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AISC 360: Exemple de conception de connexion de cisaillement

Exemple de conception de connexion AISC

Exemple de conception de connexion AISC. Les connexions de cisaillement entre les sections en forme de I font partie des connexions les plus courantes dans la conception en acier. Pour aider à comprendre les vérifications de conception requises conformément à l'AISC 360, cet article utilisera un exemple de conception pour les expliquer. Avec ce type de connexion, nous pouvons également accéder rapidement aux résultats de cet exemple en utilisant le Conception de connexion SkyCiv module. Assurez-vous de consulter l'article supplémentaire sur concevoir une connexion momentanée.

Les calculs présentés ici utiliseront la conception des contraintes admissibles (ASD) méthode. Si vous n'êtes pas familier avec la différence entre ASD et LRFD dans la conception structurelle, assurez-vous de regardez notre vidéo expliquer cela.

Exemple de conception de connexion AISC

Pour cet exemple, nous allons évaluer la capacité d'une connexion mono-plaque entre une poutre W16x50 et un poteau W14x90 en utilisant les dimensions et les boulons indiqués ci-dessous. Cette connexion doit pouvoir supporter les réactions d'extrémité de poutre.

 

Étant donné:

Charges de niveau de service & Matériel:

Réaction de la charge permanente (RD) = 8.0 kips
Réaction de Live Load (RL) = 25.0 kips

Matériau de la plaque: ASTM A36, Fy = 36 KSI, Fu = 58 KSI
Matériau de la poutre et de la colonne: ASTM A992, Fy = 50 KSI, Fu = 65 KSI

Géométrie des poutres et des poteaux:

Faisceau: L16x50; tw = 0.380 dans, d = 16.3 dans., t f = 0.630 dans
Colonne: L14x90; tf = 0.710 dans.
Plaque de cisaillement: 1/4 en épaisseur; 4 1/2 en x 11 en dimensions

Agencements (Boulons et soudures):
(4) – 3/4-dans.-boulons ASTM A325-N de diamètre dans les trous standard

70-filets d'électrode ksi

 

Calcul de la charge:

LRFD:

Réaction ultime (Ru) = 1.2(8.0 kips) + 1.6(25.0 kips) = 49.6 kips

ASD:

Réaction admissible (En dehors) = 8.0 kips + 25 kips = 33.0 kips

3Modèle D de la connexion dans le module de connexion SkyCiv

Utilisation du logiciel SkyCiv Connection Design, les différentes parties de la connexion seront maintenant vérifiées conformément aux vérifications de la section J de l'AISC 360:

Cisaillement de la plaque Web (L14x90)
Capacité de cisaillement admissible:Capacité de cisaillement admissible: Ω = 1.5

Rav = (0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 KSI) (0.25 dans) 11.5 dans / 1.5 ] = 41.4 kips

Rapport de capacité de conception, DCR:
cisaillement requis, RV = 33.0 kips
capacité globale, Rav = 41.4 kips
DCR = (33.0 / 41.4) = 0.797, d'accord

 

Plaque Web à bride W14x90, Force de soudure
Résistance des soudures d'angle: Ω = 2.0
Taille de la soudure, t = 0.1875 dans
Mon nom = 0.6 FEXX

Mon nom = 0.6 FEXX [ 1.0 + 0.5 péché ^ 1,5 θ ]
θ = l'angle que fait la charge avec l'axe de soudure
= 90, pour les soudures chargées transversalement
= 0, pour les soudures chargées longitudinalement

Résistance par taille unitaire de soudure:Résistance par taille unitaire de soudure:
Contrainte de soudure admissible, Faw = [ 0.6 (70) / 2.0 ] = 21 KSI
longueur transversale, lt = 23 dans
longueur longitudinale, ll = 0 dans
longueur effective totale, l = lt (1.5) + ll (1.0) = 23 (1.5) + 0 (1.0) = 34.5 dans
(En dehors / t) = 724.5 kips / dans

Taille effective (gorge) de soudure d'angle, une:
0.707 = le cosinus ou sinus de 45deg
a = (0.707) t = 0.133 dans

En dehors = (Rat) t = 724.5 (0.133 dans) = 96.1 kips

Rapport de capacité de conception, DCR:
charge requise, R = 33.0 kips
capacité globale, Ra = 96.1 kips
DCR = (33.0 / 96.1) = 0.344, d'accord

 

Rupture de cisaillement de la plaque Web (L16x50)
Capacité de cisaillement admissible: Ω = 2.0

Calcul de la profondeur nette:
longueur totale du trou de boulon(s) = 0.875 dans (4) = 3.5 dans
profondeur nette, dnet = 11.5 dans - [ 0.875 dans (4) ] = 8.0 dans

