Si vous lisez notre article précédent, AISC 360: Conception de connexion de cisaillement, vous auriez une bonne idée de la façon dont les connexions simples sont conçues dans le cadre de l'AISC 360. Bien que les connexions de cisaillement soient courantes, ils ne posent pas le même défi de conception que les connexions de moment. Dans cet article, nous utilisons un exemple de connexion de moment entre deux éléments en forme de I pour passer en revue les différents critères de conception qui doivent être satisfaits. Avec ce type de connexion, nous pouvons également accéder rapidement aux résultats de cet exemple en utilisant le Conception de connexion SkyCiv module.

Similaire à l'exemple de connexion de cisaillement, les calculs présentés ici utiliseront la conception de contrainte admissible (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.

Dans cet exemple, nous allons évaluer la capacité d'une bride boulonnée entièrement retenue (FR) Moment de connexion entre une poutre W18x50 et un poteau W14x99 en utilisant les dimensions, soudures, et charges indiquées ci-dessous. Cette connexion doit être capable de supporter non seulement les réactions verticales d'extrémité de poutre, mais également les moments d'extrémité développés. Vous remarquerez peut-être que la principale différence réside dans la connexion des semelles de poutre sur la colonne de support (bride).

Étant donné:

Charges de niveau de service & Matériau:

Cisaillement vertical de la charge morte (VD) = 7.0 kips
Cisaillement vertical de la charge vive (LV) = 21.0 kips

Moment de la charge morte (MARYLAND) = 42.0 kip-ft
Moment de la charge en direct (ML) = 126.0 kip-ft

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:

Beam: L18x50; bf = 7.50 in, tf = 0.570 in, d = 18.0 in, tw = 0.355 in, Sx = 88.9 dans^3
Colonne: L14x99; bf = 14.6 in, tf = 0.780 in, d = 14.2 in, tw = 0.485 in, kdes = 1.38 in
Plaque de bride: 3/4 en épaisseur; 7.0 en x 12.5 en dimensions
Plaque Web: 3/8 en épaisseur; 5.0 en x 9.0 en dimensions

Agencements (Boulons et soudures):
Bride: (8) – 7/8-in.-boulons ASTM A325-N de diamètre dans les trous standard
Plaque Web: (3) – 7/8-in.-boulons ASTM A325-N de diamètre dans les trous standard

70-filets d'électrode ksi

Calculs de charge:

LRFD Charges (Référence seulement):

Réaction verticale ultime (R_u) = 1.2 (7.0 kips) + 1.6 (21.0 kips) = 42.0 kips
Moment ultime (M_u) = 1.2 (42.0 kip-ft) + 1.6 (126.0 kip-ft) = 252.0 kip-ft

ASD Charges:

Réaction verticale admissible (R_a) = 7.0 kips + 21 kips = 28.0 kips
Moment admissible (M_a) = 42.0 kip-ft + 126 kip-ft = 168.0 kip-ft

Solution basée sur le logiciel de conception de connexion SkyCiv:
ERRATUM: La largeur de la plaque d'aile dans cet exemple était 7.0 in mais la largeur utilisée dans les calculs est 7.50 in, d'où la différence de valeurs.

 

Plaque de bride à bride W14x99, Force de soudure
Résistance des soudures d'angle, Ω = 2.0
Taille de la soudure, t = 0.375 in, F_nouveau = 0.6 F_EXX
F_nouveau = 0.6 F_EXX [ 1.0 + 0.5 sin^1.5 (θ) ]
Où, = 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:
Contrainte de soudure admissible, F_euh = 0.6 (70KSI) / 2.0 = 21 KSI
longueur transversale, l_. = 7 in
longueur longitudinale, l_l = 0 in
longueur effective totale, l = l_. (1.5) + l_l (1.0) =10,5 pouces
(R_a / .) = 220.5 kips / in

Taille effective (gorge) de soudure d'angle, a:
0.707 = le cosinus ou le sinus de 45 degrés
a = (0.707) t = 0.265 in

R_a = (R_a / .) t = 220.50 (0.265 in) 2 = 116.9 kips
Rapport de capacité de conception, DCR:
charge requise, R = 107.5 kips
capacité globale, R_a = 116.9 kips
DCR = (107.5 / 116.9) = 0.919, d'accord

 

Contrôles locaux de colonne

Force de bride, P_de = [ 168.0 kips-ft (12 pouces/pieds) ] / (18.0 in + 0.75in) = 107.5 kips

