deslizamiento de los pernos de la placa del ala, que ocurre a niveles de resistencia similares a la
fluencia inicial en el ala de la viga, pero el deslizamiento no contribuye en gran medida a la
capacidad de deformación total de la conexión.

(3) Cedencia secundaria en la zona del panel de la columna, que se produce cuando se produce la capacidad de
momento y el endurecimiento por deformación esperados.

(4) Cedencia limitada de la placa de brida, que puede ocurrir en las deformaciones
máximas.

Esta secuencia de fluencia ha dado como resultado una capacidad de deformación inelástica muy grande
para la conexión de momento BFP, pero el procedimiento de diseño es algo más complejo que algunas
otras conexiones precalificadas.

Las placas de ala y la placa de corte del alma se sueldan en taller al ala de la columna
y se atornillan en campo a las alas de la viga y al alma, respectivamente. Los pernos
ASTM F3125 Grado A490 o A490M con roscas excluidas del plano de corte se utilizan
para las conexiones de brida de la viga porque la mayor resistencia al corte de los
pernos Grado A490 o A490M reduce la cantidad de pernos necesarios y reduce la
longitud de la placa de la brida. Las placas de ala más cortas que son, por lo tanto,
posibles reducen las demandas de deformación sísmica inelástica en la conexión y
simplifican el balance de las resistencias requeridas para diferentes modos de falla en
el procedimiento de diseño. Las conexiones de placa de brida con pernos ASTM F3125
Grado A325 o A325M pueden ser posibles, pero serán más difíciles de lograr debido a
la menor resistencia de los pernos, la mayor cantidad de pernos y las placas de brida
más largas requeridas.

La precalificación de la conexión de momento BFP se basa en 20 pruebas de conexión de

momento BFP bajo deformación inelástica cíclica (FEMA, 2000e; Schneider y Teeraparbwong,
1999; Sato et al., 2008). Evidencia adicional que respalda la precalificación se deriva de las pruebas
de conexión de casquillos en T atornillados (FEMA, 2000e; Swanson et al., 2000), porque la
conexión de momento BFP comparte muchos mecanismos de fluencia, modos de falla y
comportamientos de conexión con la conexión de casquillos en T atornillados. Las pruebas se
realizaron bajo varios protocolos de prueba controlados por deformación, pero la mayoría usa

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Com. 7.1.] GENERAL 9.2-201

variaciones del ATC-24 (ATC, 1992) o el protocolo de acero SAC (Krawinkler et al., 2000), que
son muy similares al protocolo de prueba de precalificación del Capítulo K del AISC
Disposiciones sísmicas(AISC, 2016a). Las 20 pruebas BFP se realizaron en conexiones con
vigas que varían en profundidad de secciones W8 (W200) a W36 (W920), y la capacidad de
ductilidad total promedio demostrada superó los 0,057 rad. Por lo tanto, la capacidad de
deformación inelástica lograda con las conexiones de momento BFP se encuentra entre las
mejores logradas a partir de pruebas sísmicas de conexiones de marco de momento. Sin
embargo, el diseño de la conexión es relativamente complejo porque en el proceso de
diseño se deben considerar numerosos mecanismos de fluencia y modos de falla. La
fluencia inicial y primaria en la conexión de momento BFP es la fluencia por flexión de la
viga cerca de la última fila de pernos al final de la placa de ala. Sin embargo, los
especímenes con la mayor ductilidad alcanzan la fluencia secundaria a través de la fluencia
por cortante de la zona del panel de la columna y la fluencia limitada por tracción de la
placa del ala. Por eso,

La mayoría de las pruebas anteriores se han realizado en especímenes con conexiones de un solo lado, y
el comportamiento de fuerza-deflexión es algo limitado, como se muestra en la Figura C-7.1. Debido a
que la bisagra plástica en el extremo de la placa de brida es el mecanismo de control de la fluencia, el
momento plástico esperado en esta ubicación domina el diseño de la conexión. El pinzamiento es
causado por una combinación del deslizamiento del perno y la secuencia de fluencia y endurecimiento
por deformación que se encuentran en la conexión. Los experimentos han demostrado que la capacidad
de momento pico esperada en la bisagra de plástico es típicamente del orden de 1.15 veces la esperada.
METROpagde la viga, como se define en el AISCDisposiciones sísmicas, y el momento esperado en la cara
de la columna es del orden de 1,3 a 1,5 veces

Figura C-7.1. Momento en la cara de la columna frente a la rotación total de la conexión para un momento BFP
conexión con unW30×108 (W760×161)haz y unW14×233 (W360×347)columna.

