Diseño de conexión de momento de placa final al ras

Diseño de conexión de momento de placa final al ras según AISC 360 y guía de diseño AISC 39 se reduce a tres cosas: pernos lo suficientemente grandes como para soportar la tensión de la brida sin hacer palanca, una placa final lo suficientemente gruesa como para permanecer rígida alrededor de esos pernos, y soldaduras y un ala de columna que puede aplicar la fuerza en ambos lados. El momento de la viga y la carga axial se convierten en un momento equivalente., y el diámetro del perno y el espesor de la placa se dimensionan a partir de un patrón de líneas de fluencia alrededor de los pernos de tensión..

Esta página funciona a través de una conexión de momento de placa final al ras real de principio a fin: una viga W21x101 atornillada al ala de una columna W14x211 a través de una 1 en placa terminal con ocho 1 en pernos A490-N, llevando un 200 momento kip-pie, a 125 cizalla kip y 150 kip de tensión o compresión axial. Está diseñado para AISC 360-16 LRFD, Manual AISC, 15.ª edición y guía de diseño. 39. Cada ecuación está escrita con sus números., En el mismo orden que la hoja de cálculo AISC, SkyCiv Connection Design El módulo produce para ello..

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¿Qué es una conexión de momento con placa final al ras??

Una conexión de momento de placa terminal es una placa soldada al extremo de una viga en el taller y atornillada a la columna en el sitio.. En placa final enrasada, la placa se detiene en las alas de la viga, para que cada perno quede entre las bridas. En una placa terminal extendida, la placa sobresale más allá de la brida de tensión y lleva una fila de pernos fuera de ella. La versión empotrada es más fácil de colocar en el suelo y no tiene nada que sobresalga de la viga., pero sus tornillos tienen un brazo de palanca más corto, por lo que conviene en momentos moderados.

es un momento de conexión: Las soldaduras y los pernos están diseñados para que la unión transfiera todo el momento de la viga a la columna., en lugar de dejar que el extremo de la viga gire. La misma placa hecha menos profunda y soldada al alma únicamente es una conexión de corte de placa terminal., y ambos están cubiertos por el calculadora de conexión de placa final. El conexiones de momento La página lo compara con el conexión de momento de placa de brida y otros detalles.

Elevación. La placa final está soldada al extremo del W21x101 y atornillada al ala de la columna W14x211 con dos filas de pernos cerca de cada ala de la viga..

Sección A-A. Cuatro filas de dos pernos a la vez 7 1/2 en calibre, 2 desde la cara interior de cada brida y 3 en aparte. La placa se extiende 1 1/2 pasando cada brida para que las soldaduras de la brida encajen.

Diseño de conexión de momento de placa final al ras: los pasos de un vistazo

El diseño sigue la Guía de diseño AISC. 39: Primero dimensione los pernos y la placa por el momento., luego revisa las soldaduras, los pernos en cortante y la columna.

1. Verifique los límites de detalle de las soldaduras., pernos y placa.
2. Encuentre el momento equivalente y el diámetro del perno requerido.
3. Encuentre el parámetro de la línea de fluencia y el espesor requerido de la placa final.
4. Verifique las soldaduras de filete en el ala de la viga..
5. Verifique el metal base del ala de la viga en la soldadura..
6. Compruebe la tensión de las soldaduras de filete en el alma de la viga..
7. Verifique el metal base del alma de la viga en la soldadura..
8. Compruebe si hay corte en las soldaduras de filete en el alma de la viga..
9. Verifique los pernos en corte.
10. Compruebe el cojinete del perno y el desgarro en la placa final..
11. Compruebe el cojinete del perno y el desgarro en el ala de la columna..
12. Compruebe la flexión del ala de la columna en los pernos tensores..
13. Verifique la columna bajo la fuerza del ala de compresión..

Entradas de diseño para este ejemplo

El código de diseño es AISC. 360-16 LRFD, con el procedimiento de placa terminal de la Guía de diseño AISC 39. Las propiedades de la sección son del Manual AISC..

 

 

Paso 1: Límites de detalle (AISC 360-16 J2.2b, J3.3, J3.4, J3.5)

Antes de cualquier control de fuerza, la conexión debe ser edificable y coincidir con las suposiciones detrás de la Guía de diseño 39 ecuaciones. Las soldaduras deben tener al menos el tamaño mínimo para las piezas que unen., los pernos deben estar lo suficientemente separados y lo suficientemente lejos de los bordes, y la placa debe ser lo suficientemente profunda para soportar las soldaduras de las bridas..

