Design der Scherendplattenverbindung

Design der Schubendplattenverbindung nach AISC 360 deckt zwei Seiten einer Platte ab. Am Balken, Sie überprüfen die Kehlnähte, die das Blech mit dem Trägersteg verbinden, und den Trägersteg selbst unter Scherung. Beim Support, Sie überprüfen die Bolzenscherung, Bolzenlager und Ausreißer an der Endplatte und dem Säulenflansch, Blockschere, Schernachgeben und Bruch der Platte, Plattenbiegung, und Scher- und Momentwechselwirkung. Grenzen der Detailtiefe, Abstand, Randabstand und Stärke gelten beidseitig.

Diese Seite ist von Anfang bis Ende ein echtes Beispiel: Ein W18x50-Trägerrahmen in den Flansch einer W14x90-Säule mit a 150 kip LRFD-Reaktion. Die Verbindung ist a 5/16 in x 8 1/2 in x 15 in A36-Endplatte, mit dem Trägersteg verschweißt 1/4 beidseitig gestemmt und mit zehn an der Säule verschraubt 3/4 in A325-N-Schrauben in zwei Fünferspalten. Das Design ist AISC 360-16 und das AISC-Handbuch, 15. Auflage. Jede Gleichung wird mit ihren Zahlen ausgeschrieben, in der gleichen Reihenfolge wie im AISC-Berechnungsblatt SkyCiv-Verbindungsdesign Modul erzeugt für diese Verbindung.

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Was ist eine Schubendplattenverbindung??

Bei einer Schubendplattenverbindung handelt es sich um eine einzelne Platte, die werkseitig rechtwinklig an das Ende des Trägerstegs geschweißt und vor Ort mit der Stütze verschraubt wird. Die Platte passt in den flachen Teil des Trägerstegs, mit einer Bolzensäule auf jeder Seite des Stegs. Es trägt den Endschub des Trägers und ist eine einfache Verbindung unter AISC 360-16 B3.4. Die Platte ist dünn gehalten, damit sie sich bei der Drehung des Balkenendes biegen kann, was den Moment aus der Unterstützung heraushält.

Es unterscheidet sich von einer Momentendplatte. Ein Moment Verbindung B. eine bündige oder verlängerte Endplatte, schweißt die Platte auch an die Trägerflansche und verwendet eine viel dickere Platte. Eine Schubendplatte ist nur mit dem Steg verschweißt. Es ist eine Art von Scherverbindung, neben dem Einzelplatte (Scherlasche) Verbindung, bleibt die Doppelwinkelanschluss und das Einzelwinkelverbindung. Sie können dieses Beispiel direkt im überprüfen Endplattenverbindungsrechner.

Höhe der Beispielverbindung. Die Endplatte wird in der Werkstatt an den Trägersteg geschweißt und vor Ort mit dem Stützenflansch verschraubt.

Abschnitt A-A. Zwei Säulen mit je fünf Bolzen an einem 5 1/2 im Messgerät, mit 1 1/2 in Randabständen rund um die Platte.

Wie konstruieren Sie eine Schubendplattenverbindung?? Die Schritte auf einen Blick

1. Überprüfen Sie die Detaillierungsgrenze auf der Trägerseite: die minimale Plattentiefe.
2. Überprüfen Sie die Kehlnähte von der Endplatte bis zum Trägersteg.
3. Überprüfen Sie den Balkensteg auf Scherfestigkeit.
4. Überprüfen Sie die Detaillierungsgrenzen auf der Trägerseite: Abstand, Randabstände und Spurweite.
5. Überprüfen Sie die Schraubengruppe auf Scherung.
6. Bolzenlager und Ausriss an der Endplatte prüfen.
7. Bolzenlager und Ausriss am Säulenflansch prüfen.
8. Schere kombinieren, Lager und Ausreißer pro Bolzen für die effektive Gruppenfestigkeit.
9. Blockscherung der Endplatte prüfen.
10. Überprüfen Sie die Schubnachgiebigkeit und den Scherbruch der Endplatte.
11. Überprüfen Sie die Biegung der Endplatte mit dem Doppelkoppenverfahren.
12. Überprüfen Sie die Scher- und Momentwechselwirkung der Endplatte.

Designeingaben für dieses Beispiel

Der Designcode ist AISC 360-16 LRFD. Abschnittseigenschaften stammen aus dem AISC-Handbuch.

 

 

Die Plattenabmessungen ergeben sich aus der Zeichnung. Die Breite beträgt die zwei 1.5 in Randabständen zuzüglich der 5.5 im Messgerät, 8.5 im. Die Tiefe ist das Zweite 1.5 in Randabständen plus vier 3 in Räumen, 15 im.

Schritt 1: Detaillierungsgrenze an der Trägerseite

Die Endplatte muss tief genug sein, um das Trägerende gegen Drehung um die eigene Achse zu sichern und den Schweißnähten genügend Länge zu geben. Das Minimum ist die Hälfte der T-Abmessung des Trägers, also für ein W18x50 mit T = 15.5 darin ist 7.75 im.

