Connexion rotulé

Types de connexions de cisaillement

Les connexions de cisaillement portent le nom du composant qui supporte la charge et de l'endroit où il se trouve.. Les options disponibles dépendent du code de conception et de la composition des poutres., donc les listes ci-dessous sont divisées de cette façon.

Poutre vers poteau en I, ou poutre à poutre (AISC 360-16)

Six configurations, chaque charpente disponible à la semelle du poteau, à la colonne web, ou poutre à poutre à travers la bande:

• Angle unique. Un support en forme de L entre l'âme de la poutre et le support. L'option la plus légère, et le plus flexible, donc il convient aux charges légères. La réaction se situe hors de la ligne de boulon côté support, donc ces boulons portent une excentricité (exemple travaillé).
• Angle double. Angles sur les deux faces de l'âme de la poutre. L'angle supplémentaire place les boulons côté poutre en double cisaillement et rend la connexion plus indulgente pendant le montage., c'est pourquoi c'est la bête de somme pour les poutres plus lourdes (exemple travaillé).
• Plaque simple. La languette de cisaillement. Une assiette, soudé en atelier au support et boulonné à l'âme de la poutre. Généralement le moins cher du groupe, car il y a une ligne de soudure et un groupe de boulons (exemple travaillé). Lorsque la plaque doit dépasser les brides du poteau pour entrer dans l'âme du poteau, cela devient une plaque unique étendue, qui est conçu différemment (exemple travaillé).
• Plaque double. Plaques sur les deux faces de la bande, utilisé là où une seule plaque ne peut pas supporter la cisaille ou s'adapter au groupe de boulons requis.
• Plaque d'extrémité. Une plaque soudée en extrémité de poutre et boulonnée au support. Il faut que la poutre soit coupée à longueur avec précision, puisque la plaque ne laisse aucun réglage (exemple travaillé).
• Web directement soudé. L'âme de la poutre soudée directement au support, sans plaque intermédiaire ni angle. Il n'y a pas de boulons à vérifier, mais il nécessite un soudage sur site et abandonne la tolérance de montage fournie par un détail boulonné..

Comment concevoir une connexion de cisaillement à AISC 360-16

Chaque connexion de cisaillement est conçue de la même manière: prendre la réaction pondérée de l'extrémité du faisceau, [mathin] R_{u} [mathin] (ou [mathin] R_{a} [mathin] pour les TSA), et vérifiez chaque partie du chemin de charge par rapport à elle. La réaction quitte l'âme de la poutre, traverse les boulons ou les soudures côté poutre dans la plaque ou les cornières, puis à travers les boulons ou les soudures côté support dans la colonne ou la poutre. Un échec n’importe où sur ce chemin est un échec de la connexion.

Les équations ci-dessous sont les formes LRFD de l'AISC 360-16 et le manuel AISC 15e édition. Pour les TSA, remplacer [mathin] \phi R_{n} [mathin] avec [mathin] R_{n} / \Omega [mathin], en utilisant le [mathin] \Omega [mathin] donné dans la même clause ([mathin] \Omega = 2.00 [mathin] où [mathin] \phi = 0.75 [mathin], et [mathin] \Omega = 1.50 [mathin] où [mathin] \phi = 1.00 [mathin]).

1. Limites détaillées (J3.3, J3.4)

Avant tout contrôle de solidité, la géométrie doit être constructible et correspondre aux hypothèses derrière les équations de résistance. Les boulons nécessitent un espacement et une distance de bord minimum, une clé a besoin d'espace pour tourner, et la plaque ou l'angle doit avoir au moins la moitié de la dimension T de la poutre afin que l'extrémité de la poutre reste stable.. L'espacement minimum des boulons est:

[math] s_{min} = 2\tfrac{2}{3}\, d_{b} \qquad (3\, d_{b}\ \text{preferred}) [math]

Les distances minimales aux bords proviennent du tableau J3.4, avec un incrément par rapport au tableau J3.5 lorsque le bord est mesuré à travers un trou oblong. Dans les exemples concrets, une limite de détail est souvent le rapport le plus élevé de toute la connexion.. C'est normal: les concepteurs disposent les boulons aux limites pour garder la plaque petite.