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lo esperadoMETROpagde la viga, dependiendo de la longitud del tramo, el número de pernos y la

longitud de la placa de ala. La rigidez de esta conexión suele ser ligeramente superior al 90 % de
la prevista con una conexión verdaderamente rígida y totalmente restringida (FR). Se espera que
esta rigidez reducida resulte en una deflexión elástica no más del 10% mayor que la calculada con
una conexión FR, por lo que los cálculos elásticos con conexiones rígidas se consideran adecuados
para la mayoría de los propósitos prácticos de diseño.

7.2. SISTEMAS
La revisión de la literatura de investigación muestra que las conexiones de momento BFP cumplen con
las calificaciones y los requisitos de los marcos SMF e IMF. Sin embargo, no hay datos de prueba
disponibles para conexiones de momento BFP con losas mixtas, por lo que la conexión de momento BFP
no está precalificada con losas estructurales de hormigón armado que contactan con la cara de las
columnas. Las losas estructurales de hormigón armado que hacen contacto con la columna pueden:

• Incrementar significativamente el momento en la cara de la columna.

• Provocar aumentos significativos de las demandas de fuerza y deformación en la placa de brida

inferior.

• Da como resultado una capacidad de deformación inelástica reducida de la conexión.

Por lo tanto, la precalificación de la conexión por momento BFP se restringe al caso en que la losa
estructural de concreto tenga una separación o aislamiento mínimo de la columna. En general, el
aislamiento se logra si no se incluyen anclajes de espárragos de acero en la zona protegida y si la
losa está separada de todas las superficies de la columna por un espacio abierto o mediante el
uso de material comprimible similar a la espuma.

7.3. LÍMITES DE PRECALIFICACIÓN

1. Limitaciones del haz

Los límites de precalificación de SMF reflejan en gran medida el rango de pruebas anteriores de la
conexión de momento BFP. Los límites para las conexiones IMF superan un poco estos límites
porque 18 de las últimas 20 pruebas utilizadas para precalificar la conexión desarrollaron
rotaciones plásticas más grandes que las requeridas para calificar como conexión SMF, y las 20
pruebas superan con creces la rotación requerida para calificar como conexión IMF.

Las conexiones de momento BFP se han probado con vigas tan grandes como laW36×150 (W920×223)
mientras logra la ductilidad requerida para la calificación como SMF. En consecuencia, la profundidad del
haz W36 (W920), el límite de peso de 150 lb/ft (límite de masa de 223 kg/m) y el límite de peso de 1 pulg.
(25 mm) se adoptan límites de espesor de ala en esta disposición. Las pruebas anteriores han
demostrado una capacidad de rotación inelástica adecuada para calificar como SMF en pruebas con
relaciones de luz a canto inferiores a 5 y mayores de 16, por lo que se adoptan de manera conservadora
límites de relación de luz a canto de límite inferior de 7 y 9 para IMF y SMF aplicaciones, respectivamente.
Se espera una deformación inelástica para aproximadamente una profundidad de viga más allá del
extremo de la placa de ala, y se espera una fluencia limitada en la placa de ala. Como resultado, la zona
protegida se extiende desde la cara de la columna hasta una distancia igual al canto de la viga más allá
del perno más alejado de la cara de la columna.

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La rótula plástica primaria de la conexión de momento BFP ocurre bastante lejos de la cara de la
columna, y ocurrirá una deformación por torsión lateral a medida que se desarrolle una fluencia
extensiva en la conexión. Como resultado, se requiere un arriostramiento lateral de la viga al final de la
zona protegida. El arriostramiento se requiere dentro del intervalo entre 1 y 1,5 profundidades de viga
más allá de los pernos de brida más alejados de la cara de la columna. Esto permite cierta variación en la
ubicación del soporte lateral para permitir el uso económico de estructuras transversales para el soporte
lateral cuando sea posible. Al igual que con otras conexiones de pórticos resistentes a momento, el
arriostramiento lateral suplementario en la conexión del ala de la columna generalmente se puede
acomodar mediante la rigidez del diafragma y la estructura transversal.

