So entwerfen Sie eine Einzelplatten-Scherverbindung

Entwurf einer Einzelplattenscherverbindung (eine Scherlasche) an AISC 360, Du überprüfst die Schrauben, der Platte und der Schweißnaht gegen die Trägerendenreaktion. Das bedeutet Bolzenscherung, Bolzenlager und Ausreißer, Blockschere, Plattenscherung und -bruch, Plattenbiegung, und Schweißfestigkeit, plus die Detaillierung und Duktilitätsgrenzen, die die Verbindung flexibel genug halten, um als einfache Stütze zu fungieren.

Auf dieser Seite wird ein reales Beispiel von Anfang bis Ende durchgearbeitet: Ein Balkenrahmen W18x35 wird in den Flansch einer Säule W14x90 eingesetzt, mit einem 50 kip LRFD-Reaktion, drei 1 in A490-N-Schrauben und a 1/2 im Teller, Entwickelt für AISC 360-16 und das AISC-Handbuch, 15. Auflage. Jede Gleichung wird mit ihren Zahlen ausgeschrieben, in der gleichen Reihenfolge wie das AISC-Berechnungsblatt SkyCiv-Verbindungsdesign Modul produziert dafür.

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Was ist eine Einzelplattenscherverbindung??

Bei einer Einzelplatten-Scherverbindung handelt es sich um eine Stahlplatte, die werkseitig an das tragende Element geschweißt und vor Ort mit dem Steg des unterstützten Trägers verschraubt wird. Es überträgt die Endschubkraft des Balkens, und es wird als einfache Verbindung gemäß AISC klassifiziert 360-16 B3.4, Es geht also darum, sich zu drehen, anstatt dem Moment standzuhalten. Es wird auch Scherlasche oder Scherplatte genannt.

Es kommt am häufigsten vor Scherverbindung in US-amerikanischen Stahlgebäuden, da eine Platte erforderlich ist, eine Schweißnaht und eine Schraubenreihe, und der Balken kann während des Aufbaus seitlich eingeschwenkt werden. Die Alternativen für den gleichen Job sind die Doppelwinkelanschluss, bleibt die Einzelwinkelverbindung und die Schere Endplattenanschluss. Sie können dies direkt im überprüfen Rechner für Einzelplattenverbindungen.

Höhe der Beispielverbindung. Die Platte wird an den Stützenflansch geschweißt und mit dem Trägersteg verschraubt, mit der Bolzenlinie 2 aus der Schweißnaht hinein.

Abschnitt A-A. Die Platte hat horizontale Kurzschlitzlöcher und a 5/16 in Kehlnaht auf beiden Seiten.

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

1. Überprüfen Sie die Detaillierungsgrenzen am Träger: Schraubenabstand, Randabstände, Plattentiefe.
2. Ermitteln Sie die Scherfestigkeit der Schraubengruppe anhand des momentanen Drehzentrums.
3. Überprüfen Sie die Duktilität der Platte: Die Platte darf nicht stärker sein als die Schrauben.
4. Bolzenlager und Ausriss an der Platte prüfen.
5. Bolzenlager und Ausriss am Trägersteg prüfen.
6. Schere kombinieren, Lager und Ausreißer pro Bolzen für die effektive Gruppenfestigkeit.
7. Blockscherung der Platte prüfen.
8. Überprüfen Sie die Schernachgiebigkeit und den Scherbruch der Platte.
9. Überprüfen Sie die Durchbiegung der Platte mit dem Doppelbalkenverfahren.
10. Überprüfen Sie die Wechselwirkung zwischen Scherung und Biegung, zum Nachgeben und zum Bruch.
11. Überprüfen Sie die Detaillierungsgrenze beim Support.
12. Dimensionieren Sie die Schweißnaht, um die Platte zu entwickeln.
13. Überprüfen Sie die Schweißfestigkeit am Säulenflansch.

Designeingaben für dieses Beispiel

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

 

 

Schritt 1: Detaillierungsgrenzen auf der Trägerseite (AISC 360-16 J3.3, J3.4)

Vor jeder Festigkeitsprüfung, 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 eine zu kurze oder zu tiefe Platte verändert die Drehrichtung der Verbindung.

