Cómo diseñar una conexión de corte de placa única

Para diseñar una conexión de corte de placa única (una pestaña de corte) a AISC 360, revisas los tornillos, La placa y la soldadura contra la reacción del extremo de la viga.. Eso significa corte de perno, cojinete de perno y desgarro, corte de bloque, cedencia y rotura por cizallamiento de la placa, flexión de la placa, y resistencia de la soldadura, además de los límites de detalle y ductilidad que mantienen la conexión lo suficientemente flexible como para actuar como un simple soporte..

Esta página funciona a través de un ejemplo real de principio a fin.: una viga W18x35 enmarcada en el ala de una columna W14x90, con un 50 reacción kip LRFD, Tres 1 en pernos A490-N y un 1/2 en plato, diseñado para AISC 360-16 y el Manual AISC 15ª edición. 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 corte de placa única??

Una conexión de corte de placa única es una placa de acero soldada en taller al miembro de soporte y atornillada en campo al alma de la viga soportada.. Transfiere el cortante final de la viga., y está clasificado como una conexión simple según AISC 360-16 B3.4, por lo que está detallado para rotar en lugar de resistir el momento. También se le llama placa de corte o placa de corte..

es el mas comun conexión de corte en edificios de acero de EE. UU. porque necesita una placa, una soldadura y una línea de pernos, y la viga se puede colocar en su lugar desde un lado durante el montaje. Las alternativas para el mismo trabajo son las conexión de doble ángulo, la conexión de ángulo único y la cizalla conexión de placa final. Puedes consultar este directamente en el calculadora de conexión de placa única.

Elevación de la conexión de ejemplo.. La placa está soldada al ala de la columna y atornillada al alma de la viga., con la línea de pernos 2 desde la soldadura.

Sección A-A. La placa tiene orificios horizontales con ranuras cortas y un 5/16 en soldadura de ángulo en ambos lados.

¿Cómo se diseña una conexión de corte de placa única?? Los pasos de un vistazo

1. Verifique los límites de detalle en la viga.: espaciado de pernos, distancias al borde, profundidad de la placa.
2. Encuentre la resistencia al corte del grupo de pernos con el centro de rotación instantáneo.
3. Comprobar la ductilidad de la placa: la placa no debe ser más fuerte que los pernos.
4. Compruebe el cojinete del perno y el desgarro de la placa..
5. Comprobar el cojinete de los pernos y el desgarro en el alma de la viga..
6. cizalla combinada, rodamiento y desgarro por perno para la fuerza efectiva del grupo.
7. Comprobar el corte del bloque de la placa..
8. Comprobar la fluencia por cizallamiento y la rotura por cizallamiento de la placa..
9. Verifique la flexión de la placa utilizando el procedimiento de viga de doble cara..
10. Verifique la interacción de corte y flexión., por ceder y por romper.
11. Consulta el límite de detalles en el soporte..
12. Dimensionar la soldadura para desarrollar la placa..
13. Verifique la resistencia de la soldadura al ala de la columna..

Entradas de diseño para este ejemplo

El código de diseño es AISC. 360-16 LRFD. Las propiedades de la sección son del Manual AISC..

 

 

Paso 1: Detallando límites en el lado de la viga (AISC 360-16 J3.3, J3.4)

Antes de cualquier control de fuerza, La disposición de los pernos debe ser edificable y coincidir con los supuestos detrás de las ecuaciones de resistencia.. Los pernos que están demasiado cerca se rompen entre los agujeros., Los bordes que están demasiado cerca se arrancan., y una placa que es demasiado corta o demasiado profunda cambia la forma en que gira la conexión.

La separación mínima entre pernos es [mathin] 2\tfrac{2}{3} d_{b} [mathin] desde J3.3. La distancia mínima al borde para un 1 en perno es 1 1/4 de la Tabla J3.4. en el plato, el borde horizontal se mide a través de la ranura corta, por lo que el incremento de la Tabla J3.5 lo eleva a 1.375 in. El canto de la placa debe ser al menos la mitad de la dimensión T de la viga., para que la conexión sea lo suficientemente rígida como para sujetar el extremo de la viga, y también debe encajar dentro del alma de la viga..

