Knieorthesen-Verbindungsdesign zu AISC 360 deckt zwei Gelenke ab. Am Ende der Klammer, Sie prüfen die Schrauben zwischen der Strebe und dem Knotenblech auf Schlupf, Lager und Ausreißer, dann Blockscher- und Zugbruch beider Teile, und Spannung und Knickung des Zwickels in seinem Whitmore-Abschnitt. An der Säule, Sie lösen die Strebenkraft an der Stützenfläche auf, Überprüfen Sie dann die Kehlnähte zwischen Knotenblech und Stütze, der Zwickel unter Scherung und Spannung entlang dieser Kante, und der Säulensteg unter der konzentrierten Kraft.
Diese Seite ist von Anfang bis Ende ein echtes Beispiel. Eine L4x4x1/2-Kniestütze im 45°-Winkel trägt 100 in Spannung kippen und 100 kip in Kompression (LRFD). Es ist mit vier verschraubt 1 in A490-SC-Schrauben an a 1/2 in der Klasse A572 50 Knotenblech, die an den Flansch einer W14x90-Säule geschweißt wird 3/16 in Filets auf beiden Seiten. 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.
Was ist eine Kniestützenverbindung??
Eine Kniestütze ist ein kurzes diagonales Element, das von einer Säule zu einem Balken oder Sparren verläuft, etwas entfernt von der Verbindungsstelle zwischen ihnen. Es versteift die Ecke eines Rahmens und verkürzt die unversteifte Länge der Elemente, die es miteinander verbindet. Jedes Ende der Klammer benötigt eine Verbindung, und dieses Beispiel entwirft das Säulenende: Die Strebe ist mit einem Knotenblech verschraubt, und das Knotenblech ist an den Säulenflansch angeschweißt.
Der Zwickel wird nur entlang einer Kante an der Säule befestigt, Dadurch unterscheidet es sich vom Eckknoten an einer Balken-Stützen-Verbindung in einem konzentrisch ausgesteiften Rahmen. Sie können dieses Beispiel direkt im überprüfen Rechner für die Verbindung von Kniestützen. Die gleichen Zwickelkaros erscheinen im Rechner für vertikale Aussteifungsverbindungen und das Rechner für Chevron-Klammerverbindungen.

Höhe der Beispielverbindung. Die Knotenschweißnaht verläuft 12 in oben und 4 unterhalb des Punktes, an dem die Strebenlinie die Stützenfläche kreuzt.

Die Klammerverbindung. Vier Schrauben an 3 in auf einem 2 1/2 im Messgerät, mit 1 1/2 in Endabständen am Winkel und am Knotenblech.
Design der Kniestützenverbindung: Die Schritte auf einen Blick
- Überprüfen Sie die Detaillierungsgrenzen an den Strebenschrauben: Messgerät, Abstände und Randabstände.
- Überprüfen Sie die Rutschfestigkeit der rutschkritischen Schrauben.
- Bolzenlager und Ausriss am Knotenblech prüfen.
- Bolzenlager und Ausriss an der Strebe prüfen.
- Blockscherung des Knotenblechs prüfen.
- Blockschub der Strebe prüfen.
- Überprüfen Sie die Spannung des Knotenblechs im Whitmore-Bereich.
- Prüfen Sie die Strebe auf Zugbruch mit Schubverzögerung.
- Prüfen Sie das Knotenblech auf Druckknickung.
- Überprüfen Sie die Mindestgröße der Kehlnaht an der Säule.
- Lösen Sie die Stützkraft an der Stützenfläche und überprüfen Sie die Schweißnaht zwischen Knotenblech und Stütze.
- Überprüfen Sie, ob das Knotenblech entlang der Stütze auf Scherung stößt.
- Überprüfen Sie, ob die Spannung des Knotenblechs entlang der Säule nachgibt.
- Überprüfen Sie den Stützensteg auf lokale Verkrüppelung und lokales Nachgeben.
Designeingaben für dieses Beispiel
Der Designcode ist AISC 360-16 LRFD. Abschnittseigenschaften stammen aus dem AISC-Handbuch.
| Artikel | Symbol | Wert |
|---|---|---|
| Spannungsbelastung abstützen | [mathin] T_{u,br} [mathin] | 100 kip |
| Kompressionslast abstützen | [mathin] C_{u,br} [mathin] | 100 kip |
| Spalte | B14x90, A992 | |
| Spaltentiefe / Bahndicke | [mathin] d_{c},\ t_{w,c} [mathin] | 14 im / 0.44 im |
| Breite des Stützenflansches / Dicke | [mathin] b_{f,c},\ t_{f,c} [mathin] | 14.5 im / 0.71 im |
| Säulenbereich / Wo | [mathin] A_{c},\ k_{des,c} [mathin] | 26.5 in² / 1.31 im |
| Säulenertrag / Zugspannung | [mathin] F_{y,c},\ F_{u,c} [mathin] | 50 KSI / 65 KSI |
| Befestigen | L4x4x1/2, A36 | |
| Bereich der Zahnspange | [mathin] A_{br} [mathin] | 3.75 in² |
| Bein anstützen / aus Zwickel | [mathin] L_{on,gp,br},\ L_{off,gp,br} [mathin] | 4 im / 4 im |
| Stärke der Strebe / den Schwerpunkt | [mathin] t_{br},\ \bar{y} [mathin] | 0.5 im / 1.18 im |
| Böschung durch Stütze abstützen | [mathin] \theta_{br} [mathin] | 45° |
| Länge ohne Verstrebung (Knicklänge des Zwickels) | [mathin] L_{b,br} [mathin] | 6 im |
| Klammerausbeute / Zugspannung | [mathin] F_{y,br},\ F_{u,br} [mathin] | 36 KSI / 58 KSI |
| Elastizitätsmodul | [mathin] E [mathin] | 29000 KSI |
| Artikel | Symbol | Wert |
|---|---|---|
| Knotenblech | 1/2 im, Klasse A572 50 | |
| Zwickelstärke | [mathin] t_{gp} [mathin] | 0.5 im |
| Zwickelausbeute / Zugspannung | [mathin] F_{y,gp},\ F_{u,gp} [mathin] | 50 KSI / 65 KSI |
| Schrauben | 1 im A490-SC, Oberfläche der Klasse B | |
| Bolzendurchmesser | [mathin] d_{b} [mathin] | 1 im |
| Löcher in der Strebe / Zwickel | Standard (STD) / übergroß (OVS) | |
| Bolzenlehre am Strebenbein | [mathin] g_{a} [mathin] | 2.5 im |
| Bolzenreihen / Reihenabstand | [mathin] n_{r},\ s_{r} [mathin] | 4 / 3 im |
| Bolzensäulen | [mathin] n_{c} [mathin] | 1 |
| Endabstand an Strebe und Zwickel | [mathin] L_{ev} [mathin] | 1.5 im |
| An der Säule schweißen | 3/16 im Filet, auf beiden Seiten des Zwickels, E70XX | |
| Schweißnahtgröße / Füllstoffstärke | [mathin] W,\ F_{EXX} [mathin] | 0.1875 im / 70 KSI |
| Schweißlänge oben / unterhalb der Klammerlinie | [mathin] L_{w1},\ L_{w2} [mathin] | 12 im / 4 im |
| Gesamtlänge des Knotenblechs entlang der Säule | [mathin] L_{WT} [mathin] | 16 im |
Die Strebenlänge am Knotenblech addiert sich aus der Zeichnung: zwei 1.5 in Endabständen plus drei 3 in Räumen, 12 im. Der horizontale Kantenabstand des Winkels ist der Schenkel abzüglich der Stärke, 4 - - 2.5 = 1.5 im.
