Designbeispiel für AISC-Verbindungen
Designbeispiel für AISC-Verbindungen. Schubverbindungen zwischen I-förmigen Profilen gehören zu den häufigsten Verbindungen im Stahlbau. Zum Verständnis der erforderlichen Designprüfungen gemäß AISC 360, Dieser Artikel wird ein Designbeispiel verwenden, um sie zu erklären. Mit dieser Verbindungsart, wir kommen auch schnell zu den ergebnissen dieses beispiels durch den einsatz der SkyCiv-Verbindungsdesign Modul. Lesen Sie unbedingt den zusätzlichen Artikel auf Entwerfen einer Momentverbindung.
Die hier vorgestellten Berechnungen verwenden das zulässige Spannungsdesign (ASD) Methode. Wenn Sie mit dem Unterschied zwischen ASD und LRFD in der Tragwerksplanung nicht vertraut sind, stellen Sie sicher, dass schau dir unser Video an das erklären.
Designbeispiel für AISC-Verbindungen
Für dieses Beispiel, Wir werden die Tragfähigkeit einer Einzelplattenverbindung zwischen einem W16x50-Träger und einer W14x90-Stütze mit den unten gezeigten Abmessungen und Schrauben bewerten. Diese Verbindung muss in der Lage sein, die Strahlendreaktionen zu unterstützen.
Gegeben:
Service Level Loads & Material:
Reaktion von Eigenlast (RD) = 8.0 Kips
Reaktion von Live Load (RL) = 25.0 Kips
Plattenmaterial: ASTM A36, Fy = 36 KSI, Fu = 58 KSI
Träger- und Säulenmaterial: ASTM A992, Fy = 50 KSI, Fu = 65 KSI
Balken- und Säulengeometrie:
Strahl: B16x50; tw = 0.380 im, d = 16.3 im., t f = 0.630 im
Spalte: B14x90; tf = 0.710 im.
Scherplatte: 1/4 in dick; 4 1/2 in x 11 in den Abmessungen
Vorrichtungen (Schrauben und Schweißnähte):
(4) – 3/4-im.-ASTM A325-N-Schrauben mit Durchmesser in Standardlöchern
70-ksi-Elektrodenfilets
Lastberechnung:
LRFD:
Ultimative Reaktion (Ru) = 1.2(8.0 Kips) + 1.6(25.0 Kips) = 49.6 Kips
ASD:
Zulässige Reaktion (aus) = 8.0 Kips + 25 kips = 33.0 Kips
Verwenden der SkyCiv Connection Design-Software, Die verschiedenen Teile der Verbindung werden nun gemäß den Überprüfungen in Abschnitt J von AISC überprüft 360:
Web Plate Shear Yielding (B14x90)
Zulässige Scherkapazität:Zulässige Scherkapazität: Ω = 1.5
Rav = (0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 KSI) (0.25 im) 11.5 im / 1.5 ] = 41.4 Kips
Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
erforderliche Scherung, Rv = 33.0 Kips
Gesamtkapazität, Rav = 41.4 Kips
DCR = (33.0 / 41.4) = 0.797, in Ordnung
Stegplatte zum Flansch B14x90, Schweißfestigkeit
Festigkeit von Kehlnähten: Ω = 2.0
Schweißnahtgröße, t = 0.1875 im
Mein Name = 0.6 FEXX
Mein Name = 0.6 FEXX [ 1.0 + 0.5 sin ^ 1.5 θ ]
θ = der Winkel, den die Last mit der Schweißachse bildet
= 90, für quer belastete Schweißnähte
= 0, für in Längsrichtung belastete Schweißnähte
Festigkeit pro Größeneinheit der Schweißnaht:Festigkeit pro Größeneinheit der Schweißnaht:
Zulässige Schweißspannung, Faw = [ 0.6 (70) / 2.0 ] = 21 KSI
Querlänge, lt = 0 im
Längslänge, ll = 23 im
effektive Gesamtlänge, l = lt (1.5) + ll (1.0) = 0 (1.5) + 23 (1.0) = 23 im
(aus / t) = 483 Kips / im
Effektive Größe (Kehle) der Kehlnaht, ein:
0.707 = der Kosinus oder Sinus von 45 Grad
a = (0.707) t = 0.133 im
aus = (Ra / t) t = 483 (0.133 im) = 64.2 Kips
Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
erforderliche Last, R = 33.0 Kips