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

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 distancia al borde horizontal de la placa.:

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

DCR = 0.917 < 1.0, OK

Paso 2: Resistencia al corte del grupo de pernos por el centro de rotación instantáneo (AISC 360-16 J3.6)

La reacción del haz actúa lejos de la línea de pernos., entonces los pernos soportan un pequeño momento así como el cortante. El centro instantáneo de rotación. (ICOR) El método encuentra el punto sobre el que gira el grupo de tornillos y lo convierte en un coeficiente C., cual es cuantos tornillos’ Valor de resistencia al corte que el grupo realmente ofrece..

Excentricidad del diseño

La línea de pernos es 2 desde la soldadura, pero el grupo de pernos está diseñado para una excentricidad de 1 in, porque la tabla manual AISC 10-9 establece la excentricidad de diseño para una conexión de placa única convencional, y para este número de pernos y tipo de orificio es la mitad de la distancia de soldadura a perno:

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

Fuerza de un perno

[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]

aquí [mathin] h_{f} = 1 [mathin] porque no hay rellenos (AISC 360-16 J5.2(a)):

[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]

Localizando el centro instantáneo

Tornillo 1 está al final de la línea, con las coordenadas siguientes. El IC se encuentra por iteración., utilizando la curva carga-deformación de la ecuación manual AISC (7-1) en las páginas 7-6 a 7-8. El Cálculo del grupo de tornillos usando ICOR recorre esa iteración en su totalidad.

La iteración converge con el IC en:

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

Las reacciones del perno en ese lugar son:

Eso da los dos coeficientes utilizados en el resto del diseño.:

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

C = 2.71 para tres pernos significa el 1 en excentricidad le cuesta al grupo aproximadamente 10% de su fuerza concéntrica. C’ es el coeficiente solo para el momento, cual se verifica la ductilidad en el paso 3 usos.

Fuerza del grupo de pernos

[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 salto = 0.461 < 1.0, OK

Paso 3: Ductilidad de la placa, espesor máximo de la placa (Ecuación manual AISC. 10-3, 10-4)

Una placa de corte tiene que girar cuando la viga se desvía.. Si la placa es más fuerte a la flexión que los pernos al corte, Los pernos se fracturan antes de que la placa ceda., que es de repente, fracaso frágil. Limitar el espesor de la placa garantiza que la placa ceda primero.

primero, el momento de fuerza del grupo de pernos, usando C’ desde el paso 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]

Luego la placa más gruesa cuyo momento plástico no lo exceda:

[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 in / 0.51772 en = 0.966 < 1.0, OK

A 0.966 Esta es la prueba de resistencia más estricta en la conexión.. A 5/8 en placa lo fallaria, aunque un plato más grueso parece “más fuerte”.

Paso 4: Cojinete de perno y desmontaje en la placa única. (AISC 360-16 J3.10)

Cada perno empuja hacia abajo el borde de su orificio en la placa.. La placa se deforma en el agujero (Llevando, limitado a 2.4 d t Fu) o arranca una tira hasta el siguiente agujero o hasta el borde inferior (arrancar, 1.2 lc t Fu). El perno inferior tiene la distancia libre más corta., entonces es el débil.

Distancia libre para el perno de borde, con [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin], la dimensión del agujero a lo largo de la longitud del miembro:

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

Distancia libre entre los pernos interiores.:

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

La resistencia al rodamiento y al desgarro del grupo., escalado por C / n para la excentricidad:

[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 salto = 0.404 < 1.0, OK

Paso 5: Soporte de pernos y desgarro en el alma de la viga (AISC 360-16 J3.10)

La misma verificación se aplica al alma de la viga.. La viga no está revestida y su ala inferior está muy por debajo de los pernos., así que no hay borde para arrancar, y cada perno soporta como un perno interior.

[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 salto = 0.561 < 1.0, OK

El alma de la viga y la placa tienen la misma resistencia a la tracción. (65 KSI), pero el 0.3 en la web es más delgado que el 1/2 en plato, por lo que la web tiene la menor capacidad de las dos.

