Esempio di progetto di connessione AISC
Esempio di progetto di connessione AISC. Connessioni a taglio tra le sezioni a forma di I sono alcune delle connessioni più comuni nella progettazione dell'acciaio. Per aiutare a comprendere le verifiche di progettazione richieste in conformità con AISC 360-16, questo articolo funziona attraverso un esempio di progettazione. Possiamo anche ottenere i risultati di questo esempio direttamente tramite il file Progettazione di connessioni SkyCiv modulo. Assicurati di controllare l'articolo aggiuntivo su progettare una connessione momento.
Una connessione a taglio è una connessione semplice secondo AISC 360-16 B3.4. È dettagliato per fornire la reazione finale della trave e per ruotare anziché per trasferire il momento finale, che è ciò che lo separa dal secondo collegamento trattato nell'articolo associato.
I calcoli qui presentati utilizzano il progetto di sollecitazione 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.
Esempio di progetto di connessione AISC
Per questo esempio, valuteremo la capacità di a collegamento a piastra singola tra una trave L16x50 e una colonna L14x90 utilizzando le dimensioni e i bulloni indicati di seguito. Questa connessione deve supportare la reazione dell'estremità della trave.
Dato:
Carichi a livello di servizio & Materiale:
Reazione da carico morto (RD) = 8.0 kips
Reazione dal carico vivo (RL) = 25.0 kips
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: L16x50; tw = 0.380 pollici, d = 16.3 nel., tf = 0.630 pollici
Colonna: L14x90; tf = 0.710 pollici.
Piastra di taglio: 1/4 di spessore; 4 1/2 in x 11 1/2 nelle dimensioni
La 11 1/2 in profondità della piastra deriva dalla disposizione dei bulloni: quattro bulloni a 3 nella spaziatura dà 9 tra i bulloni esterni, di più ha 1 1/4 nella distanza dal bordo superiore e inferiore.
Infissi (Bulloni e saldature):
(4) – 3/4-pollici.-diametro ASTM F3125 Grado A325-N bulloni in fori standard, a 3 nella spaziatura con 1 1/4 nella distanza dal bordo
70-filetti di elettrodi ksi. A325 e A490 sono gradi all'interno di ASTM F3125, che ha consolidato le vecchie specifiche dei bulloni autonomi. Per ulteriori informazioni sul lato degli elementi di fissaggio, vedere la documentazione su bulloni e saldature.
Calcolo del carico:
LRFD:
Reazione finale (Ru) = 1.2(8.0 kips) + 1.6(25.0 kips) = 49.6 kips
ASD:
Reazione ammissibile (Su) = 8.0 kips + 25 kips = 33.0 kips
Ogni controllo riportato di seguito viene confrontato con la reazione ASD di 33.0 kips. La cifra LRFD viene riportata solo per il confronto manuale delle tabelle alla fine.
Utilizzo del software SkyCiv Connection Design, le diverse parti della connessione verranno ora verificate secondo le verifiche della Sezione J dell'AISC 360-16. I controlli si dividono in tre gruppi: il piatto stesso, la saldatura che lo tiene alla colonna, e il gruppo di bulloni che lo unisce all'anima della trave.
Piastra di taglio, Cedimento al taglio
Capacità di taglio consentita: Ω = 1.5
Rav = (0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 KSI) (0.25 pollici) 11.5 pollici / 1.5 ] = 41.4 kips
Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, Rv = 33.0 kips
capacità complessiva, Rav = 41.4 kips
DCR = (33.0 / 41.4) = 0.797, ok
Piastra di taglio su flangia W14x90, Forza di saldatura
Forza delle saldature d'angolo: Ω = 2.0
Dimensione saldatura, t = 0.1875 pollici
Il mio nome = 0.6 FEXX [ 1.0 + 0.5 peccato ^ 1.5 θ ]
θ = l'angolo che il carico forma 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, Faw = [ 0.6 (70) / 2.0 ] = 21 KSI
lunghezza trasversale, lt = 0 pollici
lunghezza longitudinale, ll = 23 pollici
lunghezza effettiva totale, l = lt (1.5) + ll (1.0) = 0 (1.5) + 23 (1.0) = 23 pollici
(Su / un carico) = 21 KSI (23 pollici) = 483 kips / pollici
La saldatura corre su entrambi i lati della piastra, quindi il 23 è 2 x 11.5 in e rappresenta già entrambe le linee. Qui il carico corre lungo l'asse di saldatura, quindi θ = 0 e non vi è alcun aumento direzionale.