En cuanto a otras conexiones precalificadas, la conexión de momento BFP requiere alas y almas
compactas según lo definido por el AISCDisposiciones sísmicas, y se permiten vigas armadas en forma de
I que cumplan con la Sección 2.3. Sin embargo, se debe tener en cuenta que el BFP y la mayoría de las
otras conexiones precalificadas no tienen datos de pruebas sísmicas específicas para documentar la
precalificación de secciones de vigas construidas. Esta precalificación se proporciona porque una larga
experiencia demuestra que las secciones de acero armado proporcionan un comportamiento a la flexión
similar a las formas laminadas en caliente con materiales y proporciones comparables.

2. Limitaciones de la columna

Las conexiones de momento BFP se han probado con columnas de ala ancha hastaW14×233 (W360
×347)secciones. Los límites de precalificación de SMF reflejan en gran medida el rango de pruebas
anteriores de la conexión de momento BFP. Las 20 pruebas se completaron con fuerte flexión del
eje de la columna, y la precalificación de las conexiones de momento BFP se limita a las
conexiones realizadas al ala de la columna.

Al igual que con la mayoría de las otras conexiones precalificadas, la conexión de momento BFP
no se ha probado con columnas de más profundidad que las secciones W14 (W360) o con
secciones de columnas armadas. El juicio del CPRP fue que la conexión de momento BFP impone
demandas similares o quizás menores a la columna que otras conexiones precalificadas. Las
demandas pueden ser menores debido al aumento del momento de endurecimiento por
deformación algo menor que se logra con la conexión de momento BFP en comparación con la
brida soldada con alma soldada y otras conexiones FR. La ubicación de la fluencia de la conexión
de momento BFP es algo análoga a la conexión RBS y, por lo tanto, los límites de precalificación
para la columna son comparables a los utilizados para la conexión RBS.

7.4. LIMITACIONES DE LA RELACIÓN COLUMNA-VIGA

Se espera que la conexión de momento BFP sostenga la fluencia primaria en la viga comenzando en la
última línea de pernos de la placa de ala lejos de la cara de la columna. Se espera una fluencia secundaria
en la zona del panel de la columna y una fluencia subsiguiente muy limitada en la placa de ala. Se
desaconseja encarecidamente la fluencia en la columna fuera de la zona del panel de conexión. Por lo
tanto, la conexión de momento BFP emplea una verificación de columna fuerte-viga débil y una
verificación de resistencia de zona de panel similares a las que se usan para otras conexiones
precalificadas.

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7.5. DETALLE DE CONEXIÓN

La conexión de momento BFP requiere placa de acero para la placa de ala, la placa de
corte y, posiblemente, las placas dobles de la zona del panel. Las pruebas anteriores
se han realizado con placas fabricadas con aceros ASTM A36/A36M y A572/A572M
Grado 50 (Grado 345). Por lo tanto, la precalificación se extiende a ambos tipos de
placas. El diseñador debe ser consciente de los peligros potenciales con la selección
del material para el diseño de la placa de brida. La placa de ala debe desarrollar una
resistencia a la fluencia por tracción sobre la sección bruta y una resistencia última a
la fractura por tracción sobre la sección neta efectiva. El acero A36/A36M tiene una
mayor separación del límite elástico nominal y la resistencia a la tracción mínima, y
esto puede simplificar la satisfacción de estos requisitos duales. Sin embargo, la
variación en el límite elástico esperado es mayor para el acero A36/A36M,

