Come progettare una connessione a taglio a piastra singola

Per progettare una connessione a taglio con piastra singola (una sezione di taglio) all'AISC 360, controlli i bulloni, la piastra e la saldatura contro la reazione all'estremità della trave. Ciò significa taglio del bullone, cuscinetto e strappo del bullone, taglio del blocco, Snervamento e rottura della lamiera, flessione della placca, e resistenza della saldatura, inoltre i limiti di dettaglio e duttilità che mantengono la connessione sufficientemente flessibile da fungere da semplice supporto.

Questa pagina illustra un esempio reale dall'inizio alla fine: una trave L18x35 che incornicia l'ala di una colonna L14x90, con a 50 kip reazione LRFD, tre 1 nei bulloni A490-N e a 1/2 nel piatto, progettato per AISC 360-16 e il Manuale AISC 15a Edizione. Ogni equazione è scritta con i suoi numeri, nello stesso ordine del foglio di calcolo AISC il Progettazione di connessioni SkyCiv il modulo produce per esso.

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Cos'è una connessione a taglio con piastra singola?

Una connessione a taglio a piastra singola è una piastra di acciaio saldata in officina all'elemento di supporto e imbullonata sul campo all'anima della trave supportata. Trasferisce il taglio all'estremità della trave, ed è classificato come collegamento semplice ai sensi dell'AISC 360-16 B3.4, quindi è dettagliato ruotare piuttosto che resistere al momento. È anche chiamato sezione di taglio o piastra di taglio.

È il più comune connessione a taglio negli edifici in acciaio statunitensi perché necessita di una piastra, una saldatura e una linea di bulloni, e la trave può essere posizionata lateralmente durante il montaggio. Le alternative per lo stesso lavoro sono le collegamento a doppio angolo, il collegamento ad angolo singolo e il taglio collegamento della piastra terminale. Puoi controllarlo direttamente nel calcolatore di connessione a piastra singola.

Elevazione della connessione di esempio. La piastra è saldata alla flangia della colonna e imbullonata all'anima della trave, con la linea del bullone 2 dalla saldatura.

Sezione A-A. La piastra presenta fori orizzontali ad asola corta e a 5/16 saldatura d'angolo su entrambi i lati.

Come si progetta una connessione a taglio con piastra singola? I passaggi in breve

1. Controllare i limiti di dettaglio sulla trave: distanza tra i bulloni, distanze dal bordo, profondità della piastra.
2. Trovare la resistenza a taglio del gruppo di bulloni con il centro di rotazione istantaneo.
3. Controllare la duttilità della piastra: la piastra non deve essere più resistente dei bulloni.
4. Controllare il cuscinetto e lo strappo del bullone sulla piastra.
5. Controllare il supporto dei bulloni e lo strappo sull'anima della trave.
6. Combina il taglio, cuscinetto e strappo per bullone per la forza effettiva del gruppo.
7. Verificare il taglio del blocco della piastra.
8. Verificare lo snervamento a taglio e la rottura a taglio della piastra.
9. Controllare la flessione della placca utilizzando la procedura della trave a doppia copiglia.
10. Controllare l'interazione di taglio e flessione, per cedimento e per rottura.
11. Controlla il limite di dettagli presso il supporto.
12. Dimensionare la saldatura per sviluppare la piastra.
13. Controllare la resistenza della saldatura sulla flangia della colonna.

Input di progettazione per questo esempio

Il codice di progettazione è AISC 360-16 LRFD. Le proprietà della sezione provengono dal Manuale AISC.

 

 

Step 1: Limiti di dettaglio sul lato della trave (AISC 360-16 J3.3, J3.4)

Prima di qualsiasi controllo di forza, la bullonatura deve essere realizzabile e corrispondere ai presupposti alla base delle equazioni di resistenza. I bulloni troppo vicini si strappano tra i fori, i bordi troppo vicini si strappano, e una piastra troppo corta o troppo profonda cambia il modo in cui ruota la connessione.