Dimensioni effettive (gola) di saldatura d'angolo, un carico:
0.707 = il coseno o seno di 45deg
a = (0.707) t = 0.133 pollici
Su = (Su / un carico) un carico = 483 (0.133 pollici) = 64.2 kips
Rapporto di capacità di progetto, DCR:
carico richiesto, R = 33.0 kips
capacità complessiva, Ra = 64.2 kips
DCR = (33.0 / 64.2) = 0.514, ok
Piastra di taglio, Rottura di taglio
Capacità di taglio consentita: Ω = 2.0
Calcolo della profondità netta:
lunghezza totale del foro del bullone(S) = 0.875 pollici (4) = 3.5 pollici
profondità netta, dnet = 11.5 in − [ 0.875 pollici (4) ] = 8.0 pollici
La 0.875 dentro è il 13/16 nel foro standard più il 1/16 nell'indennità AISC si applica quando si calcola l'area netta.
Rav = (0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (0.25 pollici) 8 pollici / 2.0 ] = 34.8 kips
Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, Rv = 33.0 kips
capacità complessiva, Rav = 34.8 kips
DCR = (33.0 / 34.8) = 0.948, ok
Piastra di taglio con anima W16x50, Resistenza alla rottura per taglio del blocco
Resistenza al taglio del blocco: Ω = 2.0
(Su / Ω) = (Ubs Fu Ant / Ω) + min [ 0.6 Fy Agv , 0.6 Fu Anv ] / Ω
Il taglio del blocco strappa un singolo blocco dalla piastra: si rompe lungo la distanza del bordo orizzontale e si taglia lungo la linea dei bulloni, quindi si aggiungono un termine di tensione e un termine di taglio.
Componente di rottura della tensione: Ubs= 1.0 (tensione uniforme)
(Ubs Fu Ant / Ω) = [ 1.0 (58 KSI) (1.0625 pollici) / 2.0 ] = 30.8 kips / in (0.25 pollici) = 7.7 kips
Componente cedente al taglio: 0.6 Fy Agv
(0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 KSI) (10.25 pollici) / 2.0 ] (0.25) = 110.7 kips / in (0.25 pollici) = 27.7 kips
Componente di rottura per taglio: 0.6 Fu Anv
(0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (7.1875 pollici) / 2.0 ] (0.25 pollici) = 125.1 kips / in (0.25 pollici) = 31.3 kips
Capacità di taglio totale del blocco:
(Su / Ω)= 7.7 kips + min [ 27.7 kips , 31.3 kips ] = 35.4 kips
Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, Rv = 33.0 kips
capacità complessiva, Rav = 35.4 kips
DCR = (33.0 / 35.4) = 0.933, ok
Piastra di taglio con anima W16x50, Controllo del taglio e del cuscinetto del gruppo di bulloni
1. Resistenza al taglio dei bulloni: Ω = 2.0
Esempio di progetto di connessione AISC 0.768 pollici
Resistenza nominale al taglio, Fnv = 54 KSI
Resistenza nominale al taglio (per bullone), Rnv = Fnv A partire dal = (54 KSI) 0.463 Esempio di progetto di connessione AISC 25.0 kips
(Rnv / Ω) =12,5 kip / bullone
La 54 ksi è la sollecitazione di taglio nominale per un bullone di grado A325 con filettature incluse nel piano di taglio, tratto direttamente dalla Tabella AISC J3.2, quindi ad esso non viene applicata alcuna ulteriore riduzione.