Paso 6: Fuerza efectiva del grupo de tornillos. (AISC 360-16 J3.6 Comentario)

Cizalla de perno, El rodamiento y el desmontaje no son realmente controles separados.. Cada perno ofrece la menor cantidad de su resistencia al corte y su resistencia al desgarro en cada capa a través de la cual pasa., y la fuerza del grupo es la suma de esos valores por perno.

Las resistencias al desgarro y al rodamiento por perno, para el perno del borde de la placa, un perno interior de placa y el alma de la viga:

[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]

Los pernos están numerados desde la parte superior de la línea aquí., así que perno 3 es el perno de borde en la placa:

[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 salto = 0.594 < 1.0, OK

Ninguno de los tres pernos está limitado por el cortante de pernos AISC.. El apoyo en el alma de la viga y el desgarro en la parte inferior de la placa rigen, lo cual es típico cuando los pernos son de alta resistencia y las capas son delgadas. Puede ejecutar la misma conexión en el calculadora de diseño de conexión gratuita y cambie el grado del perno o la distancia al borde de la placa para ver qué perno se mueve.

Paso 7: Corte en bloque de la placa única. (AISC 360-16 J4.3)

Un bloque de la placa puede romperse a lo largo de la línea de pernos.: corte la línea de agujeros más tensión a través de la pata corta hasta el borde libre de la placa. Con una columna de pernos, se trata de un bloque en forma de L..

El área de tensión neta utiliza la dimensión del agujero a lo largo de la longitud del miembro., [mathin] d_{h} = 1.3125\,in [mathin], porque las ranuras corren horizontalmente. Cada agujero suma 1/16 en busca de daños durante el punzonado (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]

Áreas de corte brutas y netas, con [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin] a lo largo de la longitud del miembro:

[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]

Resistencia al corte del bloque, con [mathin] U_{bs} = 1 [mathin] para una tensión uniforme:

[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 salto = 0.581 < 1.0, OK

Paso 8: Cizallamiento y rotura por cizallamiento de la placa única. (AISC 360-16 J4.2)

La reacción completa pasa a través de la placa como corte vertical.. La sección bruta no debe ceder, y la sección de la red a través de los orificios de los pernos no debe romperse.

Rendimiento al corte (Eq. 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]

ruptura por corte (Eq. 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 salto = 0.629 < 1.0, OK

Paso 9: Flexión de la placa mediante el procedimiento de doble viga recortada. (AISC 360-16 F11.2)

La reacción actúa 2 desde la soldadura, entonces la placa es un voladizo corto al doblarse. Una profunda, la placa delgada puede doblarse hacia los lados antes de ceder. El Manual AISC maneja esto con el procedimiento para una viga refrentada refrentada en ambas alas., Tratar la placa como el alma de una viga con las alas cortadas.. La longitud no arriostrada es la distancia entre la soldadura y el perno., [mathin] L_{b} = 2\,in [mathin].

fluencia por flexión y pandeo lateral-torsional

primero, confirme que la placa esté en el rango donde la ecuación. Se aplica 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]

Módulos de sección de la placa.:

[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]

Factor de modificación de pandeo lateral-torsional, Ecuación manual AISC. (9-15), sin hacer frente ([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]

La tapa de momento de plástico gobierna, por lo que la placa no es propensa a pandearse a esta profundidad y espesor. Como corte equivalente en la línea de pernos:

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

Rotura por flexión en la sección neta.

El módulo de sección plástica neta a través de los agujeros., de la parte del manual AISC 15 Tabla 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 salto = 0.321 < 1.0, OK

Paso 10: Interacción de corte y flexión de la placa única. (Parte del manual AISC 10)

La placa soporta corte y flexión en la misma sección al mismo tiempo., entonces los dos tienen que ser revisados ​​juntos. El Manual utiliza una interacción circular., Se hace una vez con los puntos de fluencia y otra vez con los puntos de rotura..

Flexible

[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, OK

Ruptura

[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, OK

Paso 11: Límite de detalle en el lado del soporte.