La distanza minima tra i bulloni è [mathin] 2\tfrac{2}{3} d_{b} [mathin] da J3.3. La distanza minima dal bordo per a 1 nel bullone è 1 1/4 dalla Tabella J3.4. Nel piatto, il bordo orizzontale viene misurato lungo la fessura corta, quindi l'incremento della Tabella J3.5 lo porta a 1.375 pollici. La profondità della piastra deve essere almeno la metà della dimensione T della trave, quindi la connessione è sufficientemente rigida da rinforzare l'estremità della trave, e deve anche adattarsi all'anima della trave.

[math] s_{min} = 2\tfrac{2}{3}\, d_{b} = 2.667 \times (1\,in) = 2.667\,in [math]

Per un limite minimo il rapporto è limite rispetto a quello effettivo, e per un massimo è effettivamente superiore al limite. La riga determinante è la distanza dal bordo orizzontale della piastra:

[math] DCR = \frac{1.375\,in}{1.5\,in} = 0.917 [math]

DCR = 0.917 < 1.0, ok

Step 2: Resistenza a taglio del gruppo di bulloni rispetto al centro di rotazione istantaneo (AISC 360-16 J3.6)

La reazione del raggio agisce lontano dalla linea dei bulloni, quindi i bulloni sopportano un piccolo momento così come il taglio. Il centro di rotazione istantaneo (ICOR) Il metodo trova il punto attorno al quale ruota il gruppo di bulloni e lo trasforma in un coefficiente C, ovvero quanti bulloni’ valore della resistenza al taglio effettivamente fornita dal gruppo.

Eccentricità progettuale

La linea del bullone è 2 dalla saldatura, ma il gruppo otturatore è progettato per un'eccentricità di 1 pollici, perché Tabella Manuale AISC 10-9 imposta l'eccentricità del progetto per una connessione convenzionale a piastra singola, e per questo numero di bulloni e tipo di foro è la metà della distanza tra saldatura e bullone:

[math] e = \frac{a}{2} = \frac{2\,in}{2} = 1\,in [math]

Forza di un bullone

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

[math] \phi r_{v} = (0.75) \times (68\,ksi) \times \frac{\pi}{4} (1\,in)^{2} \times (1) \times (1) = 40.055\,kip [math]

Qui [mathin] h_{f} = 1 [mathin] perché non ci sono riempitivi (AISC 360-16 J5.2(un carico)):

[math] h_{f} = 1 – 0.4 \left( t – 0.25\,in \right) = 1 – 0.4 \left( 0\,in – 0.25\,in \right) \le 1 \;\Rightarrow\; h_{f} = 1 [math]

Individuazione del centro istantaneo

Bullone 1 è in fondo alla linea, con le coordinate qui sotto. L'IC viene trovato per iterazione, utilizzando la curva carico-deformazione dell'equazione manuale AISC (7-1) sulle pagine 7-6 per 7-8. La calcolo del gruppo di bulloni utilizzando ICOR percorre l'intera iterazione.

L'iterazione converge con l'IC a:

[math] x_{ic} = -5.7728\,in, \qquad y_{ic} = 3\,in [math]

Le reazioni del bullone in quella posizione sono:

Ciò fornisce i due coefficienti utilizzati nel resto del progetto:

[math] C = 2.71 \qquad C’ = 5.889\,in [math]

C = 2.71 per tre bulloni significa il 1 l’eccentricità costa al gruppo circa 10% della sua forza concentrica. C’ è il coefficiente solo per il momento, cui viene effettuata la verifica della duttilità nel passaggio 3 usi.