Der Mindestbolzenabstand beträgt [mathin] 2\tfrac{2}{3} d_{b} [mathin] ab J3.3. Der minimale Kantenabstand für a 1 im Bolzen ist 1 1/4 aus Tabelle J3.4. Auf dem Teller, Die horizontale Kante wird über den kurzen Schlitz gemessen, Das Inkrement von Tabelle J3.5 erhöht es also auf 1.375 im. Die Plattentiefe muss mindestens die Hälfte des T-Maßes des Trägers betragen, Daher ist die Verbindung steif genug, um das Balkenende zu verspannen, und es muss auch in den Balkensteg passen.

[math] s_{min} = 2\tfrac{2}{3}\, d_{b} = 2.667 \times (1\,in) = 2.667\,in [math]

Bei einem Mindestgrenzwert ist das Verhältnis Grenzwert zu Ist, und für ein Maximum liegt die tatsächliche Überschreitung des Grenzwerts vor. Maßgebend ist der horizontale Randabstand der Platte:

[math] DCR = \frac{1.375\,in}{1.5\,in} = 0.917 [math]

DCR = 0.917 < 1.0, in Ordnung

Schritt 2: Scherfestigkeit der Schraubengruppe anhand des momentanen Drehzentrums (AISC 360-16 J3.6)

Die Strahlreaktion wirkt von der Bolzenlinie weg, Daher tragen die Schrauben neben der Scherung auch ein kleines Moment. Das momentane Rotationszentrum (ICOR) Die Methode ermittelt den Punkt, um den sich die Schraubengruppe dreht, und wandelt ihn in einen Koeffizienten C um, Das heißt, wie viele Schrauben’ Wert der Scherfestigkeit, die die Gruppe tatsächlich liefert.

Design-Exzentrizität

Die Bolzenlinie ist 2 aus der Schweißnaht hinein, aber die Bolzengruppe ist für eine Exzentrizität von ausgelegt 1 im, weil AISC Manual Table 10-9 Legt die Konstruktionsexzentrizität für eine herkömmliche Einzelplattenverbindung fest, und für diese Schraubenanzahl und Lochart ist es die Hälfte des Schweißnaht-zu-Schraubenabstands:

[math] e = \frac{a}{2} = \frac{2\,in}{2} = 1\,in [math]

Stärke einer Schraube

[math] \phi r_{v} = \phi\, F_{nv}\, \frac{\pi}{4} d_{b}^{2}\, N_{s}\, h_{f} [math]

[math] \phi r_{v} = (0.75) \times (68\,ksi) \times \frac{\pi}{4} (1\,in)^{2} \times (1) \times (1) = 40.055\,kip [math]

Hier [mathin] h_{f} = 1 [mathin] weil es keine Füllstoffe gibt (AISC 360-16 J5.2(ein)):

[math] h_{f} = 1 – 0.4 \left( t – 0.25\,in \right) = 1 – 0.4 \left( 0\,in – 0.25\,in \right) \le 1 \;\Rightarrow\; h_{f} = 1 [math]

Lokalisieren des momentanen Zentrums

Bolzen 1 steht am Ende der Zeile, mit den Koordinaten unten. Der IC wird durch Iteration gefunden, unter Verwendung der Last-Verformungs-Kurve der AISC Manual Equation (7-1) auf Seiten 7-6 zu 7-8. Mit der Schraubengruppenberechnung mit ICOR durchläuft diese Iteration vollständig.

Die Iteration konvergiert mit dem IC bei:

[math] x_{ic} = -5.7728\,in, \qquad y_{ic} = 3\,in [math]

Die Bolzenreaktionen an dieser Stelle sind:

Das ergibt die beiden Koeffizienten, die im Rest des Entwurfs verwendet werden:

[math] C = 2.71 \qquad C’ = 5.889\,in [math]

C = 2.71 für drei Bolzen bedeutet das 1 an Exzentrizität kostet die Gruppe etwa 10% seiner konzentrischen Stärke. C.’ ist der Koeffizient für den Moment allein, welche die Duktilitätsprüfung in Schritt 3 Verwendet.