La soldadura de filete se asienta en el espacio entre el ala de la columna y el extremo de la viga., por lo que la soldadura no puede ser mayor que el espacio libre de la viga o la viga no encajará.

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

DCR = 0.626 < 1.0, OK

Paso 12: Soldadura necesaria para desarrollar la placa única. (Parte del manual AISC 10)

La verificación de ductilidad en el paso 3 hace que el plato ceda primero. Eso solo funciona si la soldadura no falla antes que la placa.. Dos soldaduras de filete, cada uno al menos 5/8 del espesor de la placa, desarrollar la fuerza de la placa.

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

DCR = 0.3125 in / 0.3125 en = 1.000, OK

una proporción de exactamente 1.000 es normal aquí. El 5/16 en soldadura fue elegido de esta regla, no de la carga.

Paso 13: Capacidad de soldadura de filete al ala de la columna (AISC 360-16 J2.4)

Último, las soldaduras tienen que llevar la reacción misma. Su fuerza depende del tamaño., longitud y dirección de carga. El metal base a cada lado de la soldadura., Aquí la placa y el ala de la columna., También puede limitar la cantidad del tamaño de la soldadura que cuenta..

Límite del metal base en el tamaño de la soldadura (Ecuación manual AISC. 9-2)

El tamaño de soldadura más grande, en dieciseisavos de pulgada, que la parte conectada más delgada puede soportar. La placa está soldada por ambos lados., por lo que la mitad de su espesor está disponible para cada soldadura:

[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]

Así que hasta 5.26/16 en recuentos de tamaño de soldadura. El 5/16 en soldadura está por debajo de eso, entonces se usa el tamaño completo.

Longitud efectiva

Dos líneas de soldadura, cada uno reducido en 2W en los extremos:

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

Fuerza de soldadura

La carga corre paralela a las soldaduras., asi que [mathin] \theta = 0 [mathin] y no hay aumento direccional:

[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 salto = 0.429 < 1.0, OK

Resumen de comprobaciones de diseño.

La conexión pasa todos los controles.. Dos proporciones se encuentran cerca 1.0, y ninguno mide la carga contra la capacidad. La verificación de soldadura a revelado es exactamente 1.000 porque la soldadura fue dimensionada desde el 5/8 t regla, y la verificación de ductilidad es 0.966 porque un 1/2 La placa está justo debajo de la placa más gruesa que aún cede antes de que se rompan los pernos.. De los controles que comparan carga con capacidad, rotura por cizallamiento de la placa (0.629) es el mas alto, seguido de cerca por la fuerza efectiva del grupo de pernos (0.594), que se fija por rodamiento en el 0.3 en el alma de la viga y corte en la parte inferior de la placa.

Qué cambiar si falla un cheque

• Fuerza efectiva o cortante del grupo de pernos: agregar una fila de tornillos, que eleva C, o use un perno más grande. Acercar la línea de pernos a la soldadura reduce e y aumenta C.
• Ductilidad (t_max): usar un plato más delgado, o un grado de placa de menor resistencia. Una placa más gruesa empeora este control..
• Arranque en el plato: aumentar la distancia del borde vertical debajo del perno inferior.
• Apoyo sobre el alma de la viga: esto depende del espesor y el grado de la red, así que agregue una fila de tornillos o elija una viga más pesada.
• corte de bloque, rotura por cortante o rotura por flexión: hacer la placa más profunda con otra fila de pernos, o hacerlo más grueso si la verificación de ductilidad tiene espacio.
• Soldar para desarrollar la placa.: aumentar la soldadura a 5/8 del espesor de la placa, siempre que todavía encaje dentro del espacio libre de la viga.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el grupo de tornillos está diseñado para un 1 en excentricidad cuando los pernos están 2 desde la soldadura?

Tabla Manual AISC 10-9 establece la excentricidad de diseño para una conexión de placa única convencional en función del número de pernos y el tipo de orificio. Para esta conexión de tres pernos, es la mitad de la distancia desde la línea de soldadura hasta la línea de pernos., asi que 2 en se convierte 1 in. Luego, la soldadura se diseña solo para la reacción.. Esta calibración proviene de pruebas en pestañas de corte reales., que giran y pierden la mayor parte del momento final.