Los tamaños mínimos de soldadura de filete provienen de la Tabla J2.4.: 5/16 para las bridas, donde la parte más delgada unida es la 0.8 en brida, y 3/16 en para el 0.5 en la web. La separación mínima entre pernos es [mathin] 2\tfrac{2}{3} d_{b} [mathin] desde J3.3, y las distancias al borde provienen de la Tabla J3.4. La placa final tiene ranuras cortas horizontales., por lo que la Tabla J3.5 agrega 1/8 en su distancia al borde horizontal, donación 1.375 in. El calibre máximo en la placa final es el ancho del ala de la viga., 12.3 in, para que los pernos permanezcan dentro de la brida.

Para un límite mínimo, la relación es límite sobre real, y para un máximo es un límite real por encima. La fila gobernante es la altura de la placa.:

[math] DCR = \frac{d}{c} = \frac{(22.525)}{(23)} = 0.97935 [math]

DCR = 0.979 < 1.0, OK

La altura mínima de la placa es 1.125 en más que el 21.4 en profundidad de viga, o 0.5625 en el pasado de cada brida: espacio para el 7/16 en soldadura de brida plus 1/8 in. El 23 en plato da 0.8 en cada lado, así pasa con poco de sobra. Eso es normal en un pulsador., que debe detenerse justo después de las bridas.

Paso 2: Diámetro de perno requerido (Guía de diseño AISC 39, Eq. 3-30 y 5-3a)

Los pernos cerca de la brida de tensión llevan el momento como tensión.. Guía de diseño 39 Los dimensiona para que alcancen su resistencia a la tracción sin ninguna fuerza de palanca., lo cual solo es posible si la placa final se hace lo suficientemente gruesa como para permanecer rígida (Paso 3).

Momento equivalente con tensión axial

La tensión axial también tira de los pernos tensores.. La guía lo suma al momento como la mitad de la tensión que actúa sobre la distancia entre los centroides del ala.:

[math] M_{u,eq} = M_{ux} + \frac{T_{u}}{2} \left( d_{bm} – t_{fb} \right) [math]

[math] M_{u,eq} = (200\,kip\text{-}ft) + \frac{(150\,kip)}{2} \times \left( (21.4\,in) – (0.8\,in) \right) = 328.75\,kip\text{-}ft [math]

Brazos de palanca de perno

Los pernos de tensión giran alrededor del centro de la brida de compresión.. [mathin] h_{1} = 18.2\,in [mathin] es la distancia desde allí hasta la fila de pernos de tensión más alejada, el uno 2 en el interior de la brida de tensión, y [mathin] h_{2} = 15.2\,in [mathin] es la distancia a la siguiente fila, 3 en más en. Existen [mathin] n_{c} = 2 [mathin] pernos en cada fila:

[math] \sum_{i} n_{i} h_{i} = n_{c} \left( h_{1} + h_{2} \right) = 66.8\,in [math]

Diámetro de perno requerido

Dónde [mathin] \phi = 0.75 [mathin] es el factor de resistencia para la tensión del perno y [mathin] F_{nt} = 113\,ksi [mathin] es la tensión de tracción nominal de un perno A490:

[math] d_{b,reqd} = \sqrt{\frac{4\, M_{u,eq}}{\pi\, \phi\, F_{nt} \sum_{i} n_{i} h_{i}}} [math]

[math] d_{b,reqd} = \sqrt{\frac{4 \times (328.75\,kip\text{-}ft)}{\pi \times (0.75) \times (113\,ksi) \times (66.8\,in)}} [math]

[math] d_{b,reqd} = 0.94193\,in [math]

[math] DCR = \frac{d_{b,reqd}}{d_{b}} = \frac{(0.94193\,in)}{(1\,in)} = 0.94193 [math]

DCR = 0.942 < 1.0, OK

La tensión axial añade 128.75 kip-pies a la 200 momento kip-pie, por lo que impulsa una gran parte del tamaño del perno.

Paso 3: Espesor requerido de la placa final (Guía de diseño AISC 39, Tabla 5-3 Determine la deflexión y el ángulo de rotación en el extremo B de la viga mostrada en la figura. 5-5a)

La placa final se dobla alrededor de los pernos tensores.. Guía de diseño 39 encuentra su fuerza a partir de un patrón de línea de rendimiento: el conjunto de líneas de bisagra que se forman en la placa cuando falla. Luego, la placa se hace lo suficientemente gruesa como para que permanezca elástica., para que los pernos no vean palanca.