Schritt 1: Detaillierungsgrenzen an den Strebenschrauben (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 lassen, um die Schrauben neben dem herausragenden Schenkel des Winkels anzubringen und festzuziehen.
Für ein 1 Im Bolzen beträgt der Mindestabstand [mathin] 2\tfrac{2}{3} d_{b} = 2.667\,in [mathin] (J3.3) und der minimale Randabstand beträgt 1.25 im (Tabelle J3.4). Der Winkel hat Standardlöcher, Also 1.25 in gilt direkt dafür. Der Zwickel hat übergroße Löcher, also die Tabelle J3.5 Inkrement von 1/8 in erhöht seinen minimalen Endabstand auf 1.375 im.
| Detaillierungslimit | Limit (im) | Tatsächlich (im) | DCR | Ergebnis |
|---|---|---|---|---|
| Mindestbolzenstärke | 1.875 | 2.500 | 0.750 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Mindestabstand der Schraubenreihen | 2.667 | 3.000 | 0.889 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Maximaler Schraubenreihenabstand | 6.000 | 3.000 | 0.500 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Minimaler vertikaler Randabstand des Knotenblechs | 1.375 | 1.500 | 0.917 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Minimaler vertikaler Randabstand der Strebe | 1.250 | 1.500 | 0.833 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Minimaler horizontaler Randabstand der Strebe | 1.250 | 1.500 | 0.833 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
Bei einem Mindestgrenzwert ist das Verhältnis Grenzwert zu Ist, und für ein Maximum liegt die tatsächliche Überschreitung des Grenzwerts vor. Die maßgebende Reihe ist der Endabstand des Knotenblechs mit seinem übergroßen Lochabstand:
[math] DCR = \frac{d}{c} = \frac{(1.375)}{(1.5)} = 0.91667 [math]
DCR = 0.917 < 1.0, in Ordnung
Schritt 2: Rutschfestigkeit der Bolzen (AISC 360-16 J3.8)
Der Zwickel hat übergroße Löcher, und AISC 360-16 J3.2 erlaubt übergroße Löcher nur in gleitkritischen Verbindungen. Die Schrauben sind also vorgespannt und die Stützkraft wird durch Reibung zwischen Winkel und Knotenblech übertragen. Es wird geprüft, ob die Verbindung unter der berücksichtigten Belastung nicht verrutscht.
Wo [mathin] \phi = 0.85 [mathin] für übergroße Löcher, [mathin] \mu = 0.5 [mathin] für eine Oberfläche der Klasse B, [mathin] D_{u} = 1.13 [mathin], [mathin] h_{f} = 1 [mathin] weil es keine Füllstoffe gibt, [mathin] T_{b} = 64\,kip [mathin] für ein 1 in A490-Bolzen (Tabelle J3.1), [mathin] N_{s} = 1 [mathin] Gleitebene, [mathin] n_{r} = 4 [mathin] und [mathin] n_{c} = 1 [mathin]:
[math] \phi R_{n} = \phi\, \mu\, D_{u}\, h_{f}\, T_{b}\, N_{s}\, n_{r}\, n_{c} [math]
[math] \phi R_{n} = (0.85) \times (0.5) \times (1.13) \times (1) \times (64\,kip) \times (1) \times (4) \times (1) [math]
[math] \phi R_{n} = 122.94\,kip [math]
DCR = 100 kip / 122.94 kip = 0.813 < 1.0, in Ordnung
Die gleiche Prüfung umfasst Spannung und Druck, weil die Stützkraft ist 100 kipp so oder so.
Schritt 3: Bolzenlager und Ausreißer am Knotenblech (AISC 360-16 J3.10)
Schlupfkritische Schrauben müssen weiterhin auf Lagerung geprüft werden, Denn wenn die Verbindung verrutscht, liegen die Schrauben am Ende an den Seiten ihrer Löcher an. Unter Spannung zieht die Strebe die Bolzen von der Säule weg, Sie liegen also am Zwickel zum äußeren Ende hin an. Der Bolzen, der diesem Ende am nächsten ist, hat das geringste Material davor.
Das Zwickelloch ist überdimensioniert, [mathin] d_{h} = 1.25\,in [mathin]. Freier Abstand für den Endbolzen, mit [mathin] L_{ev} = 1.5\,in [mathin]:
[math] l_{c1} = L_{ev} – \frac{d_{h}}{2} = (1.5\,in) – \frac{(1.25\,in)}{2} = 0.875\,in [math]
Lichter Abstand zwischen den Schrauben, mit [mathin] s_{r} = 3\,in [mathin]:
[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = (3\,in) – (1.25\,in) = 1.75\,in [math]
Wo [mathin] t_{gp} = 0.5\,in [mathin], [mathin] F_{u,gp} = 65\,ksi [mathin], [mathin] n_{r} = 4 [mathin], [mathin] n_{c} = 1 [mathin], [mathin] d_{b} = 1\,in [mathin] und [mathin] \phi = 0.75 [mathin]:
[math] \phi R_{n,tearout} = \phi \left[ \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{gp} F_{u,gp}\, n_{c} + \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{gp} F_{u,gp}\, n_{c} \left( n_{r} – 1 \right) \right] [math]
[math] \phi R_{n,tearout} = (0.75) \times \left[ \min\left(1.2 \times (0.875\,in),\, 2.4 \times (1\,in)\right) \times (0.5\,in) \times (65\,ksi) \times (1) + \min\left(1.2 \times (1.75\,in),\, 2.4 \times (1\,in)\right) \times (0.5\,in) \times (65\,ksi) \times (1) \times ((4) – 1) \right] [math]
[math] \phi R_{n,tearout} = 179.16\,kip [math]
DCR = 100 kip / 179.16 kip = 0.558 < 1.0, in Ordnung
Das Ausreißen bestimmt hier jede Schraube, denn das große überdimensionierte Loch frisst sich in den lichten Abstand: 1.2 lc ist unten 2.4 db sowohl für den Endbolzen als auch für die Innenbolzen. Bei Kompression drücken die Bolzen stattdessen in Richtung der Säule, wo es viel mehr Zwickel gibt, Es kommt also auf die Spannung an.