Forza del gruppo di bulloni

[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{nv}\, \frac{\pi}{4} d_{b}^{2}\, N_{s}\, C\, h_{f} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times (68\,ksi) \times \frac{\pi}{4} (1\,in)^{2} \times (1) \times (2.71) \times (1) [math]

[math] \phi R_{n} = 108.55\,kip [math]

DCR = 50 kip / 108.55 kip = 0.461 < 1.0, ok

Step 3: Duttilità della piastra, spessore massimo della lamiera (AISC Manuale Eq. 10-3, 10-4)

Un piatto di taglio deve ruotare quando la trave si flette. Se la piastra è più resistente a flessione rispetto ai bulloni a taglio, i bulloni si fratturano prima che la piastra ceda, che è un improvviso, fallimento fragile. La limitazione dello spessore della piastra garantisce che la piastra ceda per prima.

Primo, la forza momento del gruppo di bulloni, utilizzando C’ dal Passo 2:

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

[math] M_{max} = \frac{68\,ksi}{0.90} \times \frac{\pi}{4} (1\,in)^{2} \times (5.889\,in) = 29.122\,kip\text{-}ft [math]

Quindi la piastra più spessa il cui momento plastico non lo supera:

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

[math] t_{max} = \frac{6 \times (29.122\,kip\text{-}ft)}{(50\,ksi) \times (9\,in)^{2}} = 0.51772\,in [math]

DCR = 0.5 pollici / 0.51772 in = 0.966 < 1.0, ok

A 0.966 questo è il controllo di resistenza più rigoroso nella connessione. A 5/8 nel piatto fallirebbe, anche se sembra una piastra più spessa “più forte”.

Step 4: Portamento e strappo del bullone sulla piastra singola (AISC 360-16 J3.10)

Ogni bullone spinge verso il basso sul bordo del suo foro nella piastra. La piastra si deforma in corrispondenza del foro (cuscinetto, limitato a 2.4 d t Fu) oppure strappa una striscia fino al foro successivo o fino al bordo inferiore (strappo, 1.2 lc t Fu). Il bullone inferiore ha la distanza libera più breve, quindi è quello debole.

Distanza libera per il bullone del bordo, con [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin], la dimensione del foro lungo la lunghezza dell'elemento:

[math] l_{c1} = L_{ev,pl} – \frac{d_{h}}{2} = 1.5\,in – \frac{1.125\,in}{2} = 0.9375\,in [math]

Distanza libera tra i bulloni interni:

[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = 3\,in – 1.125\,in = 1.875\,in [math]

La forza portante e di strappo del gruppo, ridimensionato da C / n per l'eccentricità:

[math] \phi R_{n} = \phi \left[ \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} + \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} \left( n_{r} – 1 \right) \right] \frac{C}{n_{r}} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left[ \min\left(1.125,\, 2.4\right)(0.5)(65) + \min\left(2.25,\, 2.4\right)(0.5)(65)(3 – 1) \right] \times \frac{2.71}{3} [math]

[math] \phi R_{n} = 123.86\,kip [math]

DCR = 50 kip / 123.86 kip = 0.404 < 1.0, ok

Step 5: Supporto dei bulloni e strappo sull'anima della trave (AISC 360-16 J3.10)

La stessa verifica vale per l'anima della trave. La trave non è coperta e la sua ala inferiore è molto al di sotto dei bulloni, quindi non c'è nessun bordo su cui strappare, e ogni bullone porta come un bullone interiore.

[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = 3\,in – 1.125\,in = 1.875\,in [math]

[math] \phi R_{n} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{wb} F_{ub}\, C [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \min\left(1.2 \times 1.875\,in,\, 2.4 \times 1\,in\right) \times (0.3\,in) \times (65\,ksi) \times (2.71) [math]

[math] \phi R_{n} = 89.176\,kip [math]

DCR = 50 kip / 89.176 kip = 0.561 < 1.0, ok

L'anima della trave e la piastra hanno la stessa resistenza alla trazione (65 KSI), ma il 0.3 nel web è più sottile del 1/2 nel piatto, quindi il web ha la capacità inferiore tra i due.