Parámetro de línea de rendimiento

El paso de la línea de cedencia s ubica las líneas de bisagra debajo de los pernos.:

[math] s = \frac{\sqrt{b_{p}\, g}}{2} = \frac{\sqrt{(12.5\,in)(7.5\,in)}}{2} = 4.8412\,in [math]

Para una placa final no rígida al ras de cuatro pernos, Tabla 5-3 da:

[math] Y_{p} = \frac{b_{p}}{2} \left( \frac{h_{1}}{p_{f}} + \frac{h_{2}}{s} \right) + \frac{2}{g} \left( h_{1} \left( p_{f} + \frac{3 s_{r}}{4} \right) + h_{2} \left( s + \frac{s_{r}}{4} \right) \right) + \frac{g}{2} [math]

Con [mathin] b_{p} = 12.5\,in [mathin], [mathin] g = 7.5\,in [mathin], [mathin] h_{1} = 18.2\,in [mathin], [mathin] h_{2} = 15.2\,in [mathin], [mathin] p_{f} = 2\,in [mathin], [mathin] s = 4.8412\,in [mathin] y [mathin] s_{r} = 3\,in [mathin]:

[math] Y_{p} = 123.54\,in [math]

Espesor de placa requerido

Dónde [mathin] \gamma_{r} = 0.8 [mathin] es la guía de diseño 39 factor de reducción para placas finales enrasadas, que mantiene la conexión totalmente sujeta, [mathin] \phi = 0.9 [mathin] es el factor de resistencia a la flexión y [mathin] F_{yp} = 50\,ksi [mathin]:

[math] t_{p,reqd} = \sqrt{\frac{1.10\, M_{u,eq}}{\gamma_{r}\, \phi\, F_{yp}\, Y_{p}}} [math]

[math] t_{p,reqd} = \sqrt{\frac{1.10 \times (328.75\,kip\text{-}ft)}{(0.8) \times (0.9) \times (50\,ksi) \times (123.54\,in)}} [math]

[math] t_{p,reqd} = 0.9878\,in [math]

[math] DCR = \frac{t_{p,reqd}}{t_{p}} = \frac{(0.9878\,in)}{(1\,in)} = 0.9878 [math]

DCR = 0.988 < 1.0, OK

El 1.10 El factor mantiene la resistencia de la línea de fluencia de la placa. 10% por encima de la demanda, para que la placa se mantenga rígida y la suposición de no hacer palanca en el paso 2 sostiene.

Paso 4: Soldadura de filete en el ala de la viga (Guía de diseño AISC 39 Eq. 3-38a, AISC 360-16 J2.4)

Las soldaduras del ala transportan la fuerza del ala desde la viga hasta la placa terminal.. Son soldaduras en ángulo en ambas caras de la brida., cargado perpendicularmente a su longitud.

Longitud efectiva de soldadura

La soldadura exterior recorre todo el ancho de la brida.. La soldadura interior se detiene antes de llegar a la red en cada lado., por la distancia [mathin] k_{1} = 1.4375\,in [mathin] desde la línea central del alma hasta la punta del filete del ala:

[math] L_{w} = 2 \left( \min\left( b_{fb},\, b_{p} \right) \right) – 2 k_{1} [math]

[math] L_{w} = 2 \left( \min\left( (12.3\,in),\, (12.5\,in) \right) \right) – 2 (1.4375\,in) = 21.725\,in [math]

Fuerza de brida

La fuerza del ala es el momento dividido por la distancia entre los centroides del ala., más la mitad de la carga axial mayor. Guía de diseño 39 también establece un piso de 60% del límite elástico de la brida, por lo que las soldaduras nunca son el eslabón débil, incluso cuando el momento es pequeño:

[math] P_{fl} = \max\left( \frac{M_{ux}}{d_{bm} – t_{fb}} + \frac{\max\left( T_{u},\, C_{u} \right)}{2},\, 0.6\, F_{yb}\, b_{fb}\, t_{fb} \right) [math]

[math] P_{fl} = \max\left( \frac{(200\,kip\text{-}ft)}{(21.4\,in) – (0.8\,in)} + \frac{\max\left( (150\,kip),\, (150\,kip) \right)}{2},\, 0.6\,(50\,ksi)\,(12.3\,in)\,(0.8\,in) \right) [math]

[math] P_{fl} = 295.2\,kip [math]

El momento y la carga axial dan 191.5 kip, entonces el 60% piso de 295.2 kip gobierna.

Fuerza de soldadura

Dónde [mathin] F_{EXX} = 70\,ksi [mathin], [mathin] W_{1} = 0.4375\,in [mathin], [mathin] \phi = 0.75 [mathin], y el factor 1.5 es el aumento de resistencia direccional J2.4 para una soldadura cargada perpendicular a su eje:

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX} \left( \frac{\sqrt{2}}{2} W_{1} \right) L_{w}\, 1.5 [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75)\, 0.6\, (70\,ksi) \left( \frac{\sqrt{2}}{2} (0.4375\,in) \right) (21.725\,in)\, 1.5 [math]

[math] \phi R_{n} = 317.56\,kip [math]

[math] DCR = \frac{P_{fl}}{\phi R_{n}} = \frac{(295.2\,kip)}{(317.56\,kip)} = 0.9296 [math]

DCR = 0.930 < 1.0, OK

Paso 5: Metal base del ala de la viga en la soldadura (AISC 360-16 J4.1)

El metal de la brida al lado de la soldadura debe soportar la misma fuerza.. Se comprueba como elemento tensor., ceder y romper, a lo largo de una línea de soldadura, porque las soldaduras en ambas caras de la brida cargan la misma pieza de brida.