2. Resistenza al cuscinetto dei fori dei bulloni standard: Ω = 2.0
(Ignorando la deformazione del foro del bullone a livello di carico di servizio)
distanza libera dal bordo del bullone, lc = 0.84 pollici (dal 1 1/4 nella distanza dal bordo meno mezzo foro)
distanza netta dal foro adiacente, lc = 2.19 pollici (dal 3 nella spaziatura meno un foro)
Il bullone sul bordo ha la distanza libera più piccola, quindi controlla:
(Rnb / Ω) = (1.5 lc t Fu / Ω) ≤ (3.0 d t Fu / Ω)
Perché in questo caso la deformazione del foro non viene presa come considerazione di progettazione, l'AISC 360-16 J3-6b coefficienti di 1.5 e 3.0 applicare anziché il 1.2 e 2.4 di J3-6a.
Per il bullone esterno (strappo), lc = 0.84 pollici:
Rnb = 1.5 lc t Fu =1,5 (0.84 pollici) 0.25 pollici (58 KSI) = 18.4 kips
(Rnb / Ω) = 9.2 kips
Per il bullone interno (strappo), lc = 2.19 pollici:
Rnb = 1.5 lc t Fu = 1.5 (2.19 pollici) 0.25 pollici (58 KSI) = 47.6 kips
(Rnb / Ω) = 23.8 kips
Per cuscinetto generale (allungamento del foro del bullone):
Rnb = 3.0 Esempio di progetto di connessione AISC Fu = 3.0 (0.768 pollici) 0.25 pollici (58 KSI) = 33.4 kips
(Rnb / Ω) = 16.7 kips
Il cuscinetto controllerà il taglio del bullone poiché 9.2 kips < 12.5 kips
3. Capacità del gruppo bulloni
Considerando il minimo tra: capacità di taglio del bullone, cuscinetto e strappo nei fori dei bulloni interni ed esterni.
un carico). Capacità del bullone esterno (come sopra stabilito):
(bullone esterno) , Rab = 9.2 kips / bullone
b). Capacità del bullone interno (come sopra stabilito):
(bullone interno) , Rab = 12.5 kips / bullone
c). Capacità dei bulloni come gruppo: un bullone esterno più tre bulloni interni
Rab = 1 (9.2 kips / bullone) + 3 (12.5 kips / bullone) = 46.7 kips
Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, R = 33.0 kips
capacità complessiva, Rab = 46.7 kips
DCR = (33.0 / 46.7) = 0.707, ok
Fascio Web, Rottura di taglio (L16x50)
Capacità di taglio consentita: Ω = 2.0
Calcolo della profondità netta:
lunghezza totale del foro del bullone(S) = 0.875 pollici (4) = 3.5 pollici
profondità netta, dnet =16.3 − [ 0.875 pollici (4) ] = 12.8 pollici
Rav = (0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 KSI) (0.38 pollici) 12.8 / 2.0 ] = 84.6 kips
Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, Rv = 33.0 kips
capacità complessiva, Rav = 84.6 kips
DCR = (33.0 / 84.6) = 0.390, ok
Fascio Web, Controllo del taglio e del cuscinetto del gruppo di bulloni
1. Resistenza al taglio dei bulloni: Ω = 2.0
Esempio di progetto di connessione AISC 0.768 pollici
Resistenza nominale al taglio, Fnv = 54 KSI
Resistenza nominale al taglio (per bullone), Rnv = Fnv A partire dal = (54 KSI) 0.463 Esempio di progetto di connessione AISC 25.0 kips
(Rnv / Ω) =12,5 kip
2. Resistenza al cuscinetto dei fori dei bulloni standard: Ω = 2.0
(Ignorando la deformazione del foro del bullone a livello di carico di servizio)
distanza libera dal bordo del bullone, lc = 0.84 pollici
distanza netta dal foro adiacente, lc = 2.19 pollici
Il bullone sul bordo ha la distanza libera più piccola, quindi controlla.
