Se leggi il nostro articolo precedente, AISC 360: Progettazione della connessione a taglio, avresti una buona idea di come le connessioni semplici siano progettate sotto l'AISC 360. Mentre le connessioni a taglio sono comuni, non pongono la stessa sfida progettuale delle connessioni di momento. In questo articolo, usiamo un esempio di connessione a momento tra due elementi a forma di I per esaminare i vari criteri di progettazione che devono essere soddisfatti. Con questo tipo di connessione, possiamo anche arrivare rapidamente ai risultati di questo esempio attraverso l'uso di Progettazione di connessioni SkyCiv modulo.

Simile all'esempio di connessione a taglio, i calcoli presentati qui useranno il progetto dello stress ammissibile (ASD) metodo. Se non hai familiarità con la differenza tra ASD e LRFD nella progettazione strutturale, assicurati che guarda il nostro video spiegando questo.

In questo esempio, valuteremo la capacità di una flangia imbullonata completamente trattenuta (FR) Collegamento a momento tra una trave W18x50 e una colonna W14x99 utilizzando le dimensioni, saldature, e carichi mostrati di seguito. Questa connessione deve essere in grado di supportare non solo le reazioni verticali all'estremità del raggio, ma anche i momenti finali sviluppati. Si può notare che la differenza principale risiede nel collegamento delle flange della trave al pilastro di supporto (flangia).

Dato:

Carichi a livello di servizio & Materiale:

Taglio verticale da carico morto (VD) = 7.0 kips
Taglio verticale dal carico dinamico (VL) = 21.0 kips

Momento dal carico morto (MD) = 42.0 kip-ft
Momento dal carico in tempo reale (ML) = 126.0 kip-ft

Materiale della piastra: ASTM A36, Fy = 36 KSI, Fu = 58 KSI
Materiale trave e colonna: ASTM A992, Fy = 50 KSI, Fu = 65 KSI

Geometria di travi e colonne:

Fascio: W18x50; bf = 7.50 pollici, tf = 0.570 pollici, d = 18.0 pollici, tw = 0.355 pollici, Sx = 88.9 in ^ 3
Colonna: W14x99; bf = 14.6 pollici, tf = 0.780 pollici, d = 14.2 pollici, tw = 0.485 pollici, kdes = 1.38 pollici
Flangia Piastra: 3/4 di spessore; 7.0 in x 12.5 nelle dimensioni
Piastra Web: 3/8 di spessore; 5.0 in x 9.0 nelle dimensioni

Infissi (Bulloni e saldature):
Flangia: (8) – 7/8-pollici.-diametro ASTM A325-N bulloni in fori standard
Piastra Web: (3) – 7/8-pollici.-diametro ASTM A325-N bulloni in fori standard

70-filetti di elettrodi ksi

Calcoli di carico:

LRFD Carichi (Solo come riferimento):

Reazione verticale definitiva (R_u) = 1.2 (7.0 kips) + 1.6 (21.0 kips) = 42.0 kips
Momento definitivo (M_u) = 1.2 (42.0 kip-ft) + 1.6 (126.0 kip-ft) = 252.0 kip-ft

ASD Carichi:

Reazione verticale consentita (R_un') = 7.0 kips + 21 kips = 28.0 kips
Momento ammissibile (M_un') = 42.0 kip-ft + 126 kip-ft = 168.0 kip-ft

Soluzione basata su SkyCiv Connection Design Software:
ERRATO: La larghezza del piatto della flangia in questo esempio era 7.0 pollici ma la larghezza utilizzata nei calcoli è 7.50 pollici, da qui la differenza di valori.

 

Flangia da piastra a flangia W14x99, Forza di saldatura
Forza delle saldature d'angolo, Ω = 2.0
Dimensione saldatura, t = 0.375 pollici, F_nw = 0.6 F_EXX
F_nw = 0.6 F_EXX [ 1.0 + 0.5 senza^1.5 (θ) ]
Dove, θ = l'angolo che il carico fa con l'asse di saldatura
= 90, per saldature caricate trasversalmente
= 0, per saldature caricate longitudinalmente

Forza per unità di misura della saldatura:
Sollecitazione di saldatura ammissibile, F_aw = 0.6 (70KSI) / 2.0 = 21 KSI
lunghezza trasversale, l_t = 7 pollici
lunghezza longitudinale, l_l = 0 pollici
lunghezza effettiva totale, l = l_t (1.5) + l_l (1.0) = 10,5 pollici
(R_un' / t) = 220.5 kips / pollici

Dimensioni effettive (gola) di saldatura d'angolo, un':
0.707 = il coseno o il seno di 45 gradi
a = (0.707) t = 0.265 pollici

R_un' = (R_un' / t) t = 220.50 (0.265 pollici) 2 = 116.9 kips
Rapporto di capacità di progetto, DCR:
carico richiesto, R = 107.5 kips
capacità complessiva, R_un' = 116.9 kips
DCR = (107.5 / 116.9) = 0.919, ok