Con [mathin] 0.5 L_{w} = 10.863\,in [mathin] para una línea de soldadura:

[math] \phi R_{n,ty} = \phi\, F_{yb}\, t_{fb}\, 0.5 L_{w} = (0.9) \times (50\,ksi) \times (0.8\,in) \times (10.863\,in) = 391.05\,kip [math]

[math] \phi R_{n,tr} = \phi\, F_{ub}\, t_{fb}\, 0.5 L_{w} = (0.75) \times (65\,ksi) \times (0.8\,in) \times (10.863\,in) = 423.64\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( \phi R_{n,ty},\, \phi R_{n,tr} \right) = \min\left( (391.05\,kip),\, (423.64\,kip) \right) = 391.05\,kip [math]

[math] DCR = \frac{P_{fl}}{\phi R_{n}} = \frac{(295.2\,kip)}{(391.05\,kip)} = 0.75489 [math]

DCR = 0.755 < 1.0, OK

Paso 6: Soldadura de filete en el alma de la viga en tensión. (Guía de diseño AISC 39 Fig. 3-17, Eq. 3-39 a 3-41a)

Los pernos tensores se encuentran justo al lado del alma de la viga., entonces parte de su fuerza va hacia el alma en lugar de hacia el ala. Las soldaduras del alma cerca de los pernos tensores deben transmitir esa fuerza a la placa final..

Longitud efectiva de soldadura en tensión

Sólo cuenta la soldadura del alma cerca de los pernos tensores.: desde el final del filete de la brida hacia abajo pasando la última fila de pernos de tensión más 6 in, pero no más allá de la mitad de la profundidad. Con [mathin] k_{det} = 2.0625\,in [mathin] y [mathin] n_{rt} = 2 [mathin] filas de pernos en tensión:

[math] L_{wt} = 2 \left( \min\left( p_{f} – \left( k_{det} – t_{fb} \right) + s_{r} \left( n_{rt} – 1 \right) + 6\,in,\, 0.5\, d_{bm} – k_{det} \right) \right) [math]

[math] L_{wt} = 2 \left( \min\left( (2\,in) – \left( (2.0625\,in) – (0.8\,in) \right) + (3\,in)\left( (2) – 1 \right) + 6\,(1\,in),\, 0.5\,(21.4\,in) – (2.0625\,in) \right) \right) [math]

[math] L_{wt} = 17.275\,in [math]

Aquí rige el límite de media profundidad..

Fuerza en la soldadura del alma

Todos [mathin] n_{t} = 4 [mathin] Los pernos de tensión están al lado de la web., asi que [mathin] n_{trib} = 4 [mathin] y el alma toma toda la fuerza de tensión del ala. De nuevo hay un piso, aquí 60% del límite elástico del alma sobre la longitud de la soldadura:

[math] P_{w} = \max\left( \frac{n_{trib}}{n_{t}} \left( \frac{M_{ux}}{d_{bm} – t_{fb}} + \frac{T_{u}}{2} \right),\, 0.6\, F_{yb} \left( 0.5 L_{wt} \right) t_{wb} \right) [math]

[math] P_{w} = \max\left( \frac{(4)}{(4)} \left( \frac{(200\,kip\text{-}ft)}{(21.4\,in) – (0.8\,in)} + \frac{(150\,kip)}{2} \right),\, 0.6\,(50\,ksi)\,(0.5\,(17.275\,in))\,(0.5\,in) \right) [math]

[math] P_{w} = 191.5\,kip [math]

Fuerza de soldadura

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX} \left( \frac{\sqrt{2}}{2} W_{2} \right) L_{wt}\, 1.5 [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75)\, 0.6\, (70\,ksi) \left( \frac{\sqrt{2}}{2} (0.375\,in) \right) (17.275\,in)\, 1.5 = 216.44\,kip [math]

[math] DCR = \frac{P_{w}}{\phi R_{n}} = \frac{(191.5\,kip)}{(216.44\,kip)} = 0.8848 [math]

DCR = 0.885 < 1.0, OK

Paso 7: Metal base del alma de la viga en la soldadura (AISC 360-16 J4.1)

El alma junto a la soldadura de tracción debe llevar la misma 191.5 kip sin ceder ni romperse. Como con la brida, la longitud es una línea de soldadura, [mathin] 0.5 L_{w} = 8.6375\,in [mathin].