Rav = (0.6 Fy anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (0.25 dans) 8 dans / 2.0 ] = 34.8 kips

Rapport de capacité de conception, DCR:
cisaillement requis, RV = 33.0 kips
capacité globale, Rav = 34.8 kips
DCR = (33.0 / 34.8) = 0.948, d'accord

 

Plaque Web vers Web W16x50, Résistance à la rupture de cisaillement du bloc
Bloc de résistance au cisaillement: Ω = 2.0

(En dehors / Ω) = (Ubs Fu Ant / Ω) + min [ 0.6 Fy Agv , 0.6 Fu Anv ] / Ω

Composant de rupture de tension: Ubs= 1.0 (tension uniforme)
(Ubs Fu Ant / Ω) = [ 1.0 (58 KSI) (1.0625 dans) (0.25 dans) / 2.0 ] = 30.8 kips / in (0.25 dans) = 7.7 kips

Composant de rendement de cisaillement: 0.6 Fy Agv
(0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 KSI) (10.25 dans) / 2.0 ] (0.25) = 110.7 kips / in (0.25 dans) = 27.7 kips

Composant de rupture de cisaillement: 0.6 Fu Anv
(0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (7.1875 dans) / 2.0 ] (0.25 dans) = 125.1 kips / in (0.25 dans) = 31.3 kips

Capacité totale de cisaillement des blocs:Capacité totale de cisaillement des blocs:
(En dehors
/ Ω)= 7.7 kips + min [ 27.7 kips , 31.3 kips ] = 35.4 kips

Rapport de capacité de conception, DCR:
cisaillement requis, RV = 33.0 kips
capacité globale, Rav = 35.4 kips
DCR = (33.0 / 35.4) = 0.933, d'accord

 

Plaque Web vers Web W16x50, Exemple de conception de connexion AISC, Exemple de conception de connexion AISC
1. Résistance au cisaillement des boulons: Ω = 2.0

Diamètre du boulon = 0.768 dans
Résistance au cisaillement nominale, Fnv = 54 KSI
Résistance au cisaillement nominale (par boulon), Rnv = 0.6 Fnv De = 0.6 (54 KSI) 0.463 dans^2 = 25.0 kips
(Rnv / Ω) = 12,5 kips / verrouiller

2. Résistance portante des trous de boulons standard: Ω = 2.0
(Ignorer la déformation du trou de boulon au niveau de la charge de service)

distance au bord, le = 0.84 dans
(clair)distance au trou adjacent, lc = 2.19 dans
Étant donné que la distance au bord est inférieure à la distance adjacente au trou de boulon suivant, la distance au bord contrôlera:
(Rnb /
Ω) = (1.2 lc t Fu / Ω) ≤ (2.4 d t Fu / Ω)

Pour le boulon extérieur (arracher), lc = 0.84 dans:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1,2 (0.84 dans) 0.25 dans (58 KSI) = 18.4 kips
(Rnb / Ω) = 9.2 kips

Pour le boulon intérieur (arracher), lc = 2.19 dans:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (2.19 dans) 0.25 dans (58 KSI) = 47.6 kips
(Rnb / Ω) = 23.8 kips

Pour le roulement global (allongement du trou de boulon):
Rnb = 2.4 d t Fu = 2.4 (0.8125 dans) 0.25 dans (58 KSI) = 33.4 kips
(Rnb / Ω) = 16.7 kips

 

Le roulement contrôlera le cisaillement du boulon car 9.2 kips < 12.5 kips

3. Capacité de Bolt Group
Compte tenu du minimum parmi: capacité de cisaillement des boulons, roulement et déchirure dans les trous de boulons intérieurs et extérieurs.

une). Capacité du boulon extérieur (comme établi ci-dessus):
(boulon extérieur) , Rab = 9.2 kips / verrouiller

b). Capacité du boulon intérieur (comme établi ci-dessus):
(boulon intérieur) , Rab = 12.5 kips / verrouiller

c). Capacité des boulons en tant que groupe: somme des capacités a). et B).
Rab = 1 (9.2 kips / verrouiller) + 3 (12.5 kips / verrouiller) = 46.7 kips

Rapport de capacité de conception, DCR:
cisaillement requis, R = 33.0 kips
capacité globale, Rab = 46.7 kips
DCR = (33.0 / 46.7) = 0.707, d'accord

 

Rupture de cisaillement de l'élément Web (L16x50)
Capacité de cisaillement admissible: Ω = 2.0

Calcul de la profondeur nette:Calcul de la profondeur nette:
longueur totale du trou de boulon(s) = 0.875 dans (4) = 3.5 dans
profondeur nette, dnet = 16,3 - [ 0.875 dans (4) ] = 12.8 dans

Rav = (0.6 Fy anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (0.38 dans) 12.8 / 2.0 ] = 84.6 kips