 

Colonna Verifiche locali

Flangia Force, P_di = [ 168.0 kips-ft (12 pollici / piedi) ] / (18.0 pollici + 0.75pollici) = 107.5 kips

• Rendita web locale, Ω = 1.5
  R_n / Ω = [ F_è t_f (5K + l_b) ] / Ω = 50ksi (0.485pollici) [ 5(1.38pollici) + 0.75pollici ] / 1.5 = 123.7 kips
  Rapporto di capacità di progetto, DCR:
  Flangia Force, P_di = 107,5 kips
  Capacità complessiva, R_un'= 123,7 kip
  DCR = (107.5 / 123.7) = 0.869, ok

• Flessione locale della flangia, Ω = 1.67
  R_n / Ω = [ 6.25 F_y t_f² ] / Ω = [ 6.25 (50KSI) (0.78pollici)² ] / 1.67 = 113.8 kips
  Rapporto di capacità di progetto, DCR:
  Flangia Force, P_di = 107.5 kips
  Capacità complessiva, R_un'= 113.8 kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.944, ok

• Web locale paralizzante, Ω = 2.0
  R_n / Ω = 0.8 t_w² [ 1 + 3 ( l_b / d ) ( t_w / t_f )^1.5 ] ( E F_y t_f / t_w)^0.5 / Ω
  = 0.8 (0.485pollici)² [ 1 + 3 (0.05) (0.62)^1.5 ] [ (29000KSI) (50KSI) (0.485pollici) / 0.78pollici ] ^0.5 / 2.0
  = 154.8 kips
  Rapporto di capacità di progetto, DCR:
  Flangia Force, P_di = 107.5 kips
  Capacità complessiva, R_un'= 154.8 kips
  DCR = (107.5 / 154.8) = 0.694, ok

• Instabilità della compressione web, Ω = 1.67
  R_n / Ω = [ 24 t_w³ ( E F_y )^0.5 / h ] / Ω
  = 24 (0.485pollici)³ [ (29000KSI) (50KSI) ] ^0.5 ] / 14.2pollici (1.67)
  = 139.0 kips
  Rapporto di capacità di progetto, DCR:
  Flangia Force, P_di = 107.5 kips
  Capacità complessiva, R_un'= 139.0 kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.773, ok

 

Flangia W18x50, Flangia piastra a trazione cedevole
Forza dell'elemento in tensione, Ω = 1.67

R_n / non rappresentano la stessa sfida progettuale delle connessioni di momento_y A_g / Ω = (36KSI) (7.5pollici) (0.75pollici) / 1.67 = 121.3 kips

Rapporto di capacità di progetto, DCR:
Flangia Force, P_di = 107.5 kips
Capacità complessiva, R_un'= 121.3 kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, ok

 

Flangia W18x50, Resa di compressione della piastra della flangia
Forza dell'elemento in compressione, Ω = 1.67

R_n / non rappresentano la stessa sfida progettuale delle connessioni di momento_y A_g / Ω = (36KSI) (7.5pollici) (0.75pollici) / 1.67 = 121.3 kips

Rapporto di capacità di progetto, DCR:
Flangia Force, P_di = 107.5 kips
Capacità complessiva, R_un'= 121.3 kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, ok

 

Flangia W18x50, Rottura di trazione della piastra della flangia
Forza dell'elemento in rottura, Ω = 2.0
Fattore di ritardo di taglio, U dalla tabella delle specifiche AISC D3.1: 1.0

R_n / non rappresentano la stessa sfida progettuale delle connessioni di momento_u A_e / Ω = (58KSI) [ 7.5pollici – 2 (1pollici) ] (0.75pollici) (1.0) / 2.0 = 119.6 kips

Rapporto di capacità di progetto, DCR:
Flangia Force, P_di = 107.5 kips
Capacità complessiva, R_un'= 119.6 kips
DCR = (107.5 / 119.6) = 0.899, ok

 

Tabella riassuntiva di tutti i risultati del controllo
Di seguito è riportata la tabella riepilogativa del modulo SkyCiv Connection Design di tutti i controlli di progettazione necessari completati per questo collegamento. Non tutti questi controlli sono stati mostrati in questo articolo, ma sono disponibili tramite PDF che puoi scaricare qui: Connection-Design-Report-ESEMPIO II.B-1-ASD

allo stesso modo, l'esempio della versione LRFD può essere trovato in questo collegamento: Connection-Design-Report-ESEMPIO II.B-1-LRFD

Riferimenti

• AISC 360 Specifiche costruzioni in acciaio strutturale
• Esempi di progettazione AISC v14.1 (ESEMPIO II.B-1, pagine da IIB-2 a 13)
• Software di progettazione della connessione SkyCiv: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/