Step 6: Resistenza effettiva del gruppo di bulloni (AISC 360-16 J3.6 Commento)

Taglio dei bulloni, il cuscinetto e lo strappo non sono realmente controlli separati. Ciascun bullone fornisce la minima resistenza al taglio e alla resistenza al cuscinetto o allo strappo in ogni strato che attraversa, e la forza del gruppo è la somma di questi valori per bullone.

La resistenza al cuscinetto e allo strappo per bullone, per il bullone del bordo della piastra, un bullone interno della piastra e l'anima della trave:

[math] \phi r_{n1e} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c1},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} = (0.75) \times \min\left(1.125\,in,\, 2.4\,in\right) \times (0.5\,in) \times (65\,ksi) = 27.422\,kip [math]

[math] \phi r_{n1i} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{p} F_{up} = (0.75) \times \min\left(2.25\,in,\, 2.4\,in\right) \times (0.5\,in) \times (65\,ksi) = 54.844\,kip [math]

[math] \phi r_{n2} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{wb} F_{ub} = (0.75) \times \min\left(2.25\,in,\, 2.4\,in\right) \times (0.3\,in) \times (65\,ksi) = 32.906\,kip [math]

Qui i bulloni sono numerati dall'alto della linea, quindi bullo 3 è il bullone sul bordo della piastra:

[math] \sum \phi r_{eff} = n_{1}\, \phi r_{eff,1} + n_{2}\, \phi r_{eff,2} = (2) \times (32.906\,kip) + (1) \times (27.422\,kip) = 93.234\,kip [math]

[math] \phi R_{n,eff} = \frac{C}{n_{r}} \sum \phi r_{eff} = \frac{2.71}{3} \times (93.234\,kip) = 84.222\,kip [math]

DCR = 50 kip / 84.222 kip = 0.594 < 1.0, ok

Nessuno dei tre bulloni è limitato dal taglio AISC. Il supporto nell'anima della trave e lo strappo nella parte inferiore della piastra governano, ciò è tipico quando i bulloni sono ad alta resistenza e le tele sono sottili. È possibile eseguire la stessa connessione nel file calcolatore gratuito per la progettazione della connessione e modificare la qualità del bullone o la distanza dal bordo della piastra per vedere quale bullone si muove.

Step 7: Taglio a blocco della singola piastra (AISC 360-16 J4.3)

Un blocco della piastra può strapparsi lungo la linea dei bulloni: tagliare lungo la linea dei fori più tensione attraverso la gamba corta fino al bordo libero della piastra. Con una colonna a bullone questo è un blocco a forma di L.

L'area di tensione netta utilizza la dimensione del foro lungo la lunghezza dell'elemento, [mathin] d_{h} = 1.3125\,in [mathin], perché le fessure corrono orizzontalmente. Ogni buco aggiunge 1/16 per danni durante la punzonatura (B4.3):

[math] A_{nt} = t_{p} \left[ (n_{c}-1)\, s_{c} + L_{eh,pl} – (n_{c} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]

[math] A_{nt} = (0.5\,in) \times \left[ (0)(0\,in) + 1.5\,in – (0.5)(1.3125\,in + 0.0625\,in) \right] = 0.40625\,in^{2} [math]

Aree di taglio lorde e nette, con [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin] per tutta la lunghezza del membro:

[math] A_{gv} = t_{p} \left[ L_{ev,pl} + (n_{r}-1)\, s_{r} \right] = (0.5\,in) \times \left[ 1.5\,in + (2)(3\,in) \right] = 3.75\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = t_{p} \left[ d_{p} – L_{ev,pl} – (n_{r} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.5\,in) \times \left[ 9\,in – 1.5\,in – (2.5)(1.1875\,in) \right] = 2.2656\,in^{2} [math]

Resistenza al taglio del blocco, con [mathin] U_{bs} = 1 [mathin] per una tensione uniforme:

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

[math] \phi R_{n} = (0.75) \left( 0.6 \times 65 \times 2.2656 + 1 \times 65 \times 0.40625 \right) \le (0.75) \left( 0.6 \times 50 \times 3.75 + 1 \times 65 \times 0.40625 \right) [math]

[math] \phi R_{n} = 86.074\,kip [math]

DCR = 50 kip / 86.074 kip = 0.581 < 1.0, ok

Step 8: Snervamento a taglio e rottura a taglio della singola piastra (AISC 360-16 J4.2)

L'intera reazione passa attraverso la piastra come taglio verticale. La sezione lorda non deve cedere, e la sezione della rete attraverso i fori dei bulloni non deve rompersi.

