Wenn Sie unseren vorherigen Artikel gelesen haben, AISC 360: Scherverbindungsdesign, Sie hätten ein gutes Gespür dafür, wie einfache Verbindungen unter der AISC . gestaltet sind 360. Während Schubverbindungen üblich sind, Sie stellen nicht die gleiche Designherausforderung wie Momentverbindungen. In diesem Artikel, Wir verwenden eine Beispielmomentverbindung zwischen zwei I-förmigen Elementen, um die verschiedenen Bemessungskriterien durchzugehen, die erfüllt werden müssen. Mit dieser Verbindungsart, wir kommen auch schnell zu den ergebnissen dieses beispiels durch den einsatz der SkyCiv-Verbindungsdesign Modul.

Ähnlich dem Schubverbindungsbeispiel, die hier vorgestellten Berechnungen verwenden den zulässigen Spannungsentwurf (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.

In diesem Beispiel, Wir werden die Kapazität eines geschraubten Flansch-plattierten Fully-Retraineds evaluieren (NS) Momentenverbindung zwischen einem W18x50-Träger und einer W14x99-Stütze mit den Abmessungen, Schweißnähte, und Lasten unten gezeigt. Diese Verbindung muss nicht nur die vertikalen Reaktionen am Balkenende, sondern auch die entwickelten Endmomente aufnehmen können. Sie werden feststellen, dass der Hauptunterschied in der Verbindung der Trägerflansche an der Tragsäule liegt (Flansch).

Gegeben:

Service Level Loads & Material:

Vertikale Scherung durch Eigenlast (VD) = 7.0 Kips
Vertikale Scherung durch Nutzlast (VL) = 21.0 Kips

Moment von Dead Load (MD) = 42.0 kip-ft
Moment von Live Load (ML) = 126.0 kip-ft

Plattenmaterial: ASTM A36, Fy = 36 KSI, Fu = 58 KSI
Träger- und Säulenmaterial: ASTM A992, Fy = 50 KSI, Fu = 65 KSI

Balken- und Säulengeometrie:

Strahl: B18x50; bf = 7.50 im, tf = 0.570 im, d = 18.0 im, tw = 0.355 im, Sx = 88.9 in^3
Spalte: B14x99; bf = 14.6 im, tf = 0.780 im, d = 14.2 im, tw = 0.485 im, kdes = 1.38 im
Flanschplatte: 3/4 in dick; 7.0 in x 12.5 in den Abmessungen
Stegplatte: 3/8 in dick; 5.0 in x 9.0 in den Abmessungen

Vorrichtungen (Schrauben und Schweißnähte):
Flansch: (8) – 7/8-im.-ASTM A325-N-Schrauben mit Durchmesser in Standardlöchern
Stegplatte: (3) – 7/8-im.-ASTM A325-N-Schrauben mit Durchmesser in Standardlöchern

70-ksi-Elektrodenfilets

Lastberechnungen:

LRFD Ladungen (Nur Referenz):

Ultimative vertikale Reaktion (R._u) = 1.2 (7.0 Kips) + 1.6 (21.0 Kips) = 42.0 Kips
Ultimativer Moment (M._u) = 1.2 (42.0 kip-ft) + 1.6 (126.0 kip-ft) = 252.0 kip-ft

ASD Ladungen:

Zulässige vertikale Reaktion (R._ein) = 7.0 Kips + 21 kips = 28.0 Kips
Zulässiger Moment (M._ein) = 42.0 kip-ft + 126 kip-ft = 168.0 kip-ft

Lösung basierend auf der SkyCiv Connection Design Software:
ERRATUM: Die Flanschplattenbreite in diesem Beispiel war 7.0 im aber die in den Berechnungen verwendete Breite ist 7.50 im, daher der Unterschied in den Werten.

 

Flanschplatte zu W14x99 Flansch, Schweißfestigkeit
Festigkeit von Kehlnähten, Ω = 2.0
Schweißnahtgröße, t = 0.375 im, F._nw = 0.6 F._EXX
F._nw = 0.6 F._EXX [ 1.0 + 0.5 ohne^1.5 (θ) ]
Wo, θ = der Winkel, den die Last mit der Schweißnahtachse bildet
= 90, für quer belastete Schweißnähte
= 0, für in Längsrichtung belastete Schweißnähte

Festigkeit pro Größeneinheit der Schweißnaht:
Zulässige Schweißspannung, F._aw = 0.6 (70KSI) / 2.0 = 21 KSI
Querlänge, l_t = 7 im
Längslänge, l_l = 0 im
effektive Gesamtlänge, l = l_t (1.5) + l_l (1.0) =10,5 Zoll
(R._ein / t) = 220.5 Kips / im

Effektive Größe (Kehle) der Kehlnaht, ein:
0.707 = Kosinus oder Sinus von 45 Grad
a = (0.707) t = 0.265 im