Schraubengruppenstärke

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

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times (68\,ksi) \times \frac{\pi}{4} (1\,in)^{2} \times (1) \times (2.71) \times (1) [math]

[math] \phi R_{n} = 108.55\,kip [math]

DCR = 50 kip / 108.55 kip = 0.461 < 1.0, in Ordnung

Schritt 3: Duktilität der Platte, maximale Plattendicke (AISC-Handbuch Gl. 10-3, 10-4)

Eine Scherlasche muss sich drehen, wenn der Balken abgelenkt wird. Wenn die Platte stärker auf Biegung ist als die Schrauben auf Scherung, Die Schrauben brechen, bevor die Platte nachgibt, Das ist plötzlich, sprödes Versagen. Durch die Begrenzung der Plattendicke wird sichergestellt, dass die Platte zuerst nachgibt.

Zuerst, die Momentfestigkeit der Schraubengruppe, mit C’ von Step 2:

[math] M_{max} = \frac{F_{nv}}{0.90}\, \frac{\pi}{4} d_{b}^{2}\, C’ [math]

[math] M_{max} = \frac{68\,ksi}{0.90} \times \frac{\pi}{4} (1\,in)^{2} \times (5.889\,in) = 29.122\,kip\text{-}ft [math]

Dann die dickste Platte, deren plastisches Moment dieses nicht überschreitet:

[math] t_{max} = \frac{6\, M_{max}}{F_{yp}\, d_{p}^{2}} [math]

[math] t_{max} = \frac{6 \times (29.122\,kip\text{-}ft)}{(50\,ksi) \times (9\,in)^{2}} = 0.51772\,in [math]

DCR = 0.5 im / 0.51772 im = 0.966 < 1.0, in Ordnung

Bei 0.966 Dies ist die dichteste Festigkeitsprüfung der Verbindung. Ein 5/8 in Platte würde es scheitern, obwohl eine dickere Platte aussieht “stärker”.

Schritt 4: Bolzenlager und Ausreißer auf der Einzelplatte (AISC 360-16 J3.10)

Jeder Bolzen drückt auf den Rand seines Lochs in der Platte. 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 zur Unterkante heraus (herausreißen, 1.2 lc t Fu). Der untere Bolzen hat den kürzesten lichten Abstand, also ist es der Schwache.

Freier Abstand für den Randbolzen, mit [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin], die Lochabmessung über die Länge des Elements:

[math] l_{c1} = L_{ev,pl} – \frac{d_{h}}{2} = 1.5\,in – \frac{1.125\,in}{2} = 0.9375\,in [math]

Lichter Abstand zwischen den Innenbolzen:

[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = 3\,in – 1.125\,in = 1.875\,in [math]

Die Trag- und Reißfestigkeit der Gruppe, skaliert von C / n für die Exzentrizität:

[math] \phi R_{n} = \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] \frac{C}{n_{r}} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left[ \min\left(1.125,\, 2.4\right)(0.5)(65) + \min\left(2.25,\, 2.4\right)(0.5)(65)(3 – 1) \right] \times \frac{2.71}{3} [math]

[math] \phi R_{n} = 123.86\,kip [math]

DCR = 50 kip / 123.86 kip = 0.404 < 1.0, in Ordnung

Schritt 5: Bolzenlagerung und Ausriss am Trägersteg (AISC 360-16 J3.10)

Die gleiche Prüfung gilt für den Balkensteg. Der Träger ist nicht abgedeckt und sein unterer Flansch liegt weit unter den Schrauben, Es gibt also keine Kante, an der man herausreißen kann, und jeder Bolzen trägt wie ein innerer Bolzen.

[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = 3\,in – 1.125\,in = 1.875\,in [math]

[math] \phi R_{n} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{wb} F_{ub}\, C [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \min\left(1.2 \times 1.875\,in,\, 2.4 \times 1\,in\right) \times (0.3\,in) \times (65\,ksi) \times (2.71) [math]

[math] \phi R_{n} = 89.176\,kip [math]

DCR = 50 kip / 89.176 kip = 0.561 < 1.0, in Ordnung

Der Balkensteg und die Platte haben die gleiche Zugfestigkeit (65 KSI), aber die 0.3 im Web ist dünner als das 1/2 im Teller, Das Web hat also die geringere Kapazität von beiden.