Gesamtkapazität, Ra = 64.2 Kips
DCR = (33.0 / 64.2) = 0.514, in Ordnung
Bahnplattenscherbruch (B16x50)
Zulässige Scherkapazität: Ω = 2.0
Berechnung der Nettotiefe:
Gesamtlänge des Bolzenlochs(s) = 0.875 im (4) = 3.5 im
Nettotiefe, dnet = 11.5 in - [ 0.875 im (4) ] = 8.0 im
Rav = (0.6 Fy anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (0.25 im) 8 im / 2.0 ] = 34.8 Kips
Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
erforderliche Scherung, Rv = 33.0 Kips
Gesamtkapazität, Rav = 34.8 Kips
DCR = (33.0 / 34.8) = 0.948, in Ordnung
Web Plate zu W16x50 Web, Blockscherfestigkeit blockieren
Blockscherfestigkeit: Ω = 2.0
(aus / Ω) = (Ubs Fu Ant / Ω) + Mindest [ 0.6 Fy Agv , 0.6 Fu Anv ] / Ω
Spannungsbruchkomponente: Ubs= 1,0 (gleichmäßige Spannung)
(Ubs Fu Ant / Ω) = [ 1.0 (58 KSI) (1.0625 im) (0.25 im) / 2.0 ] = 30.8 kips / in (0.25 im) = 7.7 Kips
Scherausgebende Komponente: 0.6 Fy Agv
(0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 KSI) (10.25 im) / 2.0 ] (0.25) = 110.7 kips / in (0.25 im) = 27.7 Kips
Scherbruchkomponente: 0.6 Fu Anv
(0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (7.1875 im) / 2.0 ] (0.25 im) = 125.1 kips / in (0.25 im) = 31.3 Kips
Gesamtblockscherkapazität:Gesamtblockscherkapazität:
(aus / Ω)= 7.7 Kips + Mindest [ 27.7 Kips , 31.3 Kips ] = 35.4 Kips
Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
erforderliche Scherung, Rv = 33.0 Kips
Gesamtkapazität, Rav = 35.4 Kips
DCR = (33.0 / 35.4) = 0.933, in Ordnung
Web Plate zu W16x50 Web, Designbeispiel für AISC-Verbindungen, Designbeispiel für AISC-Verbindungen
1. Scherfestigkeit der Schrauben: Ω = 2.0
Designbeispiel für AISC-Verbindungen 0.768 im
Nennscherfestigkeit, Fnv = 54 KSI
Nennscherfestigkeit (pro Schraube), Rnv = 0.6 Fnv Ab = 0.6 (54 KSI) 0.463 Designbeispiel für AISC-Verbindungen 25.0 Kips
(Rnv / Ω) = 12,5 Kips / Bolzen
2. Lagerfestigkeit von Standardschraubenlöchern: Ω = 2.0
(Ignorieren der Verformung der Schraubenlöcher bei Betriebslast)
Kantenabstand, das = 0.84 im
(klar)Abstand zum angrenzenden Loch, lc = 2.19 im
Da der Kantenabstand kleiner ist als der benachbarte Abstand zum nächsten Schraubenloch, Der Kantenabstand wird gesteuert:
(Rnb / Ω) = (1.2 lc t Fu / Ω) ≤ (2.4 d t Fu / Ω)
Für die äußere Schraube (herausreißen), lc = 0.84 im:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1,2 (0.84 im) 0.25 im (58 KSI) = 18.4 Kips
(Rnb / Ω) = 9.2 Kips
Für den inneren Bolzen (herausreißen), lc = 2.19 im:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (2.19 im) 0.25 im (58 KSI) = 47.6 Kips
(Rnb / Ω) = 23.8 Kips
Für das Gesamtlager (Bolzenlochverlängerung):
Rnb = 2.4 Designbeispiel für AISC-Verbindungen Fu = 2.4 (0.8125 im) 0.25 im (58 KSI) = 33.4 Kips
(Rnb / Ω) = 16.7 Kips
Das Lager kontrolliert seitdem die Bolzenscherung 9.2 Kips < 12.5 Kips
3. Kapazität der Bolzengruppe
Betrachtet man das Minimum unter: Bolzenscherkapazität, Lager und Einreißen in inneren und äußeren Schraubenlöchern.
ein). Kapazität der äußeren Schraube (wie oben festgelegt):
(äußere Schraube) , Rab = 9.2 Kips / Bolzen
b). Kapazität der inneren Schraube (wie oben festgelegt):
(innere Schraube) , Rab = 12.5 Kips / Bolzen
c). Kapazität der Schrauben als Gruppe: Summe der Kapazitäten a). und B).