Schritt 4: Bolzenlager und Ausreißer an der Strebe (AISC 360-16 J3.10)
Die gleiche Prüfung gilt für den Winkelschenkel. Unter Spannung wird der Winkel von der Säule weggezogen, so dass seine Bolzen zum Ende des Winkels zeigen, das der Säule am nächsten liegt.
Der Winkel hat Standardlöcher, [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin]:
[math] l_{c1} = L_{ev} – \frac{d_{h}}{2} = (1.5\,in) – \frac{(1.125\,in)}{2} = 0.9375\,in [math]
[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = (3\,in) – (1.125\,in) = 1.875\,in [math]
Wo [mathin] t_{br} = 0.5\,in [mathin] und [mathin] F_{u,br} = 58\,ksi [mathin]:
[math] \phi R_{n,tearout} = \phi \left[ \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{br} F_{u,br}\, n_{c} + \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{br} F_{u,br}\, n_{c} \left( n_{r} – 1 \right) \right] [math]
[math] \phi R_{n,tearout} = (0.75) \times \left[ \min\left(1.2 \times (0.9375\,in),\, 2.4 \times (1\,in)\right) \times (0.5\,in) \times (58\,ksi) \times (1) + \min\left(1.2 \times (1.875\,in),\, 2.4 \times (1\,in)\right) \times (0.5\,in) \times (58\,ksi) \times (1) \times ((4) – 1) \right] [math]
[math] \phi R_{n,tearout} = 171.28\,kip [math]
DCR = 100 kip / 171.28 kip = 0.584 < 1.0, in Ordnung
Der Winkel hat das kleinere Loch, aber den schwächeren Stahl. A36 bei 58 ksi gegen die Zwickel 65 ksi gleicht den zusätzlichen Freiraum mehr als aus, Daher ist die Tragkraft der Stütze etwas schwächer.
Schritt 5: Blockschub des Knotenblechs (AISC 360-16 J4.3)
Entlang der Bolzenlinie kann ein Block des Knotenblechs ausreißen: Scheren Sie entlang der Schraubenlinie bis zum Ende des Knotenblechs, plus Spannung quer von der Schraubenlinie bis zur Seitenkante des Knotenblechs. Mit einer Schraubenreihe, Der Block ist L-förmig.
Nettofläche unter Spannung, mit [mathin] n_{c} = 1 [mathin], [mathin] s_{c} = 0\,in [mathin] und der Abstand der Knotenkante von der Schraubenlinie [mathin] L_{eh,gp} = 1.5\,in [mathin]. Jedes Loch fügt hinzu 1/16 auf Beschädigungen beim Stanzen (B4.3):
[math] A_{nt} = t_{gp} \left[ (n_{c}-1)\, s_{c} + L_{eh,gp} – (n_{c} – 0.5) \left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]
[math] A_{nt} = (0.5\,in) \times \left[ ((1)-1) \times (0\,in) + (1.5\,in) – ((1) – 0.5) \times ((1.25\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 0.42188\,in^{2} [math]
Bruttofläche unter Scherung, vom Ende des Zwickels bis zum am weitesten entfernten Bolzen:
[math] A_{gv} = t_{gp} \left[ L_{ev} + (n_{r}-1)\, s_{r} \right] = (0.5\,in) \times \left[ (1.5\,in) + ((4)-1) \times (3\,in) \right] = 5.25\,in^{2} [math]
Nettofläche unter Scherung. Der Bericht gibt die Scherlänge als an 12 in Hosenträgerlänge am Zwickel, [mathin] L_{br,gp} [mathin], abzüglich eines Endabstands, Das ist das Gleiche 10.5 in wie in der Bruttofläche:
[math] A_{nv} = t_{gp} \left[ L_{br,gp} – L_{ev} – (n_{r} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]
[math] A_{nv} = (0.5\,in) \times \left[ (12\,in) – (1.5\,in) – ((4) – 0.5) \times ((1.25\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 2.9531\,in^{2} [math]
Scherfestigkeit des Blocks, mit [mathin] U_{bs} = 1 [mathin] weil die Zugspannung gleichmäßig ist, [mathin] F_{u,gp} = 65\,ksi [mathin], [mathin] F_{y,gp} = 50\,ksi [mathin] und [mathin] \phi = 0.75 [mathin]:
[math] \phi R_{n} = \phi \left( 0.6\, F_{u,gp} A_{nv} + U_{bs} F_{u,gp} A_{nt} \le 0.6\, F_{y,gp} A_{gv} + U_{bs} F_{u,gp} A_{nt} \right) [math]
[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \left( 0.6 \times (65\,ksi) \times (2.9531\,in^{2}) + (1) \times (65\,ksi) \times (0.42188\,in^{2}) \le 0.6 \times (50\,ksi) \times (5.25\,in^{2}) + (1) \times (65\,ksi) \times (0.42188\,in^{2}) \right) [math]
[math] \phi R_{n} = 106.95\,kip [math]
DCR = 100 kip / 106.95 kip = 0.935 < 1.0, in Ordnung
Maßgebend ist der Scherbruch am Netzabschnitt. Mit der 1 1/4 in übergroße Löcher stecken 4.59 rein aus dem 10.5 in Scherlänge, Aus diesem Grund verläuft diese Prüfung so knapp.
Schritt 6: Blockscherung der Stütze (AISC 360-16 J4.3)
Der Winkelschenkel kann auf die gleiche Weise ausreißen: Scheren Sie entlang der Schraubenlinie bis zum Ende des Winkels, plus Spannung von der Bolzenlinie bis zur Beinspitze.
Der horizontale Kantenabstand am Winkel beträgt [mathin] L_{eh,br} = 1.5\,in [mathin] und das Loch ist [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin]:
[math] A_{nt} = t_{br} \left[ (n_{c}-1)\, s_{c} + L_{eh,br} – (n_{c} – 0.5) \left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]
[math] A_{nt} = (0.5\,in) \times \left[ ((1)-1) \times (0\,in) + (1.5\,in) – ((1) – 0.5) \times ((1.125\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 0.45313\,in^{2} [math]
[math] A_{gv} = t_{br} \left[ L_{ev} + (n_{r}-1)\, s_{r} \right] = (0.5\,in) \times \left[ (1.5\,in) + ((4)-1) \times (3\,in) \right] = 5.25\,in^{2} [math]
[math] A_{nv} = t_{br} \left[ L_{br,gp} – L_{ev} – (n_{r} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]
[math] A_{nv} = (0.5\,in) \times \left[ (12\,in) – (1.5\,in) – ((4) – 0.5) \times ((1.125\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 3.1719\,in^{2} [math]
Mit [mathin] F_{u,br} = 58\,ksi [mathin], [mathin] F_{y,br} = 36\,ksi [mathin], [mathin] U_{bs} = 1 [mathin] und [mathin] \phi = 0.75 [mathin]:
[math] \phi R_{n} = \phi \left( 0.6\, F_{u,br} A_{nv} + U_{bs} F_{u,br} A_{nt} \le 0.6\, F_{y,br} A_{gv} + U_{bs} F_{u,br} A_{nt} \right) [math]
[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \left( 0.6 \times (58\,ksi) \times (3.1719\,in^{2}) + (1) \times (58\,ksi) \times (0.45313\,in^{2}) \le 0.6 \times (36\,ksi) \times (5.25\,in^{2}) + (1) \times (58\,ksi) \times (0.45313\,in^{2}) \right) [math]
[math] \phi R_{n} = 102.5\,kip [math]
DCR = 100 kip / 102.5 kip = 0.976 < 1.0, in Ordnung
Dies ist die maßgebliche Prüfung der gesamten Verbindung. Es gilt wieder der Netto-Scherbruch, wenn auch nur knapp: Die Ertragsseite der Gleichung liegt innerhalb 3 lass es weg.