Schritt 6: 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.

Die Lager- und Ausreißfestigkeiten pro Bolzen, für die Blechkantenschraube, einem inneren Bolzen der Platte und dem Trägersteg:

[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(1.125\,in,\, 2.4\,in\right) \times (0.5\,in) \times (65\,ksi) = 27.422\,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(2.25\,in,\, 2.4\,in\right) \times (0.5\,in) \times (65\,ksi) = 54.844\,kip [math]

[math] \phi r_{n2} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{wb} F_{ub} = (0.75) \times \min\left(2.25\,in,\, 2.4\,in\right) \times (0.3\,in) \times (65\,ksi) = 32.906\,kip [math]

Die Schrauben werden hier von oben in der Zeile nummeriert, Also verflucht 3 ist der Randbolzen auf der Platte:

[math] \sum \phi r_{eff} = n_{1}\, \phi r_{eff,1} + n_{2}\, \phi r_{eff,2} = (2) \times (32.906\,kip) + (1) \times (27.422\,kip) = 93.234\,kip [math]

[math] \phi R_{n,eff} = \frac{C}{n_{r}} \sum \phi r_{eff} = \frac{2.71}{3} \times (93.234\,kip) = 84.222\,kip [math]

DCR = 50 kip / 84.222 kip = 0.594 < 1.0, in Ordnung

Keine der drei Schrauben ist durch die AISC-Schraubenscherung begrenzt. Maßgebend sind die Lagerung im Balkensteg und der Ausriss an der Plattenunterseite, Dies ist typisch, wenn die Schrauben hochfest und die Lagen dünn sind. Sie können die gleiche Verbindung im ausführen Kostenloser Verbindungsdesign-Rechner und ändern Sie die Bolzengüte oder den Plattenkantenabstand, um zu sehen, welcher Bolzen sich bewegt.

Schritt 7: Blockscherung der Einzelplatte (AISC 360-16 J4.3)

Entlang der Bolzenlinie kann ein Block der Platte ausreißen: Scheren Sie entlang der Lochreihe und spannen Sie über das kurze Bein bis zur freien Kante der Platte. Bei einer Bolzensäule handelt es sich um einen L-förmigen Block.

Der Nettospannungsbereich verwendet die Lochabmessung entlang der Elementlänge, [mathin] d_{h} = 1.3125\,in [mathin], denn die Schlitze verlaufen horizontal. Jedes Loch fügt hinzu 1/16 auf Beschädigungen beim Stanzen (B4.3):

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

[math] A_{nt} = (0.5\,in) \times \left[ (0)(0\,in) + 1.5\,in – (0.5)(1.3125\,in + 0.0625\,in) \right] = 0.40625\,in^{2} [math]

Brutto- und Nettoscherflächen, mit [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin] über die gesamte Stablänge:

[math] A_{gv} = t_{p} \left[ L_{ev,pl} + (n_{r}-1)\, s_{r} \right] = (0.5\,in) \times \left[ 1.5\,in + (2)(3\,in) \right] = 3.75\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = t_{p} \left[ d_{p} – L_{ev,pl} – (n_{r} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.5\,in) \times \left[ 9\,in – 1.5\,in – (2.5)(1.1875\,in) \right] = 2.2656\,in^{2} [math]

Scherfestigkeit des Blocks, mit [mathin] U_{bs} = 1 [mathin] für gleichmäßige Spannung:

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

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 2.2656 + 1 \times 65 \times 0.40625 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 3.75 + 1 \times 65 \times 0.40625 \right) [math]

[math] \phi R_{n} = 86.074\,kip [math]

DCR = 50 kip / 86.074 kip = 0.581 < 1.0, in Ordnung

Schritt 8: Schubnachgeben und Scherbruch der einzelnen Platte (AISC 360-16 J4.2)

Die vollständige Reaktion läuft als vertikale Scherung durch die Platte. Der Bruttoquerschnitt darf nicht nachgeben, und der Netzabschnitt durch die Bolzenlöcher darf nicht reißen.