2. Cisaillement et excentricité des boulons (J3.6, Partie manuelle 7)

La résistance d'un boulon au cisaillement est:

[math] \phi r_{v} = \phi\, F_{nv}\, A_{b}\, N_{s} = \phi\, F_{nv}\, \frac{\pi}{4} d_{b}^{2}\, N_{s}, \qquad \phi = 0.75 [math]

où [mathin] F_{nv} [mathin] provient du tableau J3.2 (54 ksi pour A325-N et 68 ksi pour A490-N, qualités conformes à la norme ASTM F3125) et [mathin] N_{s} [mathin] est le nombre de plans de cisaillement. Les boulons d'un groupe côté poutre à double angle sont en double cisaillement, [mathin] N_{s} = 2 [mathin].

La réaction agit rarement sur la ligne de boulon. Quand il se trouve à une distance e, les boulons portent un moment [mathin] R_{u}\, e [mathin] ainsi que la cisaille, et le groupe livre moins de n boulons’ valeur de force. Le centre de rotation instantané (ICOR) la méthode révèle que le nombre réduit, le coefficient C, à partir de la courbe charge-déformation de chaque boulon (Éq manuel. 7-1):

[math] R = R_{ult} \left( 1 – e^{-10\Delta} \right)^{0.55} [math]

[math] \phi R_{n} = C\, \phi r_{v} [math]

L'excentricité à concevoir dépend du type de connexion, et c'est là que les cinq exemples concrets diffèrent le plus:

Pour l'itération elle-même, voir calcul du groupe de boulons à l'aide d'ICOR, ou exécutez un groupe de boulons dans le calculateur de boulons.

3. Roulement de boulon et arrachement (J3.10)

Chaque boulon pousse sur le bord de son trou. Le pli soit s'écrase localement autour du trou (palier) ou déchire une bande jusqu'au trou suivant ou au bord (arrachement). Avec déformation sous charge de service, une considération de conception:

[math] \phi r_{n} = \phi\, \min\left( 1.2\, l_{c}\, t\, F_{u},\ 2.4\, d_{b}\, t\, F_{u} \right), \qquad \phi = 0.75 [math]

[math] l_{c1} = L_{e} – \frac{d_{h}}{2} \qquad l_{c2} = s – d_{h} [math]

Le boulon de bord a une courte distance libre [mathin] l_{c1} [mathin], donc l'arrachement le limite généralement, tandis que les boulons intérieurs atteignent le 2.4 d t F_u chapeau de palier. Vérifiez chaque pli: la plaque ou les cornières, et l'âme de la poutre. Une âme de poutre mince est souvent le pli faible, car les angles ou la plaque sont dimensionnés indépendamment. Dans l'exemple du double angle, les deux 1/4 dans les angles donnent 0.5 en acier contre les boulons, Voiture de course de côte similaire à celle conçue par John 1/4 l'âme en poutre n'a qu'un seul pli, et l'appui sur la toile est le rapport de résistance le plus élevé, à 0.760.

Chaque boulon délivre alors le moindre de son cisaillement, résistances au roulement et à l'arrachement, et la force du groupe est la somme (J3.6 Commentaire):

[math] \phi R_{n,eff} = \frac{C}{n} \sum_{i=1}^{n} \min\left( \phi r_{v},\ \phi r_{n,plate,i},\ \phi r_{n,web,i} \right) [math]

4. Cisaillement de bloc (J4.3)

Un bloc de plaque, l'âme d'une cornière ou d'une poutre à couronnement peut se déchirer autour du groupe de boulons: cisaillement le long de la ligne de trous plus tension jusqu'au bord libre, généralement un bloc en forme de L.