• Rendement local du Web, Ω = 1.5
  R_n / Ω = [ F_est ._F (5k + l_b) ] / = 50ksi (0.485in) [ 5(1.38in) + 0.75in ] / 1.5 = 123.7 kips
  Rapport de capacité de conception, DCR:
  Force de bride, P_de =107,5 kips
  Capacité globale, R_a=123,7 kips
  DCR = (107.5 / 123.7) = 0.869, d'accord

• Pliage local de bride, Ω = 1.67
  R_n / Ω = [ 6.25 F_Y ._F² ] / Ω = [ 6.25 (50KSI) (0.78in)² ] / 1.67 = 113.8 kips
  Rapport de capacité de conception, DCR:
  Force de bride, P_de = 107.5 kips
  Capacité globale, R_a= 113.8 kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.944, d'accord

• Web Local paralysant, Ω = 2.0
  R_n / Ω = 0.8 ._w² [ 1 + 3 ( l_b / d ) ( ._w / ._F )^1.5 ] ( E F_Y ._F / ._w)^0.5 / Ω
  = 0.8 (0.485in)² [ 1 + 3 (0.05) (0.62)^1.5 ] [ (29000KSI) (50KSI) (0.485in) / 0.78in ] ^0.5 / 2.0
  = 154.8 kips
  Rapport de capacité de conception, DCR:
  Force de bride, P_de = 107.5 kips
  Capacité globale, R_a= 154.8 kips
  DCR = (107.5 / 154.8) = 0.694, d'accord

• Bouclage de compression Web, Ω = 1.67
  R_n / Ω = [ 24 ._w³ ( E F_Y )^0.5 / h ] / Ω
  = 24 (0.485in)³ [ (29000KSI) (50KSI) ] ^0.5 ] / 14.2in (1.67)
  = 139.0 kips
  Rapport de capacité de conception, DCR:
  Force de bride, P_de = 107.5 kips
  Capacité globale, R_a= 139.0 kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.773, d'accord

 

Bride W18x50, Rendement à la traction de la plaque à bride
Force de l'élément en tension, Ω = 1.67

R_n / ils ne posent pas le même défi de conception que les connexions de moment_Y A_g / Ω = (36KSI) (7.5in) (0.75in) / 1.67 = 121.3 kips

Rapport de capacité de conception, DCR:
Force de bride, P_de = 107.5 kips
Capacité globale, R_a= 121.3 kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, d'accord

 

Bride W18x50, Rendement à la compression de la plaque à bride
Force de l'élément en compression, Ω = 1.67

R_n / ils ne posent pas le même défi de conception que les connexions de moment_Y A_g / Ω = (36KSI) (7.5in) (0.75in) / 1.67 = 121.3 kips

Rapport de capacité de conception, DCR:
Force de bride, P_de = 107.5 kips
Capacité globale, R_a= 121.3 kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, d'accord

 

Bride W18x50, Rupture par traction de la plaque à bride
Force de l'élément en rupture, Ω = 2.0
Facteur de décalage de cisaillement, U du tableau de spécifications AISC D3.1: 1.0

R_n / ils ne posent pas le même défi de conception que les connexions de moment_u A_e / Ω = (58KSI) [ 7.5in – 2 (1in) ] (0.75in) (1.0) / 2.0 = 119.6 kips

Rapport de capacité de conception, DCR:
Force de bride, P_de = 107.5 kips
Capacité globale, R_a= 119.6 kips
DCR = (107.5 / 119.6) = 0.899, d'accord

 

Tableau récapitulatif de toutes les vérifications des résultats
Vous trouverez ci-dessous le tableau récapitulatif du module de conception de connexion SkyCiv de toutes les vérifications de conception nécessaires effectuées pour cette connexion. Toutes ces vérifications n'ont pas été présentées dans cet article, mais elles sont disponibles au format PDF que vous pouvez télécharger ici: Connexion-Conception-Rapport-EXEMPLE II.B-1-ASD

De manière similaire, l'exemple de version LRFD peut être trouvé dans ce lien: Connexion-Conception-Rapport-EXEMPLE II.B-1-LRFD

Références

• AISC 360 Spécifications des bâtiments en acier de construction
• Exemples de conception AISC v14.1 (EXEMPLE II.B-1, pages IIB-2 à 13)
• Logiciel de conception de connexion SkyCiv: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/