Schritt 7: Knotenblech im Whitmore-Abschnitt unter Spannung (AISC 360-16 J4.1)
Die Strebenkraft dringt durch die Schrauben in das Knotenblech ein und verteilt sich entlang der Platte. Der Whitmore-Abschnitt ist die effektive Breite, die diese Kraft am letzten Bolzen aufnimmt: Linien, die vom ersten Bolzen aus gezogen werden, breitet sich auf jeder Seite aus, gemessen über die letzte Schraube (AISC-Handbuch Teil 9, Feige. 9-1). Auf dieser Breite darf der Zwickel nicht nachgeben, und es darf auf dieser Breite abzüglich des Lochs nicht reißen.
Whitmore-Breite
Die Bolzengruppe ist [mathin] L_{br} = (n_{r}-1)\, s_{r} = 9\,in [mathin] lang und hat eine einzige Bolzenlinie, Also [mathin] W_{br} = 0\,in [mathin]. Im Bericht, [mathin] W [mathin] In diesem Schritt handelt es sich um die Whitmore-Breite, nicht die Schweißnahtgröße:
[math] W = 2\, L_{br} \tan(\theta) + W_{br} = 2 \times (9\,in) \times \tan((18.93)) + (0\,in) = 6.1732\,in [math]
Der Spreizwinkel des Manuals beträgt 30°, was geben würde 2 × 9 × tan 30° = 10.39 im. Die abfallende freie Kante des Zwickels an der Spitze des Winkels reicht jedoch nur etwa 100 mm 3.1 von der letzten Schraube an, also würde eine 30°-Linie von der Platte ausgehen. Der Bericht reduziert die Ausbreitung auf 18,93°, was den Rand des Whitmore-Abschnitts darstellt 3.0866 von der Bolzenlinie aus, an dieser freien Kante, und verwendet auf der anderen Seite die gleiche Breite. Es wird nur Stahl gezählt, der tatsächlich vorhanden ist.
Spannung lässt nach (Gl. J4-1)
Mit [mathin] \phi = 0.9 [mathin], [mathin] F_{y,gp} = 50\,ksi [mathin] und [mathin] t_{gp} = 0.5\,in [mathin]:
[math] \phi R_{n,ty} = \phi\, F_{y,gp}\, t_{gp}\, W = (0.9) \times (50\,ksi) \times (0.5\,in) \times (6.1732\,in) = 138.9\,kip [math]
Spannungsriss (Gl. J4-2)
Durch die Nettobreite wird ein übergroßes Loch entfernt, [mathin] d_{h} = 1.25\,in [mathin], mit [mathin] \phi = 0.75 [mathin] und [mathin] F_{u,gp} = 65\,ksi [mathin]:
[math] \phi R_{n,tr} = \phi\, F_{u,gp}\, t_{gp} \left[ W – n_{c}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]
[math] \phi R_{n,tr} = (0.75) \times (65\,ksi) \times (0.5\,in) \times \left[ (6.1732\,in) – (1) \times ((1.25\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 118.48\,kip [math]
[math] \phi R_{n} = \min\left( \phi R_{n,ty},\, \phi R_{n,tr} \right) = \min\left( (138.9\,kip),\, (118.48\,kip) \right) = 118.48\,kip [math]
DCR = 100 kip / 118.48 kip = 0.844 < 1.0, in Ordnung
Schritt 8: Stützen Sie den Zugbruch mit Schubverzögerung ab (AISC 360-16 D3, J4.1)
Nur ein Schenkel des Winkels ist verschraubt, Daher muss die Kraft vom herausragenden Schenkel in den verschraubten Schenkel in der Nähe der Verbindung fließen. Diese ungleichmäßige Spannung ist die Scherverzögerung, und AISC behandelt es mit dem Faktor U, wodurch sich die Nettofläche verringert.
Aus Tabelle D3.1, Fall 2, mit dem Schwerpunkt des Winkels [mathin] \bar{y} = 1.18\,in [mathin] gemessen von der Schraubenfläche und der Verbindungslänge [mathin] (n_{r} – 1)\, s_{r} = 9\,in [mathin]:
[math] U = 1 – \frac{\bar{y}}{(n_{r} – 1)\, s_{r}} = 1 – \frac{(1.18\,in)}{((4) – 1) \times (3\,in)} = 0.86894 [math]
Wo [mathin] A_{br} = 3.75\,in^{2} [mathin], [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin], [mathin] t_{br} = 0.5\,in [mathin], [mathin] F_{u,br} = 58\,ksi [mathin] und [mathin] \phi = 0.75 [mathin]:
[math] \phi R_{n,tr} = \phi\, F_{u,br}\, U \left[ A_{br} – n_{c}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) t_{br} \right] [math]
[math] \phi R_{n,tr} = (0.75) \times (58\,ksi) \times (0.86894) \times \left[ (3.75\,in^{2}) – (1) \times ((1.125\,in) + (0.0625\,in)) \times (0.5\,in) \right] = 119.3\,kip [math]
DCR = 100 kip / 119.3 kip = 0.838 < 1.0, in Ordnung
Eine längere Bolzengruppe erhöht U. Mit sechs statt vier Schrauben, die Verbindungslänge wäre 15 in und U wäre 1 - - 1.18/15 = 0.92.
Schritt 9: Knotenblech beim Druckknicken (AISC 360-16 J4.4, E3)
Wenn die Stütze unter Druck steht, drückt sie den Zwickel in Richtung der Säule. Der Zwickelstreifen zwischen der letzten Schraube und der Säulenfläche kann sich aus der Ebene verbiegen, Daher wird es als Säule mit der Whitmore-Breite als Querschnitt geprüft.