Rapport de capacité de conception, DCR:
cisaillement requis, RV = 33.0 kips
capacité globale, Rav = 84.6 kips
DCR = (33.0 / 84.6) = 0.390, d'accord

Élément Web, Vérification du cisaillement et du roulement du groupe de boulons

1. Résistance au cisaillement des boulons: Ω = 2.0
Diamètre du boulon = 0.768 dans
Résistance au cisaillement nominale, Fnv = 54 KSI
Résistance au cisaillement nominale (par boulon), Rnv = 0.6 Fnv De = 0.6 (54 KSI) 0.463 dans^2 = 25.0 kips
(Rnv / Ω) = 12,5 kips

2. Résistance portante des trous de boulons standard: Ω = 2.0
(Ignorer la déformation du trou de boulon au niveau de la charge de service)
distance au bord, le = 0.84 dans
(clair) distance au trou adjacent, lc = 2.19 dans

Étant donné que la distance au bord est inférieure à la distance adjacente au trou de boulon suivant, la distance au bord contrôlera.
(Rnb / Ω) = (1.2 lc t Fu / Ω) ≤ (2.4 d t Fu / Ω)

Pour le boulon extérieur (arracher), lc = 0.84 dans:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2(0.84 dans) 0.38 dans (58 KSI) = 27.9 kips
(Rnb / Ω) = 13.9 kips

Pour le boulon intérieur (arracher), lc = 2.19 dans:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (2.19 dans) 0.38 dans (58 KSI) = 72.3 kips
(Rnb / Ω) = 36.2 kips

Pour le roulement global (allongement du trou de boulon):
Rnb = 2.4 d t Fu = 2.4 (0.8125 dans) 0.38 dans (58 kksi) = 50.8 kips
(Rnb / Ω) = 25.4 kips

Le cisaillement des boulons contrôlera le roulement depuis 12.5 kips < 13.9 kips

3. Capacité de Bolt Group
Compte tenu du minimum parmi: capacité de cisaillement des boulons, roulement et déchirure dans les trous de boulons intérieurs et extérieurs.

une). Capacité du boulon extérieur (comme établi ci-dessus):
(boulon extérieur), Rab = 12.5 kips / verrouiller

b). Capacité du boulon intérieur (comme établi ci-dessus):
(boulon intérieur), Rab = 12.5 kips / verrouiller

c). Capacité des boulons en tant que groupe: somme des capacités a). et B)
Rab = 12.5 kips + 3(12.5 kips) = 50.0 kips

Rapport de capacité de conception, DCR:
cisaillement requis, R = 33.0 kips
capacité globale, Rab = 50.0 kips
DCR = (33.0 / 50.0) = 0.660, d'accord

Tableau récapitulatif de tous les contrôles critiques

Alternativement, si vous êtes déjà un ingénieur expérimenté et que vous connaissez le processus de conception pour une simple connexion de cisaillement, le processus peut être considérablement raccourci, grâce aux tables design proposées dans l'AISC 360 Manuel de conception:

Cisaillement de boulon, Cisaillement de soudure, et roulement de boulon, Cisaillement, Rupture de cisaillement, et bloquer la rupture de cisaillement de la plaque

Essayez quatre rangées de boulons, 1/4-dans. épaisseur de la plaque, et 3/16 po. taille de soudure d'angle.

À partir du tableau 10-10a du manuel AISC:

LRFD

Rn = 52.2 kips > 49.6 kips, d'accord

ASD

Rn = 34.8 kips > 33.0 kips = Ra, d'accord

Roulement de boulon pour âme de poutre

Rupture de cisaillement de bloc, la déformation par cisaillement et la rupture par cisaillement ne contrôlent pas pour une section sans chaperon.

À partir du tableau du manuel AISC 10-1, pour une section non copiée, la résistance disponible de l'âme de la poutre est:

LRFD

Rn = 351 kips / in. (0.380 dans.) = 133 kips > 49.6 kips = Ru, d'accord

ASD

Rn = 234 kips / in. (0.380 dans.) = 88.9 kips > 33.0 kips = Ra, d'accord


L'exemple de conception de connexion AISC illustré ci-dessus est réalisé sous ASD (la version pdf est disponible ici: Rapport de conception de connexion ASD.pdf ). De même, l'exemple de version LRFD peut être trouvé dans ce lien: Conception de connexion LRFD.pdf.

Développeur produit Mico Dalistan
Mico Dalistan
Développeur de produit
BEng (Civil)

LES RÉFÉRENCES:

AISC 360 Spécifications des bâtiments en acier de construction
Exemples de conception AISC v14.1 (EXEMPLE II.A-17, pages IIA-60 à 61)
Logiciel de conception de connexion SkyCiv: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/

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