Scherung nachgebend (Gl. J4-3)

[math] A_{gv} = d_{p}\, t_{p} = (9\,in) \times (0.5\,in) = 4.5\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sy} = \phi\, 0.6\, F_{yp} A_{gv} = (1.00) \times 0.6 \times (50\,ksi) \times (4.5\,in^{2}) = 135\,kip [math]

Scherbruch (Gl. J4-4)

[math] A_{nv} = t_{p} \left[ d_{p} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.5\,in) \times \left[ 9\,in – 3 \times (1.1875\,in) \right] = 2.7188\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sr} = \phi\, 0.6\, F_{up} A_{nv} = (0.75) \times 0.6 \times (65\,ksi) \times (2.7188\,in^{2}) = 79.523\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( 135\,kip,\, 79.523\,kip \right) = 79.523\,kip [math]

DCR = 50 kip / 79.523 kip = 0.629 < 1.0, in Ordnung

Schritt 9: Plattenbiegung im Doppelbalkenverfahren (AISC 360-16 F11.2)

Die Reaktion wirkt 2 aus der Schweißnaht hinein, Daher ist die Platte beim Biegen ein kurzer Ausleger. Ein tiefes, Dünne Bleche können sich seitlich verbiegen, bevor sie nachgeben. Das AISC-Handbuch behandelt dies mit dem Verfahren für einen ausgeklinkten Träger mit Ausklinkung an beiden Flanschen, Behandeln Sie die Platte wie einen Balkensteg, wobei die Flansche weggeschnitten sind. Die unverspannte Länge ist der Abstand zwischen Schweißnaht und Bolzen, [mathin] L_{b} = 2\,in [mathin].

Biegenachgiebigkeit und Biegedrillknicken

Zuerst, Stellen Sie sicher, dass sich die Platte in dem Bereich befindet, in dem Gl. Es gilt F11-2:

[math] \frac{L_{b} d}{t^{2}} = \frac{(2\,in)(9\,in)}{(0.5\,in)^{2}} = 72 [math]

[math] \frac{0.08 E}{F_{y}} = \frac{0.08 \times 29000\,ksi}{50\,ksi} = 46.4 \lt 72 \le \frac{1.9 E}{F_{y}} = \frac{1.9 \times 29000\,ksi}{50\,ksi} = 1102 [math]

Abschnittsmodul der Platte:

[math] Z = \frac{t_{p} d_{p}^{2}}{4} = \frac{(0.5\,in)(9\,in)^{2}}{4} = 10.125\,in^{3} \qquad S = \frac{t_{p} d_{p}^{2}}{6} = \frac{(0.5\,in)(9\,in)^{2}}{6} = 6.75\,in^{3} [math]

Änderungsfaktor für Biegedrillknicken, AISC-Handbuch Gl. (9-15), ohne zurechtzukommen ([mathin] d_{ct} = 0 [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\,in}{9\,in} \right) \right] \times \left( 1 – \frac{0\,in}{9\,in} \right) \ge 1.84 \;\Rightarrow\; C_{b} = 1.84 [math]

[math] \phi M_{n} = \phi\, 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 \phi\, F_{yp} Z [math]

[math] \phi M_{n} = (0.9)(1.84) \left[ 1.52 – 0.274 \times (72) \times \frac{50\,ksi}{29000\,ksi} \right] (50\,ksi)(6.75\,in^{3}) \le (0.9)(50\,ksi)(10.125\,in^{3}) [math]

[math] \phi M_{n} = 37.969\,kip\text{-}ft \;(455.6\,kip\text{-}in) [math]

Maßgebend ist die Momentenkappe aus Kunststoff, Daher neigt die Platte bei dieser Tiefe und Dicke nicht zum Knicken. Als äquivalente Scherung an der Bolzenlinie:

[math] \phi V_{n,y} = \frac{\phi M_{n}}{L_{b}} = \frac{455.6\,kip\text{-}in}{2\,in} = 227.81\,kip [math]

Biegebruch am Netzabschnitt

Der Netto-Kunststoffabschnittsmodul durch die Löcher, aus AISC-Handbuchteil 15 Tabelle 15-3:

[math] Z_{net} = \frac{t_{p} d_{p}^{2}}{4} – t_{p}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) s_{r} \left\lfloor \frac{n_{r}^{2}}{4} \right\rfloor – \left[ n_{r}\ \text{odd} \right] \frac{t_{p}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right)^{2}}{4} [math]

[math] Z_{net} = \frac{(0.5)(9)^{2}}{4} – (0.5)(1.1875)(3) \left\lfloor \frac{9}{4} \right\rfloor – (1) \frac{(0.5)(1.1875)^{2}}{4} = 6.3862\,in^{3} [math]

[math] \phi M_{n} = \phi\, F_{up} Z_{net} = (0.75) \times (65\,ksi) \times (6.3862\,in^{3}) = 25.944\,kip\text{-}ft \;(311.3\,kip\text{-}in) [math]

[math] \phi V_{n,r} = \frac{\phi M_{n}}{L_{b}} = \frac{311.3\,kip\text{-}in}{2\,in} = 155.66\,kip [math]

[math] \phi V_{n} = \min\left( 227.81\,kip,\, 155.66\,kip \right) = 155.66\,kip [math]

DCR = 50 kip / 155.66 kip = 0.321 < 1.0, in Ordnung

Schritt 10: Scher- und Biegewechselwirkung der einzelnen Platte (AISC-Handbuch Teil 10)

Die Platte trägt gleichzeitig Scherung und Biegung im selben Abschnitt auf, also müssen die beiden zusammen überprüft werden. Das Handbuch verwendet eine zirkuläre Interaktion, Dies erfolgt einmal mit den Streckgrenzen und einmal mit den Bruchfestigkeiten.

Nachgiebig

[math] \left( \frac{V_{u}}{\phi V_{n,y}} \right)^{2} + \left( \frac{V_{u}}{\phi R_{n,sy}} \right)^{2} = \left( \frac{50\,kip}{227.81\,kip} \right)^{2} + \left( \frac{50\,kip}{135\,kip} \right)^{2} = 0.185 [math]

DCR = 0.185 < 1.0, in Ordnung

Bruch

[math] \left( \frac{V_{u}}{\phi V_{n,r}} \right)^{2} + \left( \frac{V_{u}}{\phi R_{n,sr}} \right)^{2} = \left( \frac{50\,kip}{155.66\,kip} \right)^{2} + \left( \frac{50\,kip}{79.523\,kip} \right)^{2} = 0.498 [math]

DCR = 0.498 < 1.0, in Ordnung

Schritt 11: Detaillierungsbegrenzung auf der Trägerseite

Die Kehlnaht sitzt im Spalt zwischen dem Stützenflansch und dem Trägerende, Daher darf die Schweißnaht nicht größer als der Trägerabstand sein, da der Träger sonst nicht passt.

[math] DCR = \frac{W}{clr} = \frac{0.3125\,in}{0.5\,in} = 0.626 [math]

DCR = 0.626 < 1.0, in Ordnung

Schritt 12: Für die Entwicklung der Einzelplatte sind Schweißnähte erforderlich (AISC-Handbuch Teil 10)

Der Duktilitätsnachweis in Schritt 3 sorgt dafür, dass die Platte zuerst nachgibt. Das funktioniert nur, wenn die Schweißnaht nicht vor dem Blech versagt. Zwei Kehlnähte, jeder zumindest 5/8 der Plattendicke, Entwickeln Sie die Festigkeit der Platte.

[math] W_{min} = \frac{5}{8}\, t_{p} = \frac{5}{8} \times (0.5\,in) = 0.3125\,in [math]

DCR = 0.3125 im / 0.3125 im = 1.000, in Ordnung

Ein Verhältnis von genau 1.000 ist hier normal. Mit der 5/16 Die Schweißnaht wurde aus dieser Regel ausgewählt, nicht von der Ladung.

Schritt 13: Kehlnahtkapazität am Säulenflansch (AISC 360-16 J2.4)

Zuletzt, Die Schweißnähte müssen die Reaktion selbst tragen. Ihre Stärke hängt von der Größe ab, Länge und Belastungsrichtung. Das Grundmetall auf beiden Seiten der Schweißnaht, hier die Platte und der Säulenflansch, kann auch begrenzen, wie viel von der Schweißnahtgröße zählt.