[math] \phi R_{n} = \phi \left( 0.6\, F_{u} A_{nv} + U_{bs} F_{u} A_{nt} \right) \le \phi \left( 0.6\, F_{y} A_{gv} + U_{bs} F_{u} A_{nt} \right), \qquad \phi = 0.75 [math]

[mathin] U_{bs} = 1 [mathin] lorsque la contrainte de traction est uniforme, ce qui est le cas pour une seule ligne de boulons. Les surfaces nettes déduisent chaque trou à [mathin] d_{h} + 1/16\,in [mathin] pour les dommages lors du poinçonnage (B4.3). Dans l'exemple de la plaque d'extrémité de cisaillement, le cisaillement du bloc de la plaque est le deuxième rapport le plus élevé, à 0.920.

5. Élimination par cisaillement et rupture par cisaillement (J4.2)

La plaque ou les angles supportent toute la réaction en cisaillement, sur toute la section brute (qui donne) et à travers la section du filet à travers les trous (rupture):

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{y}\, A_{gv}, \qquad \phi = 1.00 [math]

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{u}\, A_{nv}, \qquad \phi = 0.75 [math]

Dans l'exemple d'une seule plaque, rupture par cisaillement du 1/2 dans la plaque est le contrôle de charge le plus élevé, à 0.629.

6. Flexion de la plaque et interaction cisaillement-flexion

La réaction agit à distance du support, donc une seule plaque est un porte-à-faux court. SkyCiv le vérifie avec la procédure de faisceau à double copie du manuel, qui traite la plaque comme une âme de poutre recouverte en haut et en bas, et vérifie la rupture par flexion sur la section du filet à travers les trous. Parce que la même section supporte le cisaillement et le moment, les deux se combinent:

[math] \left( \frac{V_{u}}{\phi V_{n}} \right)^{2} + \left( \frac{V_{u}}{\phi R_{n}} \right)^{2} \le 1.0 [math]

Ce chèque grandit avec l'excentricité. Dans la languette de cisaillement conventionnelle, c'est mineur, mais dans l'exemple d'une plaque unique étendue, l'interaction de rupture régit la connexion à 0.938.

7. Ductilité: l'épaisseur maximale de la plaque (Partie manuelle 10)

Une connexion par cisaillement est supposée tourner. Si la plaque est plus résistante en flexion que les boulons ne le sont en cisaillement, les boulons se cassent avant que la plaque ne cède, ce qui est un échec fragile et contredit l'hypothèse de connexion simple. Le manuel limite l'épaisseur de la plaque afin que la plaque cède en premier:

[math] M_{max} = \frac{F_{nv}}{0.90}\, \frac{\pi}{4} d_{b}^{2}\, C’ [math]

[math] t_{max} = \frac{6\, M_{max}}{F_{y}\, d_{p}^{2}} [math]

C’ est le coefficient du groupe de boulons pour le moment seul. C'est le seul contrôle qu'une plaque plus épaisse aggrave. Dans l'exemple d'une seule plaque, un 1/2 dans l'assiette se trouve à 0.966 de sa limite.

8. Résistance de la soudure et limite du métal de base (J2.4, Partie manuelle 9)

Les soudures d'angle qui joignent la plaque ou les cornières au support (ou la plaque d'extrémité à l'âme de la poutre) poursuivre la réaction sur toute leur longueur:

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX}\, \frac{\sqrt{2}}{2}\, w\, L_{w} \left( 1 + 0.5\, \sin^{1.5}\theta \right), \qquad \phi = 0.75 [math]

Pour une réaction verticale sur les soudures verticales, [mathin] \theta = 0 [mathin] et le facteur directionnel est 1.0. L'acier de chaque côté de la soudure limite également l'importance de la taille de la soudure.. Pour les soudures sur les deux faces d'une plaque d'épaisseur t, la taille utilisable en seizièmes est:

[math] D_{max} = \frac{ \frac{t}{2}\, F_{u} }{3.09\,kip/in} [math]

Donc une soudure plus grosse n'aide pas toujours. Dans l'exemple de la plaque d'extrémité de cisaillement, le 0.355 dans l'âme de la poutre limite la soudure utilisable à environ 0.233 in, et la soudure régit la connexion à 0.995. Pour une seule assiette, le Manuel demande également des filets de [mathin] \frac{5}{8}\, t_{p} [mathin] des deux côtés, pour que la soudure puisse développer la plaque si elle cède. Essayez les tailles dans le calculateur de soudure.