Las soldaduras de la placa de ala son soldaduras de taller, y estas soldaduras están sujetas a una potencial
fluencia secundaria causada por el endurecimiento por deformación en la ubicación primaria de fluencia en la
viga. Como resultado, se requiere que las soldaduras sean soldaduras de ranura de penetración completa en la
junta (CJP) de demanda crítica. Si se usa respaldo, se debe quitar y la soldadura se debe volver a entallar hasta
obtener un material en buen estado y volver a soldar para garantizar que la soldadura pueda soportar la fluencia
de la placa de brida. Debido a que las soldaduras son soldaduras de taller, es posible una libertad considerable en
la selección del proceso de soldadura, siempre que la soldadura terminada cumpla con los requisitos de
soldadura críticos de demanda estipulados en el AISC.Disposiciones sísmicas. En los especímenes de prueba
usados para precalificar esta conexión, se han usado electroescoria, arco de metal protegido con gas y soldadura
de arco con núcleo fundente.

La conexión de momento BFP impone exigencias algo menos severas a la conexión de alma que
la mayoría de las conexiones FR debido a la flexibilidad algo mayor de la conexión de brida
atornillada. Como resultado, la placa de corte se puede soldar con soldaduras de ranura CJP,
soldaduras de ranura de penetración parcial en la unión (PJP) o soldaduras de filete.

Los pernos en la placa de la brida están limitados a dos filas de pernos, y los orificios para los pernos se
deben hacer mediante taladrado o subpunzonado y escariado. Estos requisitos reflejan las pruebas
utilizadas para precalificar la conexión de momento BFP, pero también reflejan limitaciones prácticas en
el diseño de la conexión. La ruptura de la sección neta es una posibilidad clara en el ala de la viga y las
placas del ala, y es muy difícil cumplir con los criterios de ruptura de la sección neta si se emplean más de
dos filas de tornillos.

Una sola fila de pernos provoca una gran excentricidad en la conexión y daría lugar a una
conexión excesivamente larga. No se permiten orificios para pernos perforados sin escariar
porque el perforado puede inducir rugosidad en la superficie del orificio que puede iniciar el
agrietamiento de la sección neta bajo un alto esfuerzo de tracción. Como se indicó anteriormente,
la conexión está precalificada solo para pernos A490 o A490M con roscas excluidas del plano de
corte. El diámetro del perno está limitado a un máximo de 18pulg. (28 mm) porque rara vez se
usan pernos más grandes y el 18-(28 mm) de diámetro es el máximo utilizado en pruebas
anteriores de BFP. El diámetro del perno debe seleccionarse para garantizar que la fluencia del
ala sobre el área bruta exceda la capacidad de la sección neta del ala de la viga.

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Se incluyeron orificios para pernos de gran tamaño en algunas pruebas anteriores porque los orificios de gran
tamaño permiten una alineación más fácil de los pernos y la erección de la conexión y dieron como resultado un
buen rendimiento de la conexión. Además, la viga debe encajar entre dos placas de patín soldadas teniendo
plenamente en cuenta las tolerancias de laminación y fabricación. Como resultado, se pueden usar cuñas para
simplificar la erección mientras se asegura un ajuste de conexión apretado.

7.6. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

La conexión de momento BFP es algo más compleja que algunas otras conexiones, porque con
esta conexión se encuentra una mayor cantidad de ubicaciones de fluencia y modos de falla.Paso
1de este procedimiento define el momento máximo esperado,METROrelaciones públicas, en el último
perno alejado de la cara de la columna en la placa de ala. El ala de la viga debe tener una mayor
resistencia a la fractura de la sección neta que su resistencia a la fluencia porque la fluencia a la
tracción del ala es un mecanismo dúctil y la ruptura de la sección neta es una falla frágil.Paso 2
establece el diámetro máximo de perno que puede cumplir este criterio equilibrado. Si bien este
requisito es racional, se debe tener en cuenta que la ruptura de la sección neta del ala de la viga
no ha ocurrido en ninguna prueba BFP anterior, porque el alma de la viga reduce claramente
cualquier posibilidad de ruptura del ala.