Rab = 1 (9.2 Kips / Bolzen) + 3 (12.5 Kips / Bolzen) = 46.7 Kips
Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
erforderliche Scherung, R = 33.0 Kips
Gesamtkapazität, Rab = 46.7 Kips
DCR = (33.0 / 46.7) = 0.707, in Ordnung
Scherbruch des Bahnelements (B16x50)
Zulässige Scherkapazität: Ω = 2.0
Berechnung der Nettotiefe:Berechnung der Nettotiefe:
Gesamtlänge des Bolzenlochs(s) = 0.875 im (4) = 3.5 im
Nettotiefe, dnet = 16,3 - [ 0.875 im (4) ] = 12.8 im
Rav = (0.6 Fy anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (0.38 im) 12.8 / 2.0 ] = 84.6 Kips
Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
erforderliche Scherung, Rv = 33.0 Kips
Gesamtkapazität, Rav = 84.6 Kips
DCR = (33.0 / 84.6) = 0.390, in Ordnung
Webelement, Scher- und Lagerprüfung der Schraubengruppe
1. Scherfestigkeit der Schrauben: Ω = 2.0
Designbeispiel für AISC-Verbindungen 0.768 im
Nennscherfestigkeit, Fnv = 54 KSI
Nennscherfestigkeit (pro Schraube), Rnv = 0.6 Fnv Ab = 0.6 (54 KSI) 0.463 Designbeispiel für AISC-Verbindungen 25.0 Kips
(Rnv / Ω) = 12,5 Kips
2. Lagerfestigkeit von Standardschraubenlöchern: Ω = 2.0
(Ignorieren der Verformung der Schraubenlöcher bei Betriebslast)
Kantenabstand, das = 0.84 im
(klar) Abstand zum angrenzenden Loch, lc = 2.19 im
Da der Kantenabstand kleiner ist als der benachbarte Abstand zum nächsten Schraubenloch, Der Kantenabstand wird gesteuert.
(Rnb / Ω) = (1.2 lc t Fu / Ω) ≤ (2.4 d t Fu / Ω)
Für die äußere Schraube (herausreißen), lc = 0.84 im:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2(0.84 im) 0.38 im (58 KSI) = 27.9 Kips
(Rnb / Ω) = 13.9 Kips
Für den inneren Bolzen (herausreißen), lc = 2.19 im:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (2.19 im) 0.38 im (58 KSI) = 72.3 Kips
(Rnb / Ω) = 36.2 Kips
Für das Gesamtlager (Bolzenlochverlängerung):
Rnb = 2.4 Designbeispiel für AISC-Verbindungen Fu = 2.4 (0.8125 im) 0.38 im (58 kksi) = 50.8 Kips
(Rnb / Ω) = 25.4 Kips
Die Bolzenscherung kontrolliert seitdem das Lager 12.5 Kips < 13.9 Kips
3. Kapazität der Bolzengruppe
Betrachtet man das Minimum unter: Bolzenscherkapazität, Lager und Einreißen in inneren und äußeren Schraubenlöchern.
ein). Kapazität der äußeren Schraube (wie oben festgelegt):
(äußere Schraube), Rab = 12.5 Kips / Bolzen
b). Kapazität der inneren Schraube (wie oben festgelegt):
(innere Schraube), Rab = 12.5 Kips / Bolzen
c). Kapazität der Schrauben als Gruppe: Summe der Kapazitäten a). und B)
Rab = 12.5 Kips + 3(12.5 Kips) = 50.0 Kips
Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
erforderliche Scherung, R = 33.0 Kips
Gesamtkapazität, Rab = 50.0 Kips
DCR = (33.0 / 50.0) = 0.660, in Ordnung
Alternative, wenn Sie bereits ein erfahrener Ingenieur sind und mit dem Konstruktionsprozess für eine einfache Scherverbindung vertraut sind, Der Prozess kann erheblich verkürzt werden, dank der im AISC angebotenen Designtabellen 360 Konstruktionshandbuch:
Bolzenschere, Schweißschere, und Bolzenlager, Scherausbeute, Scherbruch, und Blockscherbruch der Platte
Versuchen Sie es mit vier Schraubenreihen, 1/4-im. Plattendicke, und 3/16-in. Kehlnahtgröße.
Aus dem AISC-Handbuch Tabelle 10-10a:
LRFD
Rn = 52.2 Kips > 49.6 Kips, in Ordnung
ASD
R.n = 34.8 Kips > 33.0 kips = Ra, in Ordnung
Bolzenlager für Trägerbahn
Blockscherbruch, Scherfestigkeit und Scherbruch werden für einen nicht bewältigten Abschnitt nicht kontrolliert.
Aus der AISC-Handbuchtabelle 10-1, für einen nicht bewältigten Abschnitt, Die verfügbare Stärke der Balkenbahn beträgt:
LRFD
R.n = 351 kips / in. (0.380 im.) = 133 Kips > 49.6 kips = Ru, in Ordnung
ASD
R.n = 234 kips / in. (0.380 im.) = 88.9 Kips > 33.0 kips = Ra, in Ordnung
Designbeispiel für AISC-Verbindungen (Die PDF-Version finden Sie hier: ASD Connection Design Report.pdf ). Ähnlich, Das LRFD-Versionsbeispiel finden Sie unter diesem Link: LRFD Connection Design.pdf.
VERWEISE:
AISC 360 Spezifikation Baustahlgebäude
AISC-Entwurfsbeispiele v14.1 (BEISPIEL II.A-17, Seiten IIA-60 bis 61)
SkyCiv Connection Design Software: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/