[math] \phi R_{n,ty} = \phi\, F_{yb}\, t_{wb}\, 0.5 L_{w} = (0.9) \times (50\,ksi) \times (0.5\,in) \times (8.6375\,in) = 194.34\,kip [math]

[math] \phi R_{n,tr} = \phi\, F_{ub}\, t_{wb}\, 0.5 L_{w} = (0.75) \times (65\,ksi) \times (0.5\,in) \times (8.6375\,in) = 210.54\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( (194.34\,kip),\, (210.54\,kip) \right) = 194.34\,kip [math]

[math] DCR = \frac{P_{w}}{\phi R_{n}} = \frac{(191.5\,kip)}{(194.34\,kip)} = 0.98539 [math]

DCR = 0.985 < 1.0, OK

El 1/2 en la web es lo que limita este cheque. Una soldadura de red más grande no ayudaría, porque la propia web cede primero.

Paso 8: Soldadura de filete en el alma de la viga en corte (AISC 360-16 J2.4, Ecuación manual AISC. 9-2)

El cortante de la viga entra en la placa final a través de las soldaduras del alma.. Guía de diseño 39 lo asigna a la soldadura del alma fuera de la zona de tensión del Paso 6.

Longitud efectiva de soldadura en corte

[math] L_{wv} = 2 \left( \min\left( d_{bm} – 2 k_{det} – 0.5 L_{wt},\, 0.5\, d_{bm} – k_{det} \right) \right) [math]

[math] L_{wv} = 2 \left( \min\left( (21.4\,in) – 2\,(2.0625\,in) – 0.5\,(17.275\,in),\, 0.5\,(21.4\,in) – (2.0625\,in) \right) \right) = 17.275\,in [math]

Límite del metal base en el tamaño de la soldadura

Una soldadura de filete no puede ser más fuerte que el metal al que está soldada.. Ecualización manual. 9-2 da el tamaño de soldadura más grande, en dieciseisavos de pulgada, que el metal base puede soportar. La web tiene soldaduras en ambas caras., entonces cada soldadura obtiene la mitad del espesor de la red:

[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{(1\,in) \times (65\,ksi) \le (0.25\,in) \times (65\,ksi)}{(3.09\,kip/in) \times (1)} = 5.2589 [math]

Por lo tanto, el tamaño efectivo de soldadura es [mathin] 5.2589/16 = 0.3287\,in [mathin], menos que el 3/8 en especificado.

Fuerza de soldadura

El corte corre a lo largo de la soldadura., por lo que no hay aumento direccional:

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX} \frac{\sqrt{2}}{2} \left( W_{2} \le \frac{D_{max}}{16} \right) L_{wv} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times 0.6 \times (70\,ksi) \times \frac{\sqrt{2}}{2} \times \left( (0.375\,in) \le \frac{(5.2589)}{(16)} \right) \times (17.275\,in) [math]

[math] \phi R_{n} = 126.47\,kip [math]

[math] DCR = \frac{V_{u}}{\phi R_{n}} = \frac{(125\,kip)}{(126.47\,kip)} = 0.98837 [math]

DCR = 0.988 < 1.0, OK

Esta es la verificación que rige la conexión., justo por delante del espesor de la placa final. La capacidad la establece el alma de la viga., entonces una soldadura más grande no agrega nada.

Paso 9: Cizalla de perno (AISC 360-16 J3.6)

Los pernos también transportan el cortante de la viga a través de la unión entre la placa terminal y el ala de la columna.. Son tornillos tipo rodamiento A490-N., con hilos incluidos en el plano de corte, por lo que cada uno tiene un esfuerzo cortante nominal de [mathin] F_{nv} = 68\,ksi [mathin].

Dónde [mathin] \phi = 0.75 [mathin], [mathin] N_{s} = 1 [mathin] plano de corte, y [mathin] n_{v} = 12 [mathin] es el número de pernos que el informe cuenta como resistentes al corte:

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

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times (68\,ksi) \times \frac{\pi}{4} \times \left( (1\,in) \right)^{2} \times (1) \times (1) \times (12) [math]

[math] \phi R_{n} = 480.66\,kip [math]

DCR = 125 kip / 480.66 salto = 0.260 < 1.0, OK

Guía de diseño 39 normalmente asigna el corte a los pernos del lado de compresión, porque los pernos tensores ya están trabajando en tensión. La cizalla de perno tiene mucha reserva aquí de cualquier manera.

Paso 10: Cojinete de perno y desprendimiento en la placa final. (AISC 360-16 J3.10)

Cada perno empuja el borde de su orificio en la placa final.. La placa se deforma en el agujero (Llevando) o arranca una tira hacia el siguiente agujero (arrancar). El cortante de la viga empuja la placa terminal hacia abajo., de modo que cada perno se apoye en el borde superior de su orificio.