[math] DCR = \frac{d}{c} = \frac{(7.75)}{(15)} = 0.51667 [math]

DCR = 0.517 < 1.0, in Ordnung

Schritt 2: Kehlnaht von der Endplatte zum Trägersteg (AISC 360-16 J2.4)

Die gesamte Reaktion gelangt vom Trägersteg über die beiden Kehlnähte in die Endplatte, eine auf jeder Seite des Webs. Ihre Stärke hängt von Größe und Länge ab, und das Grundmetall auf beiden Seiten der Schweißnaht kann den Anteil der Schweißnahtgröße einschränken.

Grundmetallbeschränkung für die Schweißnahtgröße (AISC-Handbuch Gl. 9-2)

Dies ist die größte Schweißnahtgröße, in Sechzehntel Zoll, dass die verbundenen Teile tragen können. Hinter jeder Schweißnaht befindet sich die vollständige Endplatte, aber der Trägersteg trägt auf beiden Seiten eine Schweißnaht, Somit steht für jede Schweißnaht nur die halbe Stegdicke zur Verfügung. Mit [mathin] t_{p} = 0.3125\,in [mathin], [mathin] F_{up} = 58\,ksi [mathin], [mathin] t_{wb} = 0.355\,in [mathin] und [mathin] F_{ub} = 65\,ksi [mathin]:

[math] D_{max} = \frac{t_{p} F_{up} \le \frac{t_{wb}}{2} F_{ub}}{3.09\,kip/in \times F_{EXX}/F_{E70XX}} [math]

[math] D_{max} = \frac{(0.3125\,in) \times (58\,ksi) \le (0.1775\,in) \times (65\,ksi)}{(3.09\,kip/in) \times (1)} [math]

[math] D_{max} = 3.7338 [math]

Die Balkenstegseite ergibt den kleineren Wert, also nur 3.7338/16 im, um 0.233 im, des 1/4 in der Schweißnaht kann gezählt werden.

Effektive Schweißnahtlänge

Die Schweißnaht kann nur entlang des flachen Teils der Bahn verlaufen, Daher ist seine Länge das kleinste der Plattentiefe, das T-Maß des Balkens, und die Balkentiefe abzüglich der Ausklink- oder Kdet-Zone oben und unten. Es gibt keine Bewältigung, also das kdet von 1.25 in gilt an jedem Ende. Jede der beiden Schweißlinien wird dann für die Endrückläufe um 2 W reduziert. Mit [mathin] W = 0.25\,in [mathin], [mathin] d_{p} = 15\,in [mathin], [mathin] T_{bm} = 15.5\,in [mathin], [mathin] d_{bm} = 18\,in [mathin] und [mathin] k_{det,bm} = 1.25\,in [mathin]:

[math] L_{w} = 2 \left[ \min\left( d_{p},\, T_{bm},\, d_{bm} – \max\left(D_{ct}, k_{det,bm}\right) – \max\left(D_{cb}, k_{det,bm}\right) \right) – 2W \right] [math]

[math] L_{w} = 2 \times \left[ \min\left( (15\,in),\, (15.5\,in),\, (18\,in) – \max\left((0\,in), (1.25\,in)\right) – \max\left((0\,in), (1.25\,in)\right) \right) – 2 \times (0.25\,in) \right] [math]

[math] L_{w} = 29\,in [math]

Schweißfestigkeit

Die Belastung verläuft parallel zu den Schweißnähten, Also [mathin] \theta = 0 [mathin] und es gibt keinen Richtungsanstieg. Mit [mathin] F_{EXX} = 70\,ksi [mathin] und [mathin] \phi = 0.75 [mathin]:

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX} \frac{\sqrt{2}}{2} \left( W \le \frac{D_{max}}{16} \right) \left[ 1 + 0.5 \left( \sin\theta \right)^{1.5} \right] L_{w} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times 0.6 \times (70\,ksi) \times \frac{\sqrt{2}}{2} \times \left( (0.25\,in) \le \frac{(3.7338)}{(16)} \right) \times \left[ 1 + 0.5 \times (\sin(0))^{1.5} \right] \times (29\,in) [math]

[math] \phi R_{n} = 150.74\,kip [math]

DCR = 150 kip / 150.74 kip = 0.995 < 1.0, in Ordnung

Dies ist die maßgebliche Prüfung. Die Schweißnaht reicht gerade noch aus, und es zu vergrößern würde nicht helfen, weil die 0.355 Im Balkensteg schränkt sich die nutzbare Größe bereits ein 0.233 im.

Schritt 3: Balkensteg in Scherstreckung (AISC 360-16 J4.2)

Die Reaktion wandert entlang der Trägerbahn in die Schweißnähte, Daher muss die Bahn selbst die volle Scherung tragen, ohne nachzugeben. Der Balken ist nicht bewältigt, so wirkt die volle Tiefe des Strahls.