La resistencia al corte de los pernos del ala es la resistencia más pequeña permitida en base al corte del
perno con las roscas excluidas del plano de corte, el apoyo del perno en la placa del ala, el apoyo del
perno en el ala de la viga y las consideraciones de corte del bloque.Paso 3proporciona esta evaluación.
Etapa 4es una evaluación aproximada del número de pernos necesarios para desarrollar la conexión de
momento BFP. El momento para los pernos es mayor queMETROrelaciones públicas
porque el centro de gravedad del grupo de tornillos está en una ubicación diferente a la ubicación de la bisagra
principal. Sin embargo, este momento no se puede determinar con precisión hasta que se establezca la geometría
de la placa de brida y el espaciado de los pernos. El factor 1,25 se utiliza como incremento empírico en este
momento para proporcionar esta estimación inicial del número de tornillos necesarios. Los pernos se aprietan
para cumplir con los criterios de deslizamiento crítico, pero la conexión no es de deslizamiento crítico: los pernos
están diseñados como pernos de apoyo.

una vez que se establece el número requerido de pernos, se puede establecer el espacio entre pernos y
una estimación inicial de la longitud de la placa de brida. Esta geometría se ilustra y resume en la Figura
7.1, yPaso 5define las dimensiones críticas de esta geometría para verificaciones de diseño posteriores.

Paso 6es similar a otros tipos de conexión en que la fuerza cortante en la rótula plástica se
basa en el cortante máximo logrado con los momentos máximos esperados en las rótulas
plásticas en ambos extremos de la viga más el cortante asociado con las cargas de
gravedad apropiadas en la viga.

Paso 7utiliza la geometría establecida enPaso 5y el esfuerzo cortante máximo establecido enPaso
6para determinar el momento máximo esperado en la cara del ala de la columna,METROF. La
fuerza máxima esperada en la placa de brida,Frelaciones públicas, se determina a partir deMETROFen
Paso 8.

Los pernos de la placa de brida no pueden experimentar una fuerza de tracción mayor queFrelaciones públicas,
entoncesPaso 9 comprueba el número real de tornillos necesarios en la conexión. Si este número es mayor

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9.2-206 Procedimiento de diseño [Com. 7.6.

o menor que la estimada enEtapa 4,puede ser necesario cambiar el número de

pernos y repetirPasos 5a través de9hasta lograr la convergencia.

Pasos 10y11verifique el ancho y el espesor de la placa del ala para asegurarse de que la resistencia a la
fluencia por tracción y la resistencia a la ruptura por tracción, respectivamente, excedan la fuerza de
tracción máxima esperada en el ala. El control de rotura de la sección neta dePaso 11emplea el factor de
resistencia no dúctil, mientras que el control de fluencia del ala dePaso 10emplea el factor de resistencia
dúctil; esta verificación también permite una fluencia limitada en la placa de brida y asegura la ductilidad
de la conexión.Paso 12comprueba el cortante de bloque del grupo de tornillos en la placa de brida, y
Paso 13comprueba la placa de ala para el pandeo, cuandoFrelaciones públicasestá en compresión. Tanto el
cortante de bloque como el pandeo de la placa de ala se tratan como comportamientos no dúctiles.

Paso 14es algo paralelo aPaso 6excepto que se establece la fuerza cortante de la viga en la cara
de la columna, y esta fuerza cortante se usa luego para dimensionar y diseñar la conexión de
placa de corte simple esPaso 15.

Las placas de continuidad y la resistencia al corte de la zona del panel se verifican enPasos 16y17,
respectivamente. Estas comprobaciones son comparables a las utilizadas para otras conexiones
precalificadas.

Como se señaló anteriormente, la conexión de momento BFP ha proporcionado una capacidad de

rotación inelástica bastante grande en investigaciones anteriores. Ha logrado esto mediante la obtención
de una fluencia primaria en la viga al final de la placa de ala lejos de la columna y a través de una fluencia
secundaria como fluencia por cortante en la zona del panel de la columna y fluencia por tracción en la
placa de ala. El deslizamiento de los pernos ocurre pero no contribuye en gran medida a la ductilidad de
la conexión. Este procedimiento de diseño bastante complejo intenta lograr estos objetivos equilibrando
las resistencias para diferentes mecanismos de fluencia y modos de falla en la conexión y empleando un
conservadurismo algo mayor para los comportamientos frágiles que para los comportamientos dúctiles.

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