Snervamento a taglio (Eq. J4-3)

[math] A_{gv} = d_{p}\, t_{p} = (9\,in) \times (0.5\,in) = 4.5\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sy} = \phi\, 0.6\, F_{yp} A_{gv} = (1.00) \times 0.6 \times (50\,ksi) \times (4.5\,in^{2}) = 135\,kip [math]

Rottura per taglio (Eq. J4-4)

[math] A_{nv} = t_{p} \left[ d_{p} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.5\,in) \times \left[ 9\,in – 3 \times (1.1875\,in) \right] = 2.7188\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sr} = \phi\, 0.6\, F_{up} A_{nv} = (0.75) \times 0.6 \times (65\,ksi) \times (2.7188\,in^{2}) = 79.523\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( 135\,kip,\, 79.523\,kip \right) = 79.523\,kip [math]

DCR = 50 kip / 79.523 kip = 0.629 < 1.0, ok

Step 9: Flessione della placca utilizzando la procedura della trave a doppia copiglia (AISC 360-16 F11.2)

La reazione agisce 2 dalla saldatura, quindi la piastra è un breve cantilever in flessione. Un profondo, la piastra sottile può deformarsi lateralmente prima di cedere. Il Manuale AISC tratta questo con la procedura per una trave con copertura su entrambe le ali, trattando la piastra come un'anima di trave con le flange tagliate. La lunghezza non controventata è la distanza tra saldatura e bullone, [mathin] L_{b} = 2\,in [mathin].

Snervamento flessionale e instabilità flesso-torsionale

Primo, confermare che la piastra rientra nell'intervallo in cui l'Eq. Si applica F11-2:

[math] \frac{L_{b} d}{t^{2}} = \frac{(2\,in)(9\,in)}{(0.5\,in)^{2}} = 72 [math]

[math] \frac{0.08 E}{F_{y}} = \frac{0.08 \times 29000\,ksi}{50\,ksi} = 46.4 \lt 72 \le \frac{1.9 E}{F_{y}} = \frac{1.9 \times 29000\,ksi}{50\,ksi} = 1102 [math]

Moduli di sezione della piastra:

[math] Z = \frac{t_{p} d_{p}^{2}}{4} = \frac{(0.5\,in)(9\,in)^{2}}{4} = 10.125\,in^{3} \qquad S = \frac{t_{p} d_{p}^{2}}{6} = \frac{(0.5\,in)(9\,in)^{2}}{6} = 6.75\,in^{3} [math]

Fattore di modificazione dell'instabilità flesso-torsionale, AISC Manuale Eq. (9-15), senza farcela ([mathin] d_{ct} = 0 [mathin]):

[math] C_{b} = \left[ 3 + \ln\left( \frac{L_{b}}{d_{p}} \right) \right] \left( 1 – \frac{d_{ct}}{d_{p}} \right) \ge 1.84 [math]

[math] C_{b} = \left[ 3 + \ln\left( \frac{2\,in}{9\,in} \right) \right] \times \left( 1 – \frac{0\,in}{9\,in} \right) \ge 1.84 \;\Rightarrow\; C_{b} = 1.84 [math]

[math] \phi M_{n} = \phi\, C_{b} \left[ 1.52 – 0.274 \left( \frac{L_{b} d}{t^{2}} \right) \left( \frac{F_{yp}}{E} \right) \right] F_{yp} S \le \phi\, F_{yp} Z [math]