[math] A_{gv} = d_{bm}\, t_{wb} = (18\,in) \times (0.355\,in) = 6.39\,in^{2} [math]

Mit [mathin] F_{yb} = 50\,ksi [mathin] und [mathin] \phi = 1 [mathin]:

[math] \phi R_{n,sy} = \phi\, 0.6\, F_{yb} A_{gv} = (1) \times 0.6 \times (50\,ksi) \times (6.39\,in^{2}) = 191.7\,kip [math]

DCR = 150 kip / 191.7 kip = 0.782 < 1.0, in Ordnung

Schritt 4: Detaillierungsgrenzen auf der Trägerseite (AISC 360-16 J3.3, J3.4, J3.5)

Die Schraubenanordnung muss baubar sein und den Annahmen hinter den Festigkeitsgleichungen entsprechen. Zu enge Schrauben reißen zwischen den Löchern, Zu enge Kanten reißen aus, und das Messgerät muss Platz für den Balkensteg lassen, die Schweißnähte und die Schraubenköpfe.

Für ein 3/4 Im Bolzen beträgt der Mindestabstand [mathin] 2\tfrac{2}{3} d_{b} = 2\,in [mathin] (J3.3) und der minimale Randabstand beträgt 1 im (Tabelle J3.4). Die Endplatte hat horizontale kurze Schlitze, und sein horizontaler Randabstand wird vom Ende des Schlitzes gemessen, also die Tabelle J3.5 Inkrement von 1/8 in erhöht sein Minimum auf 1.125 im. Am Säulenflansch, Der horizontale Randabstand ist der Rest des Flansches außerhalb der Schrauben, [mathin] (b_{fs} – g_{s})/2 = (14.5 – 5.5)/2 = 4.5\,in [mathin].

Bei einem Mindestgrenzwert ist das Verhältnis Grenzwert zu Ist, und für ein Maximum liegt die tatsächliche Überschreitung des Grenzwerts vor. Die maßgebende Reihe ist das minimale Schraubenmaß am Träger:

[math] DCR = \frac{d}{c} = \frac{(4.375)}{(5.5)} = 0.79545 [math]

DCR = 0.795 < 1.0, in Ordnung

Schritt 5: Schraubengruppenscherung an der Auflagerseite (AISC 360-16 J3.6)

Die Bolzen sitzen an der Vorderseite der Säule, im Einklang mit der Reaktion, und die beiden Bolzensäulen sind symmetrisch zum Trägersteg. Die Schraubengruppe trägt also reine Scherung ohne Exzentrizität, und jeder Bolzen benötigt den gleichen Anteil.

Wo [mathin] \phi = 0.75 [mathin], [mathin] F_{nv} = 54\,ksi [mathin], [mathin] d_{b} = 0.75\,in [mathin], [mathin] N_{s} = 1 [mathin], [mathin] N_{V} = 10 [mathin] und [mathin] h_{f} = 1 [mathin] weil es keine Füllstoffe gibt (J5.2(ein)):

[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{nv}\, \frac{\pi}{4} \left( d_{b} \right)^{2} N_{s}\, N_{V}\, h_{f} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times (54\,ksi) \times \frac{\pi}{4} \times \left( (0.75\,in) \right)^{2} \times (1) \times (10) \times (1) [math]

[math] \phi R_{n} = 178.92\,kip [math]

DCR = 150 kip / 178.92 kip = 0.838 < 1.0, in Ordnung

Schritt 6: Bolzenlager und Ausreißer an der Endplatte (AISC 360-16 J3.10)

Jeder Bolzen stützt sich am Rand seines Lochs in der Endplatte ab. Entweder verformt sich die Platte am Loch (Lager, begrenzt auf 2.4 d t Fu) oder reißt einen Streifen bis zum nächsten Loch oder bis zum Ende der Platte heraus (herausreißen, 1.2 lc t Fu). Der Bolzen, der dem Ende der Platte am nächsten liegt, hat den kürzesten lichten Abstand, also ist es der Schwache.

Die Schlitze verlaufen horizontal und die Belastung erfolgt vertikal, Daher ist das Lochmaß über die Länge des Elements der Standard [mathin] d_{h} = 0.8125\,in [mathin]. Freier Abstand für den Randbolzen, mit [mathin] L_{ev} = 1.5\,in [mathin]:

[math] l_{c1} = L_{ev} – \frac{d_{h}}{2} = (1.5\,in) – \frac{(0.8125\,in)}{2} = 1.0938\,in [math]

Lichter Abstand zwischen den Schrauben, mit [mathin] s_{r} = 3\,in [mathin]:

[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = (3\,in) – (0.8125\,in) = 2.1875\,in [math]

Wo [mathin] t_{p} = 0.3125\,in [mathin], [mathin] F_{up} = 58\,ksi [mathin], [mathin] N_{V} = 10 [mathin], [mathin] n_{r} = 5 [mathin] und [mathin] \phi = 0.75 [mathin]. Die Halterung besteht aus einer Reihe von fünf Schrauben, und der Faktor N_V / n_r = 2 zählt beide Zeilen:

[math] \phi R_{n,tearout} = \phi \left[ \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} + \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} \left( n_{r} – 1 \right) \right] \left( \frac{N_{V}}{n_{r}} \right) [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = (0.75) \times \left[ \min\left(1.2 \times (1.0938\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.3125\,in) \times (58\,ksi) + \min\left(1.2 \times (2.1875\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.3125\,in) \times (58\,ksi) \times \left( (5) – 1 \right) \right] \times \left( \frac{(10)}{(5)} \right) [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = 231.43\,kip [math]

DCR = 150 kip / 231.43 kip = 0.648 < 1.0, in Ordnung

Das Ausreißen regelt den Randbolzen, Weil 1.2 lc1 ist kleiner als 2.4 db. Die inneren Bolzen sind durch Lager abgedeckt.

Schritt 7: Bolzenlager und Ausreißer am Säulenflansch (AISC 360-16 J3.10)

Die gleiche Prüfung gilt für den Stützenflansch. Die Bolzen befinden sich in der Mitte einer hohen Säule, ohne Kante darüber oder darunter, Jeder Bolzen trägt also wie ein Innenbolzen.

[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = (3\,in) – (0.8125\,in) = 2.1875\,in [math]

Wo [mathin] t_{fs} = 0.71\,in [mathin], [mathin] F_{us} = 65\,ksi [mathin] und [mathin] N_{V} = 10 [mathin]:

[math] \phi R_{n,tearout} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{fs} F_{us}\, N_{V} [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = (0.75) \times \min\left(1.2 \times (2.1875\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.71\,in) \times (65\,ksi) \times (10) [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = 623.03\,kip [math]

DCR = 150 kip / 623.03 kip = 0.241 < 1.0, in Ordnung

Mit der 0.71 Der Säulenflansch ist mehr als doppelt so dick wie die Endplatte, Daher ist die Abstützung an der Säule bei einer dünnen Schubendplatte selten ein Problem.

Schritt 8: Effektive Stärke der Schraubengruppe (AISC 360-16 J3.6 Kommentar)

Bolzenscherung, Lager und Abriss sind keine wirklich getrennten Prüfungen. Jeder Bolzen weist in jeder Lage, durch die er verläuft, die geringste Scherfestigkeit und Trag- bzw. Ausreißfestigkeit auf, und die Gruppenstärke ist die Summe dieser Werte pro Bolzen.

Festigkeit einer Schraube im Einzelschnitt:

[math] \phi r_{v} = \frac{\phi R_{n}}{N_{V}} = \frac{(178.92\,kip)}{(10)} = 17.892\,kip [math]

Lagerung und Abriss einer Schraube an der Endplatte, für den Randbolzen und einen Innenbolzen:

[math] \phi r_{n1e} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} = (0.75) \times \min\left(1.2 \times (1.0938\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.3125\,in) \times (58\,ksi) = 17.842\,kip [math]

[math] \phi r_{n1i} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} = (0.75) \times \min\left(1.2 \times (2.1875\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.3125\,in) \times (58\,ksi) = 24.469\,kip [math]

Lagerung einer Schraube am Säulenflansch:

[math] \phi r_{n2} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{fs} F_{us} = (0.75) \times \min\left(1.2 \times (2.1875\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.71\,in) \times (65\,ksi) = 62.303\,kip [math]

Die Schrauben werden von oben in jeder Zeile nummeriert, und der Bericht geht durch 5 als Randbolzen. Die Abstände zwischen Ober- und Unterkante betragen beide 1.5 im, also hat der Kantenbolzen das gleiche 1.0938 in klarer Entfernung, egal an welchem ​​Ende es sich befindet:

[math] \phi r_{eff,1} = \min\left( \phi r_{v},\, \phi r_{n1i},\, \phi r_{n2} \right) = \min\left( (17.892\,kip),\, (24.469\,kip),\, (62.303\,kip) \right) = 17.892\,kip [math]

[math] \phi r_{eff,2} = \min\left( \phi r_{v},\, \phi r_{n1e},\, \phi r_{n2} \right) = \min\left( (17.892\,kip),\, (17.842\,kip),\, (62.303\,kip) \right) = 17.842\,kip [math]

Summe über eine Zeile, mit [mathin] n_{1} = 4 [mathin] Schrauben am inneren Wert und [mathin] n_{2} = 1 [mathin] am Randwert:

[math] \sum \phi r_{eff} = n_{1}\, \phi r_{eff,1} + n_{2}\, \phi r_{eff,2} = (4) \times (17.892\,kip) + (1) \times (17.842\,kip) = 89.411\,kip [math]

[math] \phi R_{n,eff} = \left( \frac{N_{V}}{n_{r}} \right) \sum \phi r_{eff} = \left( \frac{(10)}{(5)} \right) \times (89.411\,kip) = 178.82\,kip [math]

DCR = 150 kip / 178.82 kip = 0.839 < 1.0, in Ordnung

Die Schraubenscherung bestimmt vier Schrauben in jeder Reihe, und Ausreißen am 5/16 in der Platte regelt der Randbolzen durch 0.05 kip. Deshalb liegt die effektive Festigkeit einen Bruchteil unter der Schraubenscherfestigkeit in Schritt 5. Sie können die gleiche Verbindung im ausführen Kostenloser Verbindungsdesign-Rechner Versuchen Sie es mit einem größeren Randabstand, um zu sehen, dass die beiden Werte übereinstimmen.