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

Die größte Schweißnahtgröße, in Sechzehntel Zoll, dass das dünnere verbundene Teil tragen kann. Die Platte ist beidseitig verschweißt, Somit steht jeder Schweißnaht die Hälfte ihrer Dicke zur Verfügung:

[math] D_{max} = \frac{ \min\left( \frac{t_{p}}{2} F_{up},\; t_{fs} F_{us} \right) }{3.09\,kip/in \times \left( F_{EXX} / 70\,ksi \right)} = \frac{ \min\left( (0.25\,in)(65\,ksi),\; (0.71\,in)(65\,ksi) \right) }{(3.09\,kip/in)(1)} = 5.2589 [math]

Also bis zu 5.26/16 in der Schweißnahtgröße zählt. Mit der 5/16 in der Schweißnaht liegt darunter, es wird also die volle Größe genutzt.

Effektive Länge

Zwei Schweißlinien, an den Enden jeweils um 2W reduziert:

[math] L_{w} = 2 \left( d_{p} – 2W \right) = 2 \times \left[ 9\,in – 2 \times (0.3125\,in) \right] = 16.75\,in [math]

Schweißfestigkeit

Die Belastung verläuft parallel zu den Schweißnähten, Also [mathin] \theta = 0 [mathin] und es gibt keinen Richtungsanstieg:

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

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times 0.6 \times (70\,ksi) \times \frac{\sqrt{2}}{2} \times (0.3125\,in) \times \left[ 1 + 0.5 \sin^{1.5}(0) \right] \times (16.75\,in) [math]

[math] \phi R_{n} = 116.59\,kip [math]

DCR = 50 kip / 116.59 kip = 0.429 < 1.0, in Ordnung

Zusammenfassung der Designprüfungen

Die Verbindung besteht jede Prüfung. Zwei Verhältnisse liegen nebeneinander 1.0, und keiner misst die Last anhand der Kapazität. Die Schweißnaht-Entwicklungsprüfung ist genau 1.000 weil die Schweißnaht von der Größe her dimensioniert wurde 5/8 Ich regiere nicht, und die Duktilitätsprüfung ist 0.966 weil a 1/2 in der Platte liegt knapp unter der dicksten Platte, die noch nachgibt, bevor die Schrauben brechen. Von den Kontrollen, die Last mit Kapazität vergleichen, Scherbruch der Platte (0.629) ist das Höchste, dicht gefolgt von der effektiven Schraubengruppenstärke (0.594), die durch Peilung im eingestellt wird 0.3 im Balkensteg und Ausriss an der Plattenunterseite.

Was ist zu ändern, wenn eine Prüfung fehlschlägt?

• Schraubengruppenscherkraft oder effektive Festigkeit: Fügen Sie eine Schraubenreihe hinzu, was C erhöht, oder eine größere Schraube verwenden. Wenn Sie die Schraubenlinie näher an die Schweißnaht heranführen, wird e verringert und C erhöht.
• Duktilität (t_max): Verwenden Sie eine dünnere Platte, oder eine Blechsorte mit geringerer Festigkeit. Eine dickere Platte verschlechtert diese Prüfung.
• Ausriss auf dem Teller: Erhöhen Sie den vertikalen Randabstand unterhalb der unteren Schraube.
• Auflage auf dem Balkensteg: Dies hängt von der Bahndicke und -sorte ab, Fügen Sie also eine Schraubenreihe hinzu oder wählen Sie einen schwereren Balken.
• Blockschere, Scherbruch oder Biegebruch: Machen Sie die Platte mit einer weiteren Schraubenreihe tiefer, oder dicker machen, wenn die Duktilitätsprüfung Platz bietet.
• Schweißen, um die Platte zu entwickeln: Erhöhen Sie die Schweißnaht auf 5/8 der Plattendicke, vorausgesetzt, es passt noch in den Trägerabstand.

Häufig gestellte Fragen

Warum ist die Bolzengruppe für a ausgelegt? 1 in der Exzentrizität, wenn die Schrauben sind 2 aus der Schweißnaht hinein?