Die Knicklänge ist die 6 in der Zeichnung dargestellt, von der Linie des Bolzens, der der Säule am nächsten liegt, bis zur Säulenfläche, entlang der Strebe gemessen. Der Bericht bezeichnet es als die unverspannte Länge der Strebe, [mathin] L_{b,br} = 6\,in [mathin]. Das Knotenblech ist nur an einer Kante mit der Säule verschweißt und sein freies Ende kann mit der Strebe aus der Ebene herausschwenken, so dauert der Bericht [mathin] K = 1.2 [mathin]. Für ein festes Rechteck, [mathin] r = t_{gp}/\sqrt{12} = 0.14434\,in [mathin]:
[math] \frac{KL}{r} = \frac{(1.2) \times (6\,in)}{(0.5\,in)/\sqrt{12}} = 49.883 [math]
Schon seit [mathin] KL/r \gt 25 [mathin], J4.4 sendet den Scheck an Kapitel E. Elastische Knickspannung:
[math] F_{e} = \frac{\pi^{2} E}{\left( \frac{KL}{r} \right)^{2}} = \frac{\pi^{2} \times (29000\,ksi)}{((49.883))^{2}} = 115.02\,ksi [math]
[math] 4.71 \sqrt{\frac{E}{F_{y}}} = 113.43 [math]
Schon seit [mathin] KL/r \le 4.71\sqrt{E/F_{y}} [mathin], Es gilt die inelastische Gleichung E3-2:
[math] F_{cr} = \left( 0.658^{\frac{F_{y,gp}}{F_{e}}} \right) F_{y,gp} = \left( 0.658^{\frac{(50\,ksi)}{(115.02\,ksi)}} \right) \times (50\,ksi) = 41.683\,ksi [math]
Mit [mathin] \phi = 0.9 [mathin] und die Whitmore-Breite [mathin] W = 6.1732\,in [mathin]:
[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{cr}\, t_{gp}\, W = (0.9) \times (41.683\,ksi) \times (0.5\,in) \times (6.1732\,in) = 115.79\,kip [math]
DCR = 100 kip / 115.79 kip = 0.864 < 1.0, in Ordnung
Die Whitmore-Breite bestimmt diese Prüfung ebenso wie die Schlankheit. Ein Zwickel mit mehr Platte unterhalb der Strebe hätte einen breiteren Querschnitt und eine höhere Festigkeit.
Schritt 10: Mindestgröße der Kehlnaht an der Säule (AISC 360-16 J2.2b)
Eine Kehlnaht, die für die zu verbindenden Teile zu klein ist, kann beim Abkühlen reißen, weil der dickere Teil ihm zu schnell Wärme entzieht. Tabelle J2.4 legt den Mindestwert für die Verbindung des dünneren Teils fest. Hier ist das 1/2 im Zwickel, was ins Over fällt 1/4 in zu 1/2 in der Band, also das Minimum ist 3/16 im.
| Detaillierungslimit | Limit (im) | Tatsächlich (im) | DCR | Ergebnis |
|---|---|---|---|---|
| Mindestgröße der Kehlnaht | 0.188 | 0.188 | 1.000 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
[math] DCR = \frac{d}{c} = \frac{(0.188)}{(0.188)} = 1 [math]
DCR = 1.000, in Ordnung
Ein Verhältnis von 1.000 Hier ist kein Beinaheunfall. Da steht nur das 3/16 in der Schweißnaht ist genau die kleinste zulässige Größe, Das ist eine häufige und sinnvolle Wahl.
Schritt 11: Zwickel-zu-Säule-Schweißnaht (AISC 360-16 J2.4, AISC-Designhandbuch 29)
Das Knotenblech wird mit einem am Stützenflansch verschweißt 3/16 im Filet auf jeder Seite. Die Stützkraft erreicht die Stützenfläche in einem Winkel und außerhalb der Mitte der Schweißnaht, Die Schweißnaht trägt also eine Normalkraft, eine Scherung und ein Moment zusammen. Dieser Schritt löst die Strebenkraft an der Stützenfläche auf, findet die größte Belastung der Schweißnaht, und prüft die Schweißnaht dagegen.
Grundmetallbeschränkung für die Schweißnahtgröße (AISC-Handbuch Gl. 9-2)
Der Zwickel hat auf beiden Seiten eine Schweißnaht, Die Hälfte seiner Dicke deckt also jede Schweißnaht ab. Mit [mathin] t_{f,c} = 0.71\,in [mathin], [mathin] F_{u,c} = 65\,ksi [mathin], [mathin] t_{gp} = 0.5\,in [mathin] und [mathin] F_{u,gp} = 65\,ksi [mathin]:
[math] D_{max} = \frac{t_{f,c} F_{u,c} \le \frac{t_{gp}}{2} F_{u,gp}}{3.09\,kip/in \times F_{EXX}/F_{E70XX}} = \frac{(0.71\,in) \times (65\,ksi) \le (0.25\,in) \times (65\,ksi)}{(3.09\,kip/in) \times (1)} = 5.2589 [math]
Das ist 5.2589 Sechzehntel, um 0.329 im, also das volle 3/16 in Anzahl der Schweißnähte.
Effektive Schweißnahtlänge
Der Zwickel verläuft [mathin] L_{WT} = 16\,in [mathin] entlang der Säule. Jede der beiden Bindenähte wird an den Enden um 2 W reduziert:
[math] L_{w} = 2 \left[ L_{WT} – 2W \right] = 2 \times \left[ (16\,in) – 2 \times (0.1875\,in) \right] = 31.25\,in [math]
Kräfte an der Stützenfläche
Teilen Sie die 100 Kip-Stützkraft, [mathin] P_{u,br} [mathin], in eine Komponente senkrecht zur Stützenfläche und eine entlang dieser:
[math] N_{br} = P_{u,br} \sin(\theta_{br}) = (100\,kip) \times \sin((45)) = 70.711\,kip [math]
[math] V_{br} = P_{u,br} \cos(\theta_{br}) = (100\,kip) \times \cos((45)) = 70.711\,kip [math]
Die Stützlinie kreuzt die Stützenfläche 12 unterhalb der Oberseite des Zwickels und 4 oberhalb seines Bodens, es fehlt also die Mitte des 16 in Schweißnaht [mathin] (12 – 4)/2 = 4\,in [mathin]. Die Scherung wirkt entlang der Schweißnaht und macht darauf keinen Moment, aber die Normalkraft ist 4 außermittig:
[math] M_{br} = \frac{N_{br} \left| L_{w1} – L_{w2} \right|}{2} = \frac{(70.711\,kip) \times |(12\,in) – (4\,in)|}{2} = 23.57\,kip{\cdot}ft [math]
Das ist 282.84 Hühnchen. Das Moment addiert sich zur Normalkraft an einem Ende der Schweißnaht und subtrahiert es am anderen. Der Bericht wandelt das Moment mithilfe des plastischen Widerstandsmoments der beiden Schweißlinien in eine äquivalente Normalkraft um, [mathin] L_{w}^{2}/8 [mathin], was die maximale Normallast ergibt:
[math] N_{br,T} = \frac{8\, M_{br}}{L_{w}} + N_{br} = \frac{8 \times (23.57\,kip{\cdot}ft)}{(31.25\,in)} + (70.711\,kip) = 143.12\,kip [math]
Der Moment wird in Kip-in umgewandelt (× 12) innerhalb dieses Bruchs. Die Resultierende an der Spitze und ihr Winkel zur Schweißachse:
[math] R = \sqrt{\left( N_{br,T} \right)^{2} + \left( V_{br} \right)^{2}} = \sqrt{((143.12\,kip))^{2} + ((70.711\,kip))^{2}} = 159.63\,kip [math]
[math] \theta = \tan^{-1}\left| \frac{N_{br,T}}{V_{br}} \right| = \tan^{-1}\left| \frac{(143.12\,kip)}{(70.711\,kip)} \right| = 63.707 [math]
Duktilitätsfaktor der Schweißnaht
Die Belastung der Schweißnaht ist nicht gleichmäßig. An einem Ende erreicht es seinen Höhepunkt und fällt am anderen Ende fast ins Nichts ab. Kehlnähte weisen eine begrenzte Duktilität auf, also AISC Design Guide 29 und AISC-Handbuchteil 13 Entwerfen Sie eine Knotenkantenschweißnaht für die größere Spitzenlast und 1.25 mal der Durchschnitt der Spitzen- und Minimallasten. Mit der 1.25 sorgt dafür, dass die Schweißung die Last neu verteilt, bevor sie bricht.