9. Les membres sympathisants et soutenus

La qualité de la connexion dépend de l'acier auquel elle se fixe.. Une poutre à chape a une section réduite au niveau de la chape, qui a besoin de sa propre cisaille à blocs, contrôles de cisaillement et de flexion; l'exemple d'angle unique les exploite pour un W12x14 au niveau de la bride supérieure. Où la poutre s'encadre dans une âme de poutre ou une âme de poteau mince, vérifiez également le roulement et l'arrachement sur cette toile.

Exemples de conception d'assemblages de cisaillement (AISC 360-16 LRFD)

Chaque exemple ci-dessous est une feuille de calcul AISC complète de SkyCiv Connection Design, écrit étape par étape avec chaque équation, valeur substituée et DCR. Ils montrent comment le contrôle déterminant passe d'un type de connexion au suivant..

 

Le modèle vaut la peine d'être connu. Un court, La languette de cisaillement conventionnelle est rarement proche de sa limite. Une fois que la réaction s'éloigne des boulons, comme dans l'angle simple et la plaque allongée, l'excentricité détermine le design. Et dans une connexion soudée comme la plaque d'extrémité, le morceau de métal de base le plus fin décide de la soudure.
Pour la théorie derrière les cinq, voir conception d'assemblages en acier utilisant AISC 360-16.

Quelle connexion de cisaillement devriez-vous utiliser?

Que vérifie le logiciel?

Pour une connexion par cisaillement, la conception exécute à la fois une passe de détail et une passe de résistance.

Les détails s'exécutent en premier et capturent la géométrie: distances entre les bords des boulons, espacement des boulons (pas et jauge), jeux d'outils, et dimensions minimales et maximales de la plaque, plus détection de collision entre les plaques, boulons et soudures. Une connexion qui échoue ici n'atteint jamais la solution. C'est généralement ce que tu veux, parce que les chiffres n'ont pas d'importance si le détail ne peut pas être construit.

Les contrôles de résistance couvrent alors tous les états limites de la procédure ci-dessus: cisaille à boulons par ICOR, roulement de boulon et arrachement, rupture par cisaillement du bloc, cisaillement et rupture, flexion de la plaque et son interaction avec le cisaillement, ductilité, et résistance de la soudure avec la limite du métal de base, plus les contrôles des poutres à chaperon et de l'élément porteur. Le rapport de calcul montre chaque formule, vérification de la conception et référence du code dans son intégralité, avec les numéros de clause de l'AISC 360-16 ou COMME 4100:2020, pour que vous puissiez suivre le calcul plutôt que de vous y fier. Les exemples concrets ci-dessus sont rédigés à partir de ces rapports.

Pour le côté fixation de celui-ci, voir la documentation sur boulons et soudures.

Quelle est la différence entre une connexion Shear et Moment?

Une connexion en cisaillement transfère uniquement le cisaillement. Une connexion de moment transfère également la flexion. Considérez-le comme un charnière: une connexion par cisaillement permet à l'extrémité de la poutre de tourner, un instant, la connexion le retient.

La distinction est une décision concernant le modèle d'analyse, pas seulement sur les détails. Une languette de cisaillement conçue aussi simplement doit être suffisamment flexible pour pouvoir réellement tourner., c'est ce que le contrôle de ductilité impose, et une connexion par moment doit être suffisamment rigide pour justifier la fixité supposée par le modèle de cadre.

 

 

Questions fréquentes

Comment calculer la capacité d'une connexion de cisaillement?

Déterminez la résistance de chaque état limite le long du chemin de charge (cisaille à boulon avec l'excentricité, roulement et arrachement sur chaque pli, cisaillement de bloc, cisaillement et rupture, flexion de la plaque, la ductilité et les soudures) et prends le plus bas. Cette valeur la plus basse est la capacité de connexion, et le contrôle qui le donne est l'état limite déterminant.