(Rnb / Ω) = (1.5 lc t Fu / Ω) ≤ (3.0 d t Fu / Ω)
Per il bullone esterno (strappo), lc = 0.84 pollici:
Rnb = 1.5 lc t Fu = 1.5(0.84 pollici) 0.38 pollici (58 KSI) = 27.9 kips
(Rnb / Ω) = 13.9 kips
Per il bullone interno (strappo), lc = 2.19 pollici:
Rnb = 1.5 lc t Fu = 1.5 (2.19 pollici) 0.38 pollici (58 KSI) = 72.3 kips
(Rnb / Ω) = 36.2 kips
Per cuscinetto generale (allungamento del foro del bullone):
Rnb = 3.0 Esempio di progetto di connessione AISC Fu = 3.0 (0.768 pollici) 0.38 pollici (58 KSI) = 50.8 kips
(Rnb / Ω) = 25.4 kips
Il taglio del bullone controllerà il cuscinetto poiché 12.5 kips < 13.9 kips
Si noti che l'anima della trave è più spessa della piastra 0.380 contro 0.250 pollici, quindi ogni valore del cuscinetto qui è maggiore e i bulloni stessi diventano il limite. Il piatto, essendo la parte più sottile, è dove governa il cuscinetto.
3. Capacità del gruppo bulloni
Considerando il minimo tra: capacità di taglio del bullone, cuscinetto e strappo nei fori dei bulloni interni ed esterni.
un carico). Capacità del bullone esterno (come sopra stabilito):
(bullone esterno), Rab = 12.5 kips / bullone
b). Capacità del bullone interno (come sopra stabilito):
(bullone interno), Rab = 12.5 kips / bullone
c). Capacità dei bulloni come gruppo: un bullone esterno più tre bulloni interni
Rab = 12.5 kips + 3(12.5 kips) = 50.0 kips
Rapporto di capacità di progetto, DCR:
taglio richiesto, R = 33.0 kips
capacità complessiva, Rab = 50.0 kips
DCR = (33.0 / 50.0) = 0.660, ok
Ogni controllo passa. La rottura per taglio della piastra governa a 0.948, con taglio del blocco vicino dietro a 0.933, ed entrambe sono proprietà di 1/4 nel piatto. Se questa reazione crescesse, una piastra più spessa acquisterebbe la massima capacità con il minor lavoro.
In alternativa, se sei già un ingegnere esperto e hai familiarità con il processo di progettazione per una semplice connessione a taglio, il processo può essere sostanzialmente abbreviato, grazie alle tavole di progetto offerte nel Manuale delle Costruzioni in Acciaio AISC:
Taglio del bullone, Taglio di saldatura, e cuscinetto a bullone, Cedimento al taglio, Rottura di taglio, e rottura per taglio a blocco della piastra
Prova quattro file di bulloni, 1/4-pollici. spessore della piastra, e 3/16 pollici. dimensione della saldatura d'angolo.
Dal manuale AISC Tabella 10-10a:
LRFD
PhiRn = 52.2 kips > 49.6 kips = Ru, ok
ASD
Rn / Ω = 34.8 kips > 33.0 kips = Ra, ok
La tabella restituisce lo stesso 34.8 salta quello fornito sopra dal controllo di rottura a taglio della piastra a mano lunga, che è l'assegno che governa la targa.
Cuscinetto a bullone per trave Web
Rottura per taglio del blocco, lo snervamento da taglio e la rottura per taglio non controlleranno per una sezione non coperta.
Dalla tabella del manuale AISC 10-1, per una sezione non affrontata, la forza disponibile della rete del fascio è:
LRFD
PhiRn = 351 kips / in. (0.380 nel.) = 133 kips > 49.6 kips = Ru, ok
ASD
Rn / Ω = 234 kips / in. (0.380 nel.) = 88.9 kips > 33.0 kips = Ra, ok
Esempio di progetto di connessione AISC (la versione pdf è disponibile qui: ASD Connection Design Report.pdf ). Allo stesso modo, l'esempio della versione LRFD può essere trovato in questo collegamento: LRFD Connection Design.pdf.
Esegui questo esempio tu stesso
Inserisci il W16x50, il W14x90 e il 1/4 nel piatto, e il modulo restituisce ogni controllo sopra con il suo rapporto di utilizzo e la clausola dietro di esso. Funziona nel browser, senza niente da installare.
RIFERIMENTI:
AISC 360-16, Specifiche per edifici in acciaio strutturale
Manuale AISC per le costruzioni in acciaio, Tabelle 10-1 e 10-10
Esempi di progettazione AISC v14.1 (ESEMPIO II.A-17, pagine IIA-60 a 61)
Software di progettazione della connessione SkyCiv: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/
Calcolatore della connessione a piastra singola: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/single-plate-connection-calculator/