[math] \phi M_{n} = (0.9)(1.84) \left[ 1.52 – 0.274 \times (72) \times \frac{50\,ksi}{29000\,ksi} \right] (50\,ksi)(6.75\,in^{3}) \le (0.9)(50\,ksi)(10.125\,in^{3}) [math]

[math] \phi M_{n} = 37.969\,kip\text{-}ft \;(455.6\,kip\text{-}in) [math]

Governa il moment cap in plastica, quindi la piastra non è soggetta a deformazioni a questa profondità e spessore. Come taglio equivalente sulla linea dei bulloni:

[math] \phi V_{n,y} = \frac{\phi M_{n}}{L_{b}} = \frac{455.6\,kip\text{-}in}{2\,in} = 227.81\,kip [math]

Rottura per flessione sulla sezione della rete

Modulo di sezione plastico netto attraverso i fori, dal Manuale AISC Part 15 tavolo 15-3:

[math] Z_{net} = \frac{t_{p} d_{p}^{2}}{4} – t_{p}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) s_{r} \left\lfloor \frac{n_{r}^{2}}{4} \right\rfloor – \left[ n_{r}\ \text{odd} \right] \frac{t_{p}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right)^{2}}{4} [math]

[math] Z_{net} = \frac{(0.5)(9)^{2}}{4} – (0.5)(1.1875)(3) \left\lfloor \frac{9}{4} \right\rfloor – (1) \frac{(0.5)(1.1875)^{2}}{4} = 6.3862\,in^{3} [math]

[math] \phi M_{n} = \phi\, F_{up} Z_{net} = (0.75) \times (65\,ksi) \times (6.3862\,in^{3}) = 25.944\,kip\text{-}ft \;(311.3\,kip\text{-}in) [math]

[math] \phi V_{n,r} = \frac{\phi M_{n}}{L_{b}} = \frac{311.3\,kip\text{-}in}{2\,in} = 155.66\,kip [math]

[math] \phi V_{n} = \min\left( 227.81\,kip,\, 155.66\,kip \right) = 155.66\,kip [math]

DCR = 50 kip / 155.66 kip = 0.321 < 1.0, ok

Step 10: Interazione a taglio e flessione della singola piastra (Manuale AISC Parte 10)

La piastra sopporta contemporaneamente taglio e flessione nella stessa sezione, quindi i due devono essere controllati insieme. Il Manuale utilizza un'interazione circolare, fatto una volta con le forze di snervamento e una volta con le forze di rottura.

Cedere

[math] \left( \frac{V_{u}}{\phi V_{n,y}} \right)^{2} + \left( \frac{V_{u}}{\phi R_{n,sy}} \right)^{2} = \left( \frac{50\,kip}{227.81\,kip} \right)^{2} + \left( \frac{50\,kip}{135\,kip} \right)^{2} = 0.185 [math]

DCR = 0.185 < 1.0, ok

Rottura

[math] \left( \frac{V_{u}}{\phi V_{n,r}} \right)^{2} + \left( \frac{V_{u}}{\phi R_{n,sr}} \right)^{2} = \left( \frac{50\,kip}{155.66\,kip} \right)^{2} + \left( \frac{50\,kip}{79.523\,kip} \right)^{2} = 0.498 [math]

DCR = 0.498 < 1.0, ok

Step 11: Limite di dettaglio sul lato supporto

La saldatura d'angolo si trova nello spazio tra la flangia della colonna e l'estremità della trave, pertanto la saldatura non può essere maggiore della distanza della trave, altrimenti la trave non si adatterà.

[math] DCR = \frac{W}{clr} = \frac{0.3125\,in}{0.5\,in} = 0.626 [math]

DCR = 0.626 < 1.0, ok

Step 12: Saldatura necessaria per sviluppare la piastra unica (Manuale AISC Parte 10)

La verifica della duttilità nel passo 3 fa sì che il piatto ceda per primo. Funziona solo se la saldatura non fallisce prima della lamiera. Due saldature d'angolo, ciascuno almeno 5/8 dello spessore della lamiera, sviluppare la forza della piastra.