Schritt 9: Blockscherung der Endplatte (AISC 360-16 J4.3)

Auf jeder Seite des Balkenstegs kann ein Block der Endplatte ausreißen: Scheren Sie entlang der Schraubenlinie bis zum Ende der Platte, plus Spannung bis zum Außenrand der Platte. Das ergibt zwei L-förmige Blöcke, eine pro Schraubensäule, also die untenstehenden Bereiche nutzen [mathin] 2t_{p} = 0.625\,in [mathin] und zählen Sie eine Bolzensäule auf jeder Seite.

Nettofläche unter Spannung. Die Spannungsebene verläuft horizontal, entlang der Schlitze, es wird also die Schlitzlänge verwendet [mathin] d_{h} = 1\,in [mathin], mit [mathin] n_{c} = 2 [mathin], [mathin] s_{c} = 0\,in [mathin] und [mathin] L_{eh} = 1.5\,in [mathin]. Jedes Loch fügt hinzu 1/16 auf Beschädigungen beim Stanzen (B4.3):

[math] A_{nt} = 2t_{p} \left[ \left( \frac{n_{c}}{2} – 1 \right) s_{c} + L_{eh} – \left( \frac{n_{c}}{2} – 0.5 \right) \left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]

[math] A_{nt} = (0.625\,in) \times \left[ ((1)-1) \times (0\,in) + (1.5\,in) – ((1) – 0.5) \times ((1\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 0.60547\,in^{2} [math]

Brutto- und Nettoflächen unter Scherung. Die Scherebene verläuft vertikal, über die Schlitze, also die Nettofläche nutzt [mathin] d_{h} = 0.8125\,in [mathin]:

[math] A_{gv} = 2t_{p} \left[ L_{ev} + (n_{r}-1)\, s_{r} \right] = (0.625\,in) \times \left[ (1.5\,in) + ((5)-1) \times (3\,in) \right] = 8.4375\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = 2t_{p} \left[ d_{p} – L_{ev} – (n_{r} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]

[math] A_{nv} = (0.625\,in) \times \left[ (15\,in) – (1.5\,in) – ((5) – 0.5) \times ((0.8125\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 5.9766\,in^{2} [math]

Scherfestigkeit des Blocks, mit [mathin] U_{bs} = 1 [mathin] weil jeder Block eine einzelne Bolzensäule hat und die Spannung gleichmäßig ist, [mathin] F_{up} = 58\,ksi [mathin], [mathin] F_{yp} = 36\,ksi [mathin] und [mathin] \phi = 0.75 [mathin]:

[math] \phi R_{n} = \phi \left( 0.6\, F_{up} A_{nv} + U_{bs} F_{up} A_{nt} \le 0.6\, F_{yp} A_{gv} + U_{bs} F_{up} A_{nt} \right) [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \left( 0.6 \times (58\,ksi) \times (5.9766\,in^{2}) + (1) \times (58\,ksi) \times (0.60547\,in^{2}) \le 0.6 \times (36\,ksi) \times (8.4375\,in^{2}) + (1) \times (58\,ksi) \times (0.60547\,in^{2}) \right) [math]

[math] \phi R_{n} = 163.03\,kip [math]

DCR = 150 kip / 163.03 kip = 0.920 < 1.0, in Ordnung

Maßgebend ist die Scherungsseite der Gleichung. A36 hat ein niedriges Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit, Daher gibt die Bruttoscherebene nach, bevor die Nettoscherebene bricht. Dies ist die zweithöchste Quote im Zusammenhang.

Schritt 10: Schubnachgeben und Schubbruch der Endplatte (AISC 360-16 J4.2)

Die vollständige Reaktion verläuft als vertikale Scherung in zwei Ebenen durch die Endplatte, eine auf jeder Seite des Balkenstegs. Der Bruttoquerschnitt darf nicht nachgeben, und der Netzabschnitt durch die Bolzenlöcher darf nicht reißen.