Am spannungsarmen Ende subtrahiert die Biegung die Normalkraft:
[math] N_{br,min} = \left| N_{br} – \frac{8\, M_{br}}{L_{w}} \right| = \left| (70.711\,kip) – \frac{8 \times (23.57\,kip{\cdot}ft)}{(31.25\,in)} \right| = 1.6971\,kip [math]
[math] R_{min} = \sqrt{\left( N_{br,min} \right)^{2} + \left( V_{br} \right)^{2}} = \sqrt{((1.6971\,kip))^{2} + ((70.711\,kip))^{2}} = 70.731\,kip [math]
[math] R_{w} = \max\left( R,\, 1.25\, \frac{R + R_{min}}{2} \right) = \max\left( (159.63\,kip),\, 1.25 \times \frac{(159.63\,kip) + (70.731\,kip)}{2} \right) = 159.63\,kip [math]
Der gemittelte Wert ist 143.98 kip, also ist der Gipfel maßgebend.
Schweißfestigkeit (Gl. J2-4)
Das Ergebnis liegt bei 63,707° zur Schweißnaht, also der Richtungsfaktor [mathin] 1 + 0.5 \sin^{1.5}\theta [mathin] fügt etwa hinzu 42% zur Stärke. Mit [mathin] \phi = 0.75 [mathin] und [mathin] F_{EXX} = 70\,ksi [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( (0.1875\,in) \le \frac{(5.2589)}{(16)} \right) \times \left[ 1 + 0.5 \times (\sin(63.707))^{1.5} \right] \times (31.25\,in) [math]
[math] \phi R_{n} = 185.91\,kip [math]
DCR = 159.63 kip / 185.91 kip = 0.859 < 1.0, in Ordnung
Mit der 4 an Exzentrizität kostet hier viel. Ohne sie würde die Schweißnaht einen tragen 100 Ergebnis kip statt 159.63 kip. Durch die Zentrierung des Knotenblechs an dem Punkt, an dem die Strebenlinie die Stützenfläche kreuzt, wird das Moment entfernt.
Schritt 12: Knotenblech in Schubströmung entlang der Stütze (AISC 360-16 J4.2)
Die Komponente der Strebenkraft entlang der Stützenfläche, [mathin] V_{br} = 70.711\,kip [mathin], geht als Scherung durch die geschweißte Kante des Zwickels. Der Bruttoquerschnitt entlang dieser Kante darf nicht nachgeben.
Mit [mathin] L_{WT} = 16\,in [mathin], [mathin] t_{gp} = 0.5\,in [mathin], [mathin] F_{y,gp} = 50\,ksi [mathin] und [mathin] \phi = 1 [mathin]:
[math] A_{gv} = L_{WT}\, t_{gp} = (16\,in) \times (0.5\,in) = 8\,in^{2} [math]
[math] \phi R_{n,sy} = \phi\, 0.6\, F_{y,gp} A_{gv} = (1) \times 0.6 \times (50\,ksi) \times (8\,in^{2}) = 240\,kip [math]
DCR = 70.711 kip / 240 kip = 0.295 < 1.0, in Ordnung
Schritt 13: Unter Spannung stehendes Knotenblech, das entlang der Säule nachgibt (AISC 360-16 J4.1)
Durch die Normalkomponente und das Moment wird die Schweißkante des Zwickels unter Spannung gesetzt, am höchsten an einem Ende. Befolgen Sie den AISC-Designleitfaden 29, Beispiel 5.3, Der Bericht addiert die beiden als Normalspannungen an der Kante und wandelt die Spitze wieder in eine äquivalente Kraft über die gesamte Kante um.
Der normale Stress ist [mathin] N/(t\,l) + M/(t\,l^{2}/4) [mathin]. Multiplizieren mit [mathin] t\,l [mathin], mit [mathin] l = L_{WT} = 16\,in [mathin]:
[math] N_{e} = \left| N_{br} \right| + \frac{4 \left| M_{br} \right|}{L_{WT}} = |(70.711\,kip)| + \frac{4 \times |(23.57\,kip{\cdot}ft)|}{(16\,in)} = 141.42\,kip [math]
Dies liegt etwas unter der Schweißnaht 143.12 kip, weil es das verwendet 16 im Zwickelrand statt im 31.25 in der effektiven Schweißnaht, aufgeteilt auf zwei Linien. Mit [mathin] \phi = 0.9 [mathin]:
[math] \phi R_{n,ty} = \phi\, F_{y,gp}\, t_{gp}\, L_{WT} = (0.9) \times (50\,ksi) \times (0.5\,in) \times (16\,in) = 360\,kip [math]
DCR = 141.42 kip / 360 kip = 0.393 < 1.0, in Ordnung
Schritt 14: Lokale Verkrüppelung und lokale Nachgiebigkeit des Säulennetzes (AISC 360-16 J10.3, J10.2)
Über den Zwickel wird eine konzentrierte Kraft auf den Säulenflansch übertragen 16 in der Länge. Wenn die Orthese unter Druck steht, Diese Kraft drückt auf den Flansch, und der dahinter liegende Stützensteg kann örtlich nachgeben oder einknicken (Krüppel). Der Bedarf ist die Spitzennormallast von Step 11, [mathin] N_{br,T} = 143.12\,kip [mathin].