AISC-Handbuchtabelle 10-9 Legt die Konstruktionsexzentrizität für eine herkömmliche Einzelplattenverbindung basierend auf der Anzahl der Schrauben und dem Lochtyp fest. Bei dieser Drei-Schrauben-Verbindung beträgt der Abstand von der Schweißlinie zur Schraubenlinie die Hälfte, Also 2 in wird 1 im. Die Schweißnaht ist dann allein auf die Reaktion ausgelegt. Diese Kalibrierung stammt aus Tests an echten Scherlaschen, die sich drehen und den größten Teil des Endmoments verlieren.

Was ist der Unterschied zwischen der herkömmlichen und der erweiterten Einzelplattenkonfiguration??

Die herkömmliche Konfiguration umfasst eine einzelne vertikale Reihe von 2 zu 12 Schrauben mit der Schraubenlinie nicht mehr als 3 1/2 aus der Schweißnaht hinein, plus die Randabstands- und Dickengrenzen in Teil 10 des AISC-Handbuchs. Innerhalb dieser Grenzen, die vereinfachte Tabelle 10-9 Der Ansatz in diesem Beispiel gilt. Alles außerhalb von ihnen, B. eine längere Platte, die über einen Säulenflansch hinaus bis zu einer tieferen Bolzenlinie reicht, ist die erweiterte Konfiguration und erfordert eine umfassendere Analyse einschließlich der Plattenknickung.

Warum verwendet die Platte kurze Schlitzlöcher??

Horizontale kurze Schlitze in der Platte ermöglichen die Drehung des Balkenendes und geben dem Errichter eine gewisse Passtoleranz, beide eignen sich für eine einfache Verbindung. Denn die Schlitze verlaufen senkrecht zur Vertikallast, Bei der Lager- und Ausreißprüfung wird das Lochmaß über dem Schlitz verwendet. Der horizontale Randabstand auf der Platte entspricht in einem kleinen Schritt der Tabelle J3.5, weshalb seine Grenze ist 1.375 in statt 1.25 im.

Warum ist die Kehlnaht dimensioniert? 5/8 der Plattendicke?

Das Design beruht darauf, dass die Platte nachgibt, bevor etwas spröde wird. Zwei Kehlnähte, jede 5/8 der Plattendicke, sind stark genug, um die Platte zu entwickeln, Daher kann die Schweißnaht nicht zum schwachen Glied werden, selbst wenn das Blech nachgibt. Für ein 1/2 in der Platte, die a ergibt 5/16 in Schweißnaht, Deshalb landet dieser Scheck genau bei 1.0.

Welche Prüfung regelt normalerweise eine Scherlasche??

Für eine typische Scherlasche mit hochfesten Schrauben, Die Belastung oder das Ausreißen der dünneren Lage und die Duktilitätsgrenze der Plattendicke sind tendenziell eher maßgebend als die Schraubenscherung. In diesem Beispiel liegt das höchste Lastverhältnis beim Plattenscherbruch 0.629, mit der effektiven Schraubengruppenstärke als nächstes 0.594, gesteuert durch Lagerung im Balkensteg. Die Duktilitätsprüfung liegt bei 0.966.

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 einzelne Plattenschubverbindung 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, und Schernachgiebigkeit 1.00 wird 1.50. Auch die Lastkombinationen ändern sich, daher ist die Nachfrage geringer.

Ist die Spalte in diesem Design geprüft??

Der Stützenflansch tritt durch die Schweißnaht-Grundmetallprüfung in Schritt ein 13, wo seine Dicke und Zugfestigkeit die nutzbare Schweißnahtgröße begrenzen. In diesem Beispiel die Platte, nicht das 0.71 im Säulenflansch, steuert diese Grenze. Lokale Grenzzustände von Stützenstegen und -flanschen sind nicht Teil dieser Einzelplattenprüfung.

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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 7, Seiten 7-6 zu 7-8 (Gl. 7-1); Teil 9, Gl. 9-2, 9-4 und 9-15; Teil 10, Gl. 10-3 und 10-4, Tabelle 10-9 und Seite 10-87; Teil 15, Tabelle 15-3.
• Schraubengruppenberechnung mit ICOR
• Entwurf von Stahlverbindungen mit AISC 360-16
• Schrauben und Schweißnähte im SkyCiv Connection Design