Scherung nachgebend (Gl. J4-3)

Mit [mathin] n_{sp} = 2 [mathin] Scherebenen:

[math] A_{gv} = d_{p}\, n_{sp}\, t_{p} = (15\,in) \times (0.625\,in) = 9.375\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sy} = \phi\, 0.6\, F_{yp} A_{gv} = (1) \times 0.6 \times (36\,ksi) \times (9.375\,in^{2}) = 202.5\,kip [math]

Scherbruch (Gl. J4-4)

[math] A_{nv} = n_{sp}\, t_{p} \left[ d_{p} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.625\,in) \times \left[ (15\,in) – (5) \times ((0.8125\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 6.6406\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sr} = \phi\, 0.6\, F_{up} A_{nv} = (0.75) \times 0.6 \times (58\,ksi) \times (6.6406\,in^{2}) = 173.32\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( \phi R_{n,sy},\, \phi R_{n,sr} \right) = \min\left( (202.5\,kip),\, (173.32\,kip) \right) = 173.32\,kip [math]

DCR = 150 kip / 173.32 kip = 0.865 < 1.0, in Ordnung

Schritt 11: Biegung der Endplatte im Doppelkäppchenverfahren (AISC 360-16 F11.2)

Die Bolzen sind 2 3/4 nach innen aus dem Netz auf jeder Seite, Daher biegt sich jede Hälfte der Endplatte wie ein kurzer Ausleger vom Steg bis zur Bolzenlinie. Eine dünne Platte kann sich seitlich verbiegen, bevor sie nachgibt. Das AISC-Handbuch behandelt dies mit dem Verfahren für einen Träger, der an beiden Flanschen abgedeckt wird, Behandeln Sie jede Hälfte der Platte wie einen Balkensteg, wobei die Flansche weggeschnitten sind. Die unverspannte Länge ist der Abstand von der Stegfläche bis zur Schraubenlinie, [mathin] L_{b} = (g_{s} – t_{wb})/2 = (5.5 – 0.355)/2 = 2.5725\,in [mathin].

Reichweitencheck

Wo [mathin] E = 29000\,ksi [mathin], [mathin] F_{yp} = 36\,ksi [mathin], [mathin] d_{p} = 15\,in [mathin] und [mathin] t_{p} = 0.3125\,in [mathin]:

[math] \frac{L_{b} d}{t^{2}} = \frac{(2.5725\,in) \times (15\,in)}{(0.3125\,in)^{2}} = 395.14 [math]

[math] \frac{0.08 E}{F_{y}} = \frac{0.08 \times (29000\,ksi)}{(36\,ksi)} = 64.444 \qquad \frac{1.9 E}{F_{y}} = \frac{1.9 \times (29000\,ksi)}{(36\,ksi)} = 1530.6 [math]

So [mathin] \frac{0.08E}{F_{y}} \lt \frac{L_{b} d}{t^{2}} \le \frac{1.9E}{F_{y}} [mathin], und Gl. Es gilt F11-2.

Abschnittsmoduli der Endplatte

[math] Z = \frac{t_{p} \left( d_{p} \right)^{2}}{4} = \frac{(0.3125\,in) \times ((15\,in))^{2}}{4} = 17.578\,in^{3} [math]

[math] S = \frac{t_{p} \left( d_{p} \right)^{2}}{6} = \frac{(0.3125\,in) \times ((15\,in))^{2}}{6} = 11.719\,in^{3} [math]

Änderungsfaktor für Biegedrillknicken (AISC-Handbuch Gl. 9-15)

Die Ausklinktiefe wird als Null angenommen, [mathin] d_{ct} = 0\,in [mathin]:

[math] C_{b} = \left[ 3 + \ln\left( \frac{L_{b}}{d_{p}} \right) \right] \left( 1 – \frac{d_{ct}}{d_{p}} \right) \ge 1.84 [math]

[math] C_{b} = \left[ 3 + \ln\left( \frac{(2.5725\,in)}{(15\,in)} \right) \right] \times \left( 1 – \frac{(0\,in)}{(15\,in)} \right) \ge 1.84 [math]

[math] C_{b} = 1.84 [math]

Biegefestigkeit

Mit [mathin] \phi = 0.9 [mathin], und ein Faktor von 2 für die beiden Tellerhälften:

[math] \phi M_{n} = \phi \left[ C_{b} \left[ 1.52 – 0.274 \left( \frac{L_{b} d}{t^{2}} \right) \left( \frac{F_{yp}}{E} \right) \right] F_{yp} S \le F_{yp} Z \right] 2 [math]

[math] \phi M_{n} = (0.9) \times \left[ (1.84) \times \left[ 1.52 – 0.274 \times ((395.14)) \times \left( \frac{(36\,ksi)}{(29000\,ksi)} \right) \right] \times (36\,ksi) \times (11.719\,in^{3}) \le (36\,ksi) \times (17.578\,in^{3}) \right] \times 2 [math]

[math] \phi M_{n} = 94.922\,kip\text{-}ft \;(1139.1\,kip\text{-}in) [math]

Die Momentenkappe aus Kunststoff [mathin] F_{yp} Z [mathin] regiert, so buckling does not reduce the strength over this short length.