¿Cuál es la diferencia entre las configuraciones de placa única convencional y extendida??

La configuración convencional cubre una única fila vertical de 2 a 12 pernos con la línea de pernos no más de 3 1/2 desde la soldadura, más los límites de distancia al borde y espesor en la Parte 10 del Manual AISC. Dentro de esos límites, la tabla simplificada 10-9 El enfoque en este ejemplo se aplica. Cualquier cosa fuera de ellos, como una placa más larga que pasa más allá del ala de una columna hasta una línea de pernos más profunda, es la configuración extendida y necesita un análisis más completo que incluya el pandeo de la placa.

¿Por qué la placa utiliza orificios con ranuras cortas??

Las ranuras cortas horizontales en la placa permiten que el extremo de la viga gire y le dan al constructor cierta tolerancia de ajuste., ambos se adaptan a una conexión simple. Porque las ranuras corren perpendiculares a la carga vertical., los controles de cojinetes y desgarro utilizan la dimensión del orificio a través de la ranura. La distancia del borde horizontal en la placa toma un pequeño incremento de la Tabla J3.5, por eso su límite es 1.375 en lugar de 1.25 in.

¿Por qué la soldadura de filete tiene un tamaño de 5/8 del espesor de la placa?

El diseño se basa en que la placa ceda antes de que suceda algo quebradizo.. Dos soldaduras de filete, cada 5/8 del espesor de la placa, son lo suficientemente fuertes como para desarrollar la placa, por lo que la soldadura no puede convertirse en el eslabón débil incluso si la placa cede. Para 1/2 en plato que da un 5/16 en soldadura, es por eso que ese cheque aterriza exactamente en 1.0.

¿Qué control suele controlar una pestaña de corte??

Para una placa de corte típica con pernos de alta resistencia, El rodamiento o desgarro en la capa más delgada y el límite de ductilidad en el espesor de la placa tienden a gobernar en lugar del corte del perno.. En este ejemplo, la relación de carga más alta es la rotura por corte de la placa en 0.629, con la fuerza efectiva del grupo de pernos a continuación en 0.594, controlado por apoyo en el alma de la viga. El control de ductilidad se sitúa en 0.966.

¿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. El Manual AISC 16.ª edición se combina con el último 360-22 Especificación. Los estados límite para una conexión a cortante de placa única son los mismos en ambos, pero las referencias de cláusulas y páginas se mueven, así que compruébalos con la edición que utiliza tu proyecto..

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

Los estados límite y las resistencias nominales son idénticos.. Con AISC ASD se compara la reacción del 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, y rendimiento de corte 1.00 se convierte 1.50. Las combinaciones de carga también cambian., entonces la demanda es menor.

¿Está marcada la columna en este diseño??

El ala de la columna ingresa a través de la verificación del metal base de soldadura en el Paso 13, donde su espesor y resistencia a la tracción limitan el tamaño de soldadura utilizable. En este ejemplo la placa, no el 0.71 en ala de columna, controla ese límite. Los estados límite locales del alma del pilar y del ala no forman parte de esta verificación de placa única.

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Referencias

• AISC 360-16, Especificación para edificios de acero estructural: B3.4, B4.3, F11.2 (Eq. F11-2), J2.4 (Eq. J2-4), J3.3, J3.4 (Tabla J3.4), J3.5 (Tabla J3.5), J3.6 (Eq. J3-1) y comentario, J3.10 (Eq. J3-6a, J3-6c), J4.2 (Eq. J4-3, J4-4), J4.3 (Eq. J4-5), J5.2(a).
• Manual de construcción en acero AISC, 15a edición: Parte 7, paginas 7-6 a 7-8 (Eq. 7-1); Parte 9, Eq. 9-2, 9-4 y 9-15; Parte 10, Eq. 10-3 y 10-4, Tabla 10-9 y pagina 10-87; Parte 15, Tabla 15-3.
• Cálculo de grupos de tornillos usando ICOR
• Diseño de conexiones de acero utilizando AISC. 360-16
• Pernos y soldaduras en Diseño de conexión SkyCiv