Une connexion par cisaillement est-elle la même chose qu'une connexion goupillée?

Oui, pour analyse. Une connexion de cisaillement est modélisée comme une broche, libre de tourner et ne transportant aucun moment. En pratique, cela comporte un petit moment, c'est pourquoi l'AISC 360-16 B3.4 demande qu'une connexion simple ait une capacité de rotation suffisante pour s'adapter à la rotation de l'extrémité de la poutre.. La limite de ductilité sur l'épaisseur de la plaque est un moyen par lequel la conception s'en assure.

Quelle est l'excentricité dans une languette de cisaillement, et pourquoi est-ce a/2?

Tableau manuel AISC 10-9 définit l'excentricité de conception pour un assemblage à plaque unique conventionnel. Pour de nombreux nombres de boulons et types de trous, la distance entre la ligne de soudure et la ligne de boulons est la moitié de celle-ci., a/2, parce que le point de moment zéro se situe entre la soudure et les boulons. Hors des limites conventionnelles, comme une plaque étendue dans une âme de colonne, toute la distance est utilisée et le groupe de boulons perd beaucoup plus de résistance.

Quel contrôle régit généralement une connexion par cisaillement?

Cela dépend du type. Dans les cinq exemples concrets, le contrôle de charge déterminant était la rupture par cisaillement de la plaque. (plaque unique), en appui sur l'âme de la poutre (double angle), cisaille à boulon avec excentricité (angle unique), l'interaction cisaillement-flexion (plaque simple étendue) et la soudure (plaque d'extrémité de cisaillement). Les âmes de poutres minces et l'excentricité sont les deux éléments à considérer en premier.

Les boulons doivent-ils être de type à roulement ou à glissement critique?

La plupart des connexions de cisaillement utilisent des boulons de type roulement bien serrés (A325-N, A490-N), c'est ce que les cinq exemples concrets utilisent. Des boulons critiques au glissement sont nécessaires là où le glissement serait un problème, tels que des trous surdimensionnés ou oblongs parallèles à la charge, ou articulations sujettes à la fatigue ou à l’inversion de charge.

Puis-je concevoir une connexion de cisaillement avec ASD au lieu de LRFD?

Oui. Les états limites sont identiques. Remplacer [mathin] \phi R_{n} [mathin] avec [mathin] R_{n} / \Omega [mathin] et comparer avec la réaction TSA. SkyCiv Connection Design exécute les deux, et basculer entre eux est un paramètre.

Les exemples suivent-ils le manuel AISC 15e ou 16e édition ??

Ils suivent l'AISC 360-16 et le manuel AISC 15e édition, qui est écrit autour de cette spécification. Le manuel de la 16e édition s'associe à l'AISC 360-22. Les états limites de connexion en cisaillement sont sensiblement les mêmes, mais les références aux clauses et aux tables se déplacent, alors vérifiez-les par rapport à l'édition utilisée par votre projet.

Logiciel de conception de connexion SkyCiv

Les modèles et chèques ci-dessus proviennent de Conception de connexion SkyCiv. Il couvre 80+ types de connexion préconfigurés, conceptions selon AISC 360-16 (LRFD & ASD) et AS 4100:2020, et montre chaque formule, vérification de la conception et référence du code dans son intégralité.

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Références

• AISC 360-16, Spécification pour les bâtiments en acier de construction: B3.4, B4.3, J2.4 (Eq. J2-4), J3.2 (Tableau J3.2), J3.3, J3.4 (Tableau J3.4), J3.5 (Tableau J3.5), J3.6 (Eq. J3-1) et commentaire, J3.10 (Eq. J3-6a, J3-6c), J4.2 (Eq. J4-3, J4-4), J4.3 (Eq. J4-5).
• Manuel de construction en acier AISC, 15e édition: Partie 7 (Eq. 7-1, centre de rotation instantané); Partie 9 (limite de métal commun sur la taille de la soudure, flexion de la poutre); Partie 10 (connexions de cisaillement simples, Le tableau 10-9, Eq. 10-3 et 10-4).
• AS 4100:2020, Des structures en acier.