Äquivalente Scherkapazität

[math] \phi V_{n} = \frac{\phi M_{n}}{L_{b}} = \frac{(94.922\,kip\text{-}ft)}{(2.5725\,in)} = 442.78\,kip [math]

DCR = 150 kip / 442.78 kip = 0.339 < 1.0, in Ordnung

Schritt 12: Shear and moment interaction of the end plate (AISC-Handbuch Gl. 10-5)

The end plate carries shear and bending at the same section at the same time, also müssen die beiden zusammen überprüft werden. Das Handbuch nutzt eine zirkuläre Wechselwirkung zwischen der Scherstreckgrenze und der Biegefestigkeit.

The moment in the plate is the reaction times the unbraced length, mit [mathin] V_{r} = 150\,kip [mathin] und [mathin] L_{b} = 2.5725\,in [mathin]:

[math] M_{r} = V_{r}\, L_{b} = (150\,kip) \times (2.5725\,in) = 32.156\,kip\text{-}ft [math]

Mit [mathin] \phi V_{n} = 202.5\,kip [mathin] aus der Schernachgiebigkeit im Schritt 10 und [mathin] \phi M_{n} = 94.922\,kip\text{-}ft [mathin] von Step 11:

[math] I_{nt} = \left( \frac{V_{r}}{\phi V_{n}} \right)^{2} + \left( \frac{M_{r}}{\phi M_{n}} \right)^{2} [math]

[math] I_{nt} = \left( \frac{(150\,kip)}{(202.5\,kip)} \right)^{2} + \left( \frac{(32.156\,kip\text{-}ft)}{(94.922\,kip\text{-}ft)} \right)^{2} = 0.66346 [math]

DCR = 0.66346 / 1.0 = 0.663 < 1.0, in Ordnung

The short lever arm keeps the moment small, so most of the interaction comes from shear.

Summary of the shear end plate connection design checks

Die Verbindung besteht jede Prüfung. Maßgebend ist die trägerseitige Schweißnaht 0.995, weil die 0.355 im Trägersteg begrenzt die nutzbare Schweißnahtgröße auf ca 0.233 im. Als nächstes folgt die Blockscherung der Endplatte 0.920, dann Scherbruch der Endplatte bei 0.865. Die Plattenbiegung ist alles andere als kritisch 0.339, was typisch für eine Scherendplatte ist: Die Bolzen sitzen dicht am Steg, Daher ist der Hebelarm kurz.

Was ist zu ändern, wenn eine Prüfung fehlschlägt?

• An der Trägerseite schweißen: Eine längere Schweißnaht hilft, Verwenden Sie daher eine tiefere Endplatte, bis zum T-Maß des Trägers. Eine größere Verrundung fügt nichts hinzu, sobald der Grenzwert für das Grundmetall des Trägerstegs gilt. Ein Träger mit einem dickeren Steg erhöht diese Grenze.
• Balkenbahnscherung: Wählen Sie einen Balken mit einem dickeren oder tieferen Steg. Die Endplatte kann bei dieser Überprüfung nicht weiterhelfen.
• Bolzenscherkraft oder effektive Festigkeit: Fügen Sie eine Schraubenreihe hinzu oder verwenden Sie eine größere Schraube. A325-X (Threads ausgeschlossen) oder A490-Schrauben erhöhen die Scherspannung.
• Ausriss an der Endplatte: Erhöhen Sie den vertikalen Randabstand, oder eine dickere Platte verwenden.
• Blockschere, Schernachgeben oder Scherbruch der Endplatte: Verwenden Sie eine dickere oder tiefere Platte. Ein größerer horizontaler Randabstand erhöht auch den Schubspannungsbereich des Blocks.
• Plattenbiegung oder Interaktion: Reduzieren Sie die Stärke, sodass L_b kürzer ist, oder eine dickere Platte verwenden. Halten Sie die Platte dünn genug, um flexibel zu bleiben, weil eine steife Endplatte beginnt, wie eine Momentenverbindung zu wirken.
• Maß- oder Kantenabstand am Träger: Passen Sie das Messgerät innerhalb der Säulenflanschbreite an. Das Messgerät muss den Trägersteg und seine Schweißnähte auf der Plattenseite freihalten und zum Stützenflansch auf der Stützenseite passen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einer Schubendplatte und einer Momentenendplatte??

Eine Schubendplatte ist lediglich an den Trägersteg angeschweißt, ist dünn (5/16 hier drin), und ist so konstruiert, dass es sich biegt, sodass sich das Balkenende drehen kann. Eine zweite Endplatte, bündig oder erweitert, ist ebenfalls mit den Trägerflanschen verschweißt, ist viel dicker, und nutzt seine Schrauben unter Spannung, um dem Endmoment des Balkens standzuhalten. Dieses Beispiel trägt nur vertikale Scherung, es ist also eine einfache Verbindung.

Warum gibt es in diesem Beispiel keine Exzentrizität der Schraubengruppe??