Las ranuras corren horizontalmente., por lo que la carga vertical cumple con el 1.125 en ancho de ranura:

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

Con [mathin] t_{p} = 1\,in [mathin], [mathin] F_{up} = 65\,ksi [mathin], [mathin] n_{v} = 12 [mathin] y [mathin] \phi = 0.75 [mathin]:

[math] \phi R_{n,tearout} = \phi\, \min\left( 1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b} \right) t_{p}\, F_{up}\, n_{v} [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = (0.75) \times \min\left( 1.2 \times (1.875\,in),\, 2.4 \times (1\,in) \right) \times (1\,in) \times (65\,ksi) \times (12) [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = 1316.3\,kip [math]

DCR = 125 kip / 1316.3 salto = 0.095 < 1.0, OK

Paso 11: Soporte de perno y desgarro en el ala de la columna (AISC 360-16 J3.10)

La misma verificación se aplica al ala de la columna., que tiene agujeros estándar y es 1.56 en grueso:

[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 (1.875\,in),\, 2.4 \times (1\,in) \right) \times (1.56\,in) \times (65\,ksi) \times (12) [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = 2053.3\,kip [math]

DCR = 125 kip / 2053.3 salto = 0.061 < 1.0, OK

Paso 12: Flexión del ala de la columna en los pernos tensores (Guía de diseño AISC 39, Tabla A-2 y ecuación. 3-43)

Los pernos tensores tiran del ala de la columna y de la placa terminal., para que el ala de la columna pueda doblarse en el mismo tipo de patrón de línea de fluencia. Si es demasiado delgado, la columna necesita refuerzos o placas de respaldo en los pernos de tensión.

El paso de la línea de fluencia para el ala de la columna utiliza su ancho:

[math] s = \frac{\sqrt{b_{fs}\, g}}{2} = \frac{\sqrt{(15.8\,in)(7.5\,in)}}{2} = 5.4429\,in [math]

Para un patrón de cuatro pernos en una columna no rígida que continúa por encima y por debajo de la conexión, La Tabla A-2 proporciona, con [mathin] c = 3\,in [mathin] (el espacio entre filas de pernos, para una placa de accionamiento):

[math] Y_{c} = \frac{b_{fs}}{2} \left( \frac{h_{1}}{s} + \frac{h_{2}}{s} \right) + \frac{2}{g} \left( h_{1} \left( s + \frac{3c}{4} \right) + h_{2} \left( s + \frac{c}{4} \right) \right) + \frac{g}{2} = 114.67\,in [math]

La resistencia a la flexión del ala de la columna es:

[math] M_{cf} = \phi\, F_{ys}\, t_{fs}^{2}\, Y_{c} = (0.9)\,(50\,ksi)\,(1.56\,in)^{2}\,(114.67\,in) = 1046.4\,kip\text{-}ft [math]

Se compara con el mismo 1.10 multiplicado por el momento equivalente utilizado para la placa terminal:

[math] DCR = \frac{1.1\, M_{u,eq}}{M_{cf}} = \frac{(361.62\,kip\text{-}ft)}{(1046.4\,kip\text{-}ft)} = 0.34558 [math]

DCR = 0.346 < 1.0, OK

La brida W14x211 es 1.56 en grueso, y la fuerza aumenta con el cuadrado del espesor, por lo que no se necesitan refuerzos.

Paso 13: Columna bajo la fuerza del ala de compresión. (AISC 360-16 J10, Guía de diseño AISC 39)

El ala comprimida de la viga empuja la placa terminal hacia el ala de la columna.. Esa fuerza concentrada debe ser soportada por el ala y el alma de la columna sin fallas locales., y el panel del alma de la columna tiene que soportarlo como cortante.

Fuerza de compresión de la brida

[math] P_{fc} = \frac{M_{ux}}{d_{bm} – t_{fb}} + \frac{C_{u}}{2} = \frac{(200\,kip\text{-}ft)}{(21.4\,in) – (0.8\,in)} + \frac{(150\,kip)}{2} = 191.5\,kip [math]

Flexión local de brida (Eq. J10-1)

[math] \phi R_{n,flb} = \phi\, 6.25\, F_{ys} \left( t_{fs} \right)^{2} = (0.9) \times 6.25 \times (50\,ksi) \times \left( (1.56\,in) \right)^{2} = 684.45\,kip [math]

Pandeo por compresión del alma (Eq. J10-8)

Con la dimensión de la columna T, [mathin] T_{sup} = 10\,in [mathin], como la profundidad de la web y [mathin] Q_{f} = 1 [mathin]:

[math] \phi R_{n,wcb} = \phi \left( \frac{24\, t_{ws}^{3} \sqrt{E\, F_{ys}}}{T_{sup}} \right) Q_{f} = (0.9) \times \left( \frac{24 \times (0.98\,in)^{3} \times \sqrt{(29000\,ksi) \times (50\,ksi)}}{(10\,in)} \right) \times (1) = 2448\,kip [math]

Longitud del rodamiento (Guía de diseño 39 Eq. 3-47)

La fuerza del ala se propaga a través de las soldaduras del ala y la placa terminal antes de llegar a la columna.. Debajo de la brida, la extensión se detiene en el borde del plato. esa distancia es [mathin] d_{pe} = 0.3625\,in [mathin]: la 0.8 en la placa se extiende más allá de la brida, menos el 7/16 en soldadura.