Lokale Verkrüppelung des Webs (Gl. J10-4)
Mit [mathin] \phi = 0.75 [mathin], [mathin] t_{w,c} = 0.44\,in [mathin], Lagerlänge [mathin] L_{WT} = 16\,in [mathin], [mathin] d_{c} = 14\,in [mathin], [mathin] t_{f,c} = 0.71\,in [mathin], [mathin] F_{y,c} = 50\,ksi [mathin] und [mathin] Q_{f} = 1 [mathin]:
[math] \phi R_{n,wlc} = \phi\, 0.8 \left( t_{w,c} \right)^{2} \left[ 1 + 3 \left( \frac{L_{WT}}{d_{c}} \right) \left( \frac{t_{w,c}}{t_{f,c}} \right)^{1.5} \right] \sqrt{\frac{E\, F_{y,c}\, t_{f,c}}{t_{w,c}}}\, Q_{f} [math]
[math] \phi R_{n,wlc} = (0.75) \times 0.8 \times ((0.44\,in))^{2} \times \left[ 1 + 3 \times \left( \frac{(16\,in)}{(14\,in)} \right) \times \left( \frac{(0.44\,in)}{(0.71\,in)} \right)^{1.5} \right] \times \sqrt{\frac{(29000\,ksi) \times (50\,ksi) \times (0.71\,in)}{(0.44\,in)}} \times (1) [math]
[math] \phi R_{n,wlc} = 474.88\,kip [math]
Web-lokale Nachgiebigkeit (Gl. J10-2)
Die Kraft breitet sich über den Flansch und die Kehle auf a aus 2.5:1 Neigung auf jeder Seite, also gibt das Netz nach [mathin] 5k + l_{b} [mathin]. Mit [mathin] \phi = 1 [mathin] und [mathin] k_{des,c} = 1.31\,in [mathin]:
[math] \phi R_{n,wly} = \phi\, F_{y,c}\, t_{w,c} \left( 5\, k_{des,c} + L_{WT} \right) = (1) \times (50\,ksi) \times (0.44\,in) \times \left( 5 \times (1.31\,in) + (16\,in) \right) = 496.1\,kip [math]
[math] \phi R_{n} = \min\left( \phi R_{n,wlc},\, \phi R_{n,wly} \right) = \min\left( (474.88\,kip),\, (496.1\,kip) \right) = 474.88\,kip [math]
DCR = 143.12 kip / 474.88 kip = 0.301 < 1.0, in Ordnung
Ein langer Zwickel verteilt die Kraft gut, So hat der Stützensteg genügend Reserve und benötigt keine Aussteifung.
Zusammenfassung der Schecks
| Design-Check | Nachfrage | Die SkyCiv Foundation umfasst das Design von isolierten Fundamenten, die den australischen Standards¹ entsprechen | DCR | Ergebnis |
|---|---|---|---|---|
| Detaillierungsgrenzen an den Strebenschrauben | 1.375 im | 1.500 im | 0.917 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Schrauben in Scherung (schlupfkritisch) | 100.000 kip | 122.944 kip | 0.813 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Bolzenlager am Knotenblech | 100.000 kip | 179.156 kip | 0.558 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Bolzenlager an der Strebe | 100.000 kip | 171.281 kip | 0.584 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Blockschub des Knotenblechs | 100.000 kip | 106.945 kip | 0.935 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Blockscherung der Stütze | 100.000 kip | 102.497 kip | 0.976 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Knotenblech unter Spannung | 100.000 kip | 118.480 kip | 0.844 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Stütze bei Spannungsbruch | 100.000 kip | 119.303 kip | 0.838 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Knotenblech unter Druck | 100.000 kip | 115.792 kip | 0.864 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Mindestgröße der Kehlnaht | 0.188 im | 0.188 im | 1.000 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Am Zwickel an die Säule schweißen | 159.634 kip | 185.906 kip | 0.859 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Zwickelscherung entlang der Stütze | 70.711 kip | 240.000 kip | 0.295 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Zwickelspannung gibt entlang der Säule nach | 141.421 kip | 360.000 kip | 0.393 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
| Spaltennetz (lokale lähmende Regierungen) | 143.118 kip | 474.882 kip | 0.301 | Die Hälfte der Wandhöhe von der Unterseite der Basis für den Fall des |
Die Verbindung besteht jede Prüfung dieses Knieorthesen-Verbindungsdesigns. Der Blockschub der Strebe bestimmt die Festigkeitsnachweise 0.976, mit Blockscherung des Zwickels weiter an 0.935. Beide stammen aus derselben kurzen Bolzenlinie mit großen Löchern. Die minimale Schweißnahtgröße wird angezeigt 1.000 Nur weil die Schweißnaht genau dem Minimum der Tabelle J2.4 entspricht. An der Säule, Die Schweißnaht ist der am meisten beanspruchte Gegenstand 0.859, vor allem wegen der 4 in der Exzentrizität.
Was ist zu ändern, wenn eine Prüfung fehlschlägt?
- Blockieren Sie die Scherung der Stütze oder des Zwickels: Fügen Sie eine Schraubenreihe hinzu, was die Scherebenen verlängert. Auch ein größerer Endabstand bzw. ein größerer Randabstand zur Seite des Zwickels hilft. Am Zwickel, Standardlöcher statt übergroßer Löcher erhöhen die Nettofläche.
- Rutschfestigkeit: Schrauben hinzufügen, Verwenden Sie eine größere Schraube, oder Standardlöcher im Zwickel verwenden, was φ von erhöht 0.85 zu 1.00.
- Lager und Ausreißer: Erhöhen Sie den Endabstand bzw. den Bolzenabstand, oder einen dickeren Zwickel verwenden.
- Spannungsriss der Zahnspange: Verlängern Sie die Schraubengruppe, um U anzuheben, oder verwenden Sie einen schwereren Winkel.
- Zwickelspannung oder -kompression: ein dickerer Zwickel erhöht beides. Durch das Hinzufügen einer Platte an der Zehenseite der Orthese wird der Whitmore-Bereich verbreitert, und wenn die Bolzen näher an die Säule herangeführt werden, verkürzt sich die Knicklänge.
- An der Säule schweißen: Zentrieren Sie das Knotenblech an dem Punkt, an dem die Strebenlinie auf die Stützenfläche trifft, um das Moment zu entfernen, Machen Sie den Zwickel länger, oder ein größeres Filet verwenden. Das Grundmetall erlaubt bis zu ca 5/16 hier drin.
- Spaltennetz: Verlängern Sie den Zwickel, um die Kraft zu verteilen, Oder fügen Sie ein Paar Versteifungen oder eine Verdoppelungsplatte hinzu.
Häufig gestellte Fragen
Wofür wird eine Knieorthese verwendet??
Eine Kniestütze ist eine kurze Diagonale zwischen einer Säule und einem Balken oder Sparren, in geringem Abstand zum Gelenk platzieren. Es versteift die Rahmenecke gegen Schwankungen und gibt den Elementen einen Zwischenaussteifungspunkt. Weil es kurz ist und nah am Gelenk sitzt, es trägt für seine Größe oft eine große Axialkraft, je nachdem, in welche Richtung der Rahmen schwankt, auf Zug oder Druck. Aus diesem Grund ist dieses Beispiel für konzipiert 100 Kippe in beide Richtungen.