R._ein = (R._ein / t) t = 220.50 (0.265 im) 2 = 116.9 Kips
Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
erforderliche Last, R = 107.5 Kips
Gesamtkapazität, R._ein = 116.9 Kips
DCR = (107.5 / 116.9) = 0.919, in Ordnung

 

Spalte Lokale Prüfungen

Flanschkraft, P._von = [ 168.0 kips-ft (12 in/ft) ] / (18.0 im + 0.75im) = 107.5 Kips

• Lokaler Webertrag, Ω = 1.5
  R._n / Ω = [ F._ist t_f (5k + l_b) ] / Ω = 50ksi (0.485im) [ 5(1.38im) + 0.75im ] / 1.5 = 123.7 Kips
  Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
  Flanschkraft, P._von =107,5 Schläge
  Gesamtkapazität, R._ein=123,7 Schläge
  DCR = (107.5 / 123.7) = 0.869, in Ordnung

• Flansch lokales Biegen, Ω = 1.67
  R._n / Ω = [ 6.25 F._und t_f² ] / Ω = [ 6.25 (50KSI) (0.78im)² ] / 1.67 = 113.8 Kips
  Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
  Flanschkraft, P._von = 107.5 Kips
  Gesamtkapazität, R._ein= 113.8 Kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.944, in Ordnung

• Lokale Verkrüppelung im Web, Ω = 2.0
  R._n / Ω = 0.8 t_w² [ 1 + 3 ( l_b / d ) ( t_w / t_f )^1.5 ] ( E. F._und t_f / t_w)^0.5 / Ω
  = 0.8 (0.485im)² [ 1 + 3 (0.05) (0.62)^1.5 ] [ (29000KSI) (50KSI) (0.485im) / 0.78im ] ^0.5 / 2.0
  = 154.8 Kips
  Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
  Flanschkraft, P._von = 107.5 Kips
  Gesamtkapazität, R._ein= 154.8 Kips
  DCR = (107.5 / 154.8) = 0.694, in Ordnung

• Web-Kompressionsknicken, Ω = 1.67
  R._n / Ω = [ 24 t_w³ ( E F_und )^0.5 / h ] / Ω
  = 24 (0.485im)³ [ (29000KSI) (50KSI) ] ^0.5 ] / 14.2im (1.67)
  = 139.0 Kips
  Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
  Flanschkraft, P._von = 107.5 Kips
  Gesamtkapazität, R._ein= 139.0 Kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.773, in Ordnung

 

W18x50 Flansch, Nachgiebigkeit der Flanschplatte
Stärke des Elements in Spannung, Ω = 1.67

R._n / Sie stellen nicht die gleiche Designherausforderung wie Momentverbindungen_und Ein_G / Ω = (36KSI) (7.5im) (0.75im) / 1.67 = 121.3 Kips

Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
Flanschkraft, P._von = 107.5 Kips
Gesamtkapazität, R._ein= 121.3 Kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, in Ordnung

 

W18x50 Flansch, Nachgiebigkeit der Flanschplatte
Stärke des Elements in Kompression, Ω = 1.67

R._n / Sie stellen nicht die gleiche Designherausforderung wie Momentverbindungen_und Ein_G / Ω = (36KSI) (7.5im) (0.75im) / 1.67 = 121.3 Kips

Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
Flanschkraft, P._von = 107.5 Kips
Gesamtkapazität, R._ein= 121.3 Kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, in Ordnung

 

W18x50 Flansch, Flanschplattenzugbruch
Stärke des Elements im Bruch, Ω = 2.0
Scherverzögerungsfaktor, U. aus AISC-Spezifikationstabelle D3.1: 1.0

R._n / Sie stellen nicht die gleiche Designherausforderung wie Momentverbindungen_u Ein_e / Ω = (58KSI) [ 7.5im – 2 (1im) ] (0.75im) (1.0) / 2.0 = 119.6 Kips

Auslegungskapazitätsverhältnis, DCR:
Flanschkraft, P._von = 107.5 Kips
Gesamtkapazität, R._ein= 119.6 Kips
DCR = (107.5 / 119.6) = 0.899, in Ordnung

 

Übersichtstabelle aller Ergebnisprüfungen
Nachfolgend finden Sie die Übersichtstabelle des SkyCiv-Verbindungsdesignmoduls mit allen erforderlichen Designprüfungen, die für diese Verbindung durchgeführt wurden. Nicht alle dieser Schecks wurden in diesem Artikel gezeigt, aber sie sind als PDF verfügbar, das Sie hier herunterladen können: Anschluss-Design-Bericht-BEISPIEL II.B-1-ASD

Ähnlich, Das LRFD-Versionsbeispiel finden Sie unter diesem Link: Anschluss-Design-Bericht-BEISPIEL II.B-1-LRFD

Verweise

• AISC 360 Spezifikation Baustahlgebäude
• AISC-Entwurfsbeispiele v14.1 (BEISPIEL II.B-1, Seiten IIB-2 bis 13)
• SkyCiv Connection Design Software: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/