[math] l_{b} = t_{fb} + 2 W_{1} + t_{p} + \min\left( d_{pe},\, t_{p} \right) [math]

[math] l_{b} = (0.8\,in) + 2\,(0.4375\,in) + (1\,in) + \min\left( (0.3625\,in),\, (1\,in) \right) = 3.0375\,in [math]

Web local paralizante (Eq. J10-4)

[math] \phi R_{n,wlc} = \phi\, 0.8 \left( t_{ws} \right)^{2} \left[ 1 + 3 \left( \frac{l_{b}}{d_{sup}} \right) \left( \frac{t_{ws}}{t_{fs}} \right)^{1.5} \right] \sqrt{\frac{E\, F_{ys}\, t_{fs}}{t_{ws}}}\, Q_{f} [math]

[math] \phi R_{n,wlc} = (0.75) \times 0.8 \times \left( (0.98\,in) \right)^{2} \times \left[ 1 + 3 \times \left( \frac{(3.0375\,in)}{(15.7\,in)} \right) \times \left( \frac{(0.98\,in)}{(1.56\,in)} \right)^{1.5} \right] \times \sqrt{\frac{(29000\,ksi) \times (50\,ksi) \times (1.56\,in)}{(0.98\,in)}} \times (1) = 1128.5\,kip [math]

Rendimiento local web (Guía de diseño 39 Eq. 3-46)

Dónde [mathin] C_{t} = 1 [mathin] porque la conexión está lejos del final de la columna, y [mathin] k_{des} = 2.16\,in [mathin]:

[math] \phi R_{n,wly} = \phi \left( 6\, C_{t}\, k_{des} + l_{b} \right) F_{ys}\, t_{ws} = (1)\,(6\,(1)\,(2.16\,in) + (3.0375\,in))\,(50\,ksi)\,(0.98\,in) = 783.88\,kip [math]

Corte de zona del panel web (Eq. J10-9)

[math] \phi R_{n,wpz} = \phi\, 0.6\, F_{ys}\, d_{sup}\, t_{ws} = (0.9) \times 0.6 \times (50\,ksi) \times (15.7\,in) \times (0.98\,in) = 415.42\,kip [math]

Fuerza de la columna gobernante

[math] \phi R_{n} = \min\left( (684.45\,kip),\, (2448\,kip),\, (1128.5\,kip),\, (783.88\,kip),\, (415.42\,kip) \right) = 415.42\,kip [math]

DCR = 191.5 kip / 415.42 salto = 0.461 < 1.0, OK

El corte de la zona del panel gobierna la columna.. El pesado W14x211, con un 0.98 en la web y un 1.56 en brida, No necesita refuerzos ni placas dobles para esta carga..

Resumen de comprobaciones de diseño.

La placa final enrasada pasa todas las pruebas, con cuatro de ellos dentro 3% de capacidad. La soldadura del alma en corte gobierna en 0.98837, con el espesor de la placa terminal en 0.9878 justo detrás de él, luego el metal base del alma de la viga en 0.985 y la altura de la placa en 0.979. Cizalla de perno, Los controles de rodamiento y columna tienen mucha reserva., por lo que cualquier cambio para hacer que esta conexión soporte más carga comienza con el alma de la viga y la placa final..

Qué cambiar si falla un cheque

• Diámetro de perno requerido: use un perno más grande, o agregue columnas de pernos para que más pernos compartan la tensión. Si el pulsador no puede funcionar, una placa terminal extendida coloca una fila de pernos fuera de la brida tensora, donde su brazo de palanca es más largo.
• Espesor requerido de la placa final: utilizar un plato más grueso, o reduzca el calibre o el desplazamiento de la brida del perno para aumentar el parámetro de la línea de fluencia. Una placa terminal extendida o reforzada proporciona un parámetro de línea de fluencia mucho mayor..
• soldadura de brida: aumentar el tamaño de la soldadura, o utilice una soldadura de penetración de unión completa. El 0.6 Fy piso significa que la soldadura de la brida tiene el tamaño adecuado para la brida., no es el momento.
• Soldadura de alma o metal base de alma: el alma de la viga suele ser el límite, entonces una soldadura más grande no ayuda. Una viga con una red más gruesa., o una viga más profunda con mayor longitud de soldadura del alma, hace.
• Perno cortante o cojinete: Utilice un perno más grande o de mayor calidad., o agregar filas de pernos.
• Doblado del ala de la columna: añadir refuerzos al nivel de los pernos tensores, o utilice una columna más pesada con un ala más gruesa.
• Columna en compresión: agregue refuerzos opuestos al ala comprimida para verificaciones locales del ala y del alma, o una placa doble para corte de zona del panel.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre una conexión de momento de placa final empotrada y extendida??