Warum sind die Schrauben schlupfkritisch??
Der Zwickel hat übergroße Löcher, die dem Erektor Spielraum für die Anpassung an die Orthese geben. AISC 360-16 J3.2 erlaubt übergroße Löcher nur bei gleitkritischen Verbindungen, Daher sind die Schrauben vorgespannt und die Verbindungsflächen sind auf Klasse B vorbereitet. Eine Orthese, die zwischen Zug und Druck umschaltet, profitiert außerdem von einem Gelenk, das nicht hin und her rutscht. Schlupfkritische Schrauben werden weiterhin auf Lager und Ausriss geprüft, wie in Schritte 3 und 4.
Was ist der Whitmore-Bereich?, und warum beträgt der Spreizwinkel hier 18,93°?
Der Whitmore-Abschnitt ist die effektive Breite des Knotenblechs, die der Strebenkraft am Ende der Schraubengruppe standhält. Sie finden es, indem Sie auf jeder Seite der Schraubenlinie im 30°-Winkel von der ersten Schraube Linien zeichnen und diese an der letzten Schraube messen. In diesem Beispiel liegt die schräge freie Kante des Knotenblechs näher an den Schrauben, als diese 30°-Linien erreichen würden, Daher begrenzt der Bericht die Ausbreitung auf 18,93°. Die Whitmore-Breite bleibt dann innerhalb der Platte, beim 6.1732 in statt 10.39 im.
Warum ist K = 1.2 Wird für die Zwickelknickung verwendet?
Das Knotenblech ist entlang einer Kante mit der Säule verschweißt, und das Strebenende kann sich frei aus der Ebene bewegen. Dabei handelt es sich um eine Säule, die an beiden Enden gegen Drehung gesichert ist, sich aber an einem Ende frei verschieben lässt, für den der AISC-Kommentar einen empfohlenen K von angibt 1.2. Ein Eckblech, das sowohl an einem Balken als auch an einer Stütze befestigt ist, wird an zwei Kanten gehalten und erhält normalerweise einen niedrigeren K-Wert. Verwenden von 1.2 Bei einer Knieorthese ist ein Zwickel die konservative Wahl.
Woher kommt das Moment an der Schweißnaht zwischen Knotenblech und Stütze??
Die Strebenlinie trifft auf die Stützenfläche 12 unterhalb der Oberseite des Zwickels und 4 oberhalb seines Bodens, es verfehlt also die Mitte des 16 in Schweißnaht 4 im. Die Normalkomponente der Stützkraft, 70.711 kip, Schauspielkunst 4 in außermittig gibt einen Moment von 282.84 Hühnchen, oder 23.57 kip-ft. Wenn der Zwickel an diesem Kreuzungspunkt zentriert wäre, gäbe es keinen Moment, und die Schweißnaht würde nur das sehen 100 Kip-Stützkraft.
Warum ist die Knotenschweißnaht dafür ausgelegt? 1.25 mal die durchschnittliche Belastung?
Die Belastung entlang einer Knotenkantenschweißnaht ist ungleichmäßig, und Kehlnähte können sich nicht weit dehnen, bevor sie brechen. AISC-Designhandbuch 29 Entwirft die Schweißnaht für die größere der Spitzenlasten und 1.25 mal der Durchschnitt der Spitzen- und Minimallasten, unter Verwendung des Schweißduktilitätsfaktors aus AISC Manual Part 13. Dadurch wird sichergestellt, dass die Schweißnaht die Last über ihre Länge verteilen kann. In diesem Beispiel beträgt die Spitzenlast 159.63 Kip regiert über die 143.98 Kip-Durchschnittswert.
Wird die Uniform-Force-Methode für einen Kniestützenzwickel verwendet??
Nein. Die Uniform-Force-Methode verteilt eine Stützkraft zwischen den Träger- und Stützenschnittstellen eines an beiden befestigten Knotenblechs, an einem Balken-Stützen-Verstrebungs-Arbeitspunkt. Ein Kniestützenzwickel ist nur am Säulenflansch befestigt. Die Strebenkraft wird also an der Stützenfläche als Normalkraft aufgelöst, eine Scherung und ein Moment, und die Zwickelkante und ihre Schweißnaht werden auf diese drei zusammen überprüft.
Wie würde sich dies für AISC ASD anstelle von LRFD ändern??
Die Grenzzustände und Nennfestigkeiten sind identisch. Mit AISC ASD vergleichen Sie die Stützkraft auf Serviceniveau 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, 0.90 wird 1.67, und Slip mit übergroßen Löchern geht aus 0.85 zu 1.76. Auch die Lastkombinationen ändern sich, daher ist die Nachfrage geringer.
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Das SkyCiv Connection Design-Modul ist die Verbindungsdesign-Software hinter diesem Beispiel. Sie erhalten den vollständigen Berechnungsbericht mit jeder Gleichung und Ihren darin enthaltenen Zahlen, wie die Schritte oben, plus jede Kapazität und DCR, für AISC 360-16 (LRFD und ASD) und 4100:2020. Mit der Schraubenrechner und Schweißrechner decken die Schraubengruppe und die Schweißnahtprüfungen selbstständig ab.
Verweise
- AISC 360-16, Spezifikation für Baustahlgebäude: B4.3, D3 (Tabelle D3.1 Fall 2), E3 (Gl. E3-1, E3-2, E3-4), J2.2b (Tabelle J2.4), J2.4 (Gl. J2-4), J3.2, J3.3, J3.4 (Tabelle J3.4), J3.5 (Tabelle J3.5), J3.8 (Gl. J3-4, Tabelle J3.1), J3.10 (Gl. J3-6a, J3-6c), J4.1 (Gl. J4-1, J4-2), J4.2 (Gl. J4-3), J4.3 (Gl. J4-5), J4.4, J10.2 (Gl. J10-2), J10.3 (Gl. J10-4).
- AISC-Stahlkonstruktionshandbuch, 15th Ausgabe: Teil 9, Feige. 9-1 (Whitmore-Abschnitt, seite 9-4) und Gl. 9-2; Teil 10, Schweißnahtlänge abzüglich 2 W an den Enden; Teil 13, Duktilitätsfaktor der Schweißnaht.
- AISC-Designhandbuch 29, Vertikale Aussteifungsverbindungen: Design und Beispiel einer Knotenkantenschweißnaht 5.3.
- Entwurf von Stahlverbindungen mit AISC 360-16
- Schrauben und Schweißnähte im SkyCiv Connection Design
Harold Munalem
Produktmanager, Verbindungsdesign
10+ Jahre in der Konstruktion von Stahlverbindungen
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