[math] W_{min} = \frac{5}{8}\, t_{p} = \frac{5}{8} \times (0.5\,in) = 0.3125\,in [math]

DCR = 0.3125 pollici / 0.3125 in = 1.000, ok

Un rapporto esattamente 1.000 è normale qui. La 5/16 in saldatura è stato scelto da questa regola, non dal carico.

Step 13: Capacità di saldatura d'angolo sulla flangia della colonna (AISC 360-16 J2.4)

Scorso, le saldature devono sopportare la reazione stessa. La loro forza dipende dalle dimensioni, lunghezza e direzione del carico. Il metallo di base su entrambi i lati della saldatura, qui la piastra e la flangia della colonna, può anche limitare la quantità di dimensioni della saldatura da considerare.

Limite del metallo di base sulla dimensione della saldatura (AISC Manuale Eq. 9-2)

La dimensione di saldatura più grande, in sedicesimi di pollice, che la parte connessa più sottile può supportare. La piastra è saldata su entrambi i lati, quindi metà del suo spessore è disponibile per ciascuna saldatura:

[math] D_{max} = \frac{ \min\left( \frac{t_{p}}{2} F_{up},\; t_{fs} F_{us} \right) }{3.09\,kip/in \times \left( F_{EXX} / 70\,ksi \right)} = \frac{ \min\left( (0.25\,in)(65\,ksi),\; (0.71\,in)(65\,ksi) \right) }{(3.09\,kip/in)(1)} = 5.2589 [math]

Quindi fino a 5.26/16 in dei conteggi delle dimensioni della saldatura. La 5/16 nella saldatura è inferiore a quello, quindi viene utilizzata la dimensione intera.

Lunghezza effettiva

Due linee di saldatura, ciascuno ridotto di 2W alle estremità:

[math] L_{w} = 2 \left( d_{p} – 2W \right) = 2 \times \left[ 9\,in – 2 \times (0.3125\,in) \right] = 16.75\,in [math]

Forza della saldatura

Il carico corre parallelo alle saldature, COSÌ [mathin] \theta = 0 [mathin] e non vi è alcun aumento direzionale:

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX} \frac{\sqrt{2}}{2} \min\left( W,\, \frac{D_{max}}{16} \right) \left[ 1 + 0.5 \sin^{1.5}\theta \right] L_{w} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times 0.6 \times (70\,ksi) \times \frac{\sqrt{2}}{2} \times (0.3125\,in) \times \left[ 1 + 0.5 \sin^{1.5}(0) \right] \times (16.75\,in) [math]

[math] \phi R_{n} = 116.59\,kip [math]

DCR = 50 kip / 116.59 kip = 0.429 < 1.0, ok

Riepilogo delle verifiche di progettazione

La connessione supera ogni controllo. Due rapporti si avvicinano 1.0, e nessuno dei due misura il carico rispetto alla capacità. Il controllo saldatura-sviluppo è esatto 1.000 perché la saldatura è stata dimensionata da 5/8 t regola, e il controllo di duttilità è 0.966 perché a 1/2 nella piastra si trova appena sotto la piastra più spessa che cede ancora prima che i bulloni si rompano. Dei controlli che confrontano il carico con la capacità, rottura per taglio della lamiera (0.629) è il più alto, seguito da vicino dalla resistenza effettiva del gruppo di bulloni (0.594), che viene impostato tenendo in considerazione il 0.3 nell'anima della trave e strappo nella parte inferiore della piastra.

Cosa cambiare se un controllo fallisce

• Taglio del gruppo di bulloni o resistenza effettiva: aggiungi una riga di bulloni, che solleva C, oppure utilizzare un bullone più grande. Avvicinando la linea dei bulloni alla saldatura si riduce e e si aumenta C.