Die Bolzen sitzen an der Vorderseite der Säule, auf der Leitung, wo die Reaktion abgegeben wird, und die beiden Bolzensäulen werden symmetrisch auf beiden Seiten des Trägerstegs platziert. Die Schraubengruppe trägt also reine Scherkraft und jede Schraube trägt den gleichen Anteil. Die Schraubengruppenstärke ist einfach die Stärke einer Schraube multipliziert mit den zehn Schrauben.

Warum funktioniert das Balkennetz?, nicht die Endplatte, Begrenzen Sie die Schweißnaht?

AISC-Handbuch Gl. 9-2 Beschränkt die Schweißnahtgröße auf das, was das Grundmetall daneben tragen kann. Der Trägersteg weist auf beiden Seiten eine Kehlnaht auf, Daher ist jede Schweißnaht nur mit der Hälfte gesichert 0.355 im Web. Jede Schweißnaht hat das volle 5/16 in der Endplatte dahinter. Das Web gibt den kleineren Wert an, 3.7338 Sechzehntel, oder ungefähr 0.233 im, Das ist weniger als die 1/4 in der angegebenen Schweißnaht.

Warum hat die Endplatte kurze Langlöcher??

Horizontale kurze Schlitze in der Endplatte geben dem Erektor eine gewisse Passtoleranz entlang des Trägers, Dies hilft, wenn die Länge der Säule oder des Trägers leicht abweicht. Weil die Schlitze horizontal sind und die Last vertikal ist, Lager und Ausreißer verwenden das Standardlochmaß über den Schlitz. Die Schlitzlänge erscheint nur im Blockschubzugbereich und im 1/8 in Kantenabstandsinkrementen aus Tabelle J3.5.

Wie dick sollte eine Schubendplatte sein??

Dünn genug zum Drehen. AISC-Handbuch Teil 10 Endplatten schränken diese Art der einfachen Verbindung ein 1/4 in zu 3/8 in dick, mit einem Maß von 3 1/2 in zu 5 1/2 im, So kann sich die Platte verbiegen, wenn sich das Trägerende dreht. Eine dickere Platte oder eine schmalere Stärke machen die Verbindung steifer und beginnen, Momente in die Säule zu ziehen. In diesem Beispiel wird a verwendet 5/16 in Platte bei a 5 1/2 im Messgerät.

Diese Prüfung regelt normalerweise eine Schubendplattenverbindung?

Auf einem Balken mit dünnem Steg, Oftmals ist die Schweißnaht am Trägersteg maßgebend, da das Steggrundmetall die Schweißnahtgröße begrenzt und die Schweißnahtlänge durch das T-Maß des Trägers begrenzt wird. Auf einem dickeren Steg befindet sich die Endplatte selbst, durch Blockscherung oder Scherbruch, übernimmt normalerweise. In diesem Beispiel gilt die Schweißnaht bei 0.995, mit Blockscherung der Endplatte weiter an 0.920.

Folgt dieses Beispiel der AISC-15. Ausgabe oder dem AISC-Handbuch der 16. Ausgabe??

Es folgt AISC 360-16 und das AISC-Handbuch, 15. Auflage, die um diese Spezifikation herum geschrieben ist. Das AISC-Handbuch der 16. Ausgabe ist mit dem letzteren gekoppelt 360-22 Spezifikation. Die Grenzzustände für eine Schubendplattenverbindung sind in beiden Fällen gleich, aber Klausel- und Seitenverweise werden verschoben, Vergleichen Sie sie daher mit der Edition, die Ihr Projekt verwendet.

Wie würde sich dies für AISC ASD anstelle von LRFD ändern??

Die Grenzzustände und Nennfestigkeiten sind identisch. Mit AISC ASD vergleichen Sie die Service-Level-Reaktion mit der Nennfestigkeit dividiert durch einen Sicherheitsfaktor, anstatt sie mit einem Widerstandsfaktor zu multiplizieren. Ein Widerstandsfaktor von 0.75 wird zum Sicherheitsfaktor von 2.00, Schernachgiebigkeit 1.00 wird 1.50, und Biegungen 0.90 wird 1.67. Auch die Lastkombinationen ändern sich, daher ist die Nachfrage geringer.

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Verweise

• AISC 360-16, Spezifikation für Baustahlgebäude: B3.4, B4.3, F11.2 (Gl. F11-2), J2.4 (Gl. J2-4), J3.3, J3.4 (Tabelle J3.4), J3.5 (Tabelle J3.5), J3.6 (Gl. J3-1) und Kommentar, J3.10 (Gl. J3-6a, J3-6c), J4.2 (Gl. J4-3, J4-4), J4.3 (Gl. J4-5), J5.2(ein).
• AISC-Stahlkonstruktionshandbuch, 15th Ausgabe: Teil 9, Gl. 9-2 und Gl. 9-15 (seite 9-9); Teil 10, Schweißnahtlänge abzüglich 2 W an den Enden, und Gl. 10-5 (seite 10-90).
• Entwurf von Stahlverbindungen mit AISC 360-16
• Schrauben und Schweißnähte im SkyCiv Connection Design