Una placa final enrasada se detiene en las alas de la viga., entonces todos los pernos están entre las bridas. Una placa terminal extendida sobresale más allá de la brida tensora con una fila de pernos fuera de ella.. La fila exterior tiene un brazo de palanca más largo y la extensión agrega líneas de paso, entonces una placa extendida conlleva un momento mucho mayor. Se utiliza una placa de accionamiento cuando la conexión debe permanecer dentro de la profundidad de la viga., por ejemplo debajo de una losa del piso.

¿Por qué los pernos están diseñados para que no hagan palanca??

Guía de diseño 39 utiliza un enfoque de placa gruesa para placas finales: Dimensiona los pernos según su resistencia a la tracción sin hacer palanca, luego hace que la placa final sea lo suficientemente gruesa como para permanecer rígida, por lo que las fuerzas indiscretas nunca se desarrollan. Por eso primero se comprueba el diámetro del perno. (Paso 2) y el espesor de la placa en segundo lugar, con un 1.10 factor en el momento (Paso 3).

cual es el 0.8 factor de reducción para placas finales enrasadas?

Las placas finales enrasadas son más flexibles que las extendidas. Guía de diseño 39 multiplica su resistencia a la línea de cedencia por un factor de reducción de 0.8, para que la conexión sea lo suficientemente rígida como para ser tratada como totalmente restringida. El factor se encuentra en el denominador de la ecuación del espesor de la placa en el Paso 3, por lo que hace que la placa requerida sea más gruesa.

¿Cómo cambia la carga axial el diseño de la placa terminal??

La tensión axial aumenta la tensión en los pernos de tensión.. La guía lo convierte a un momento equivalente., la mitad de la tensión multiplicada por la distancia entre los centroides de las bridas, y lo suma al momento de la viga: 200 kip-ft se convierte 328.75 kip-ft aquí. La compresión axial suma la mitad de su valor a la fuerza de compresión del ala que la columna debe resistir en el Paso 13.

¿Por qué se permiten orificios de ranura corta con pernos tipo cojinete??

AISC 360-16 J3.2 permite orificios con ranuras cortas en conexiones tipo rodamiento cuando la ranura es perpendicular a la dirección de la carga.. Las ranuras en esta placa final son horizontales y la cizalla es vertical., por lo que los pernos pueden ser A490-N en lugar de críticos para el deslizamiento. Las ranuras le dan al constructor cierta tolerancia de ajuste horizontal..

¿Este ejemplo sigue la 15.ª edición del AISC o el Manual de la 16.ª edición del AISC??

Sigue AISC 360-16 y el Manual AISC 15ª edición, que está escrito alrededor de esa Especificación, con el procedimiento de placa final de la Guía de diseño 39. El Manual AISC 16.ª edición se combina con el último 360-22 Especificación. Los números de cláusulas y ecuaciones cambiaron en la edición más reciente, así que verifique las referencias con la edición que utiliza su proyecto..

¿Cómo cambiaría esto para AISC ASD en lugar de LRFD??

Los estados límite y las resistencias nominales son los mismos.. Con AISC ASD usted compara las fuerzas de nivel de servicio con la resistencia nominal dividida por un factor de seguridad en lugar de multiplicarla por un factor de resistencia.. un factor de resistencia de 0.75 se convierte en un factor de seguridad de 2.00, 0.90 se convierte 1.67, y 1.00 se convierte 1.50. Las combinaciones de carga también cambian., entonces el momento, Las cargas cortantes y axiales son menores..

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Referencias

• AISC 360-16, Especificación para edificios de acero estructural: J2.2b (Tabla J2.4), J2.4 (Eq. J2-4), J3.2, J3.3, J3.4 (Tabla J3.4), J3.5 (Tabla J3.5), J3.6 (Eq. J3-1), J3.10 (Eq. J3-6a, J3-6c), J4.1 (Eq. J4-1, J4-2), J4.2, J10.1 (Eq. J10-1), J10.3 (Eq. J10-4), J10.5 (Eq. J10-8), J10.6 (Eq. J10-9).
• Guía de diseño AISC 39, Conexiones de momento de placa terminal: Eq. 3-30, 3-38a, 3-39 a 3-41a, 3-43, 3-46, 3-47, 5-1, 5-3a, 5-5a; Fig. 3-17; Tabla 5-3, Tabla A-2.
• Manual de construcción en acero AISC, 15a edición: Parte 1 propiedades de la sección; Parte 9 Eq. 9-2.
• Diseño de conexiones de acero utilizando AISC. 360-16
• Pernos y soldaduras en Diseño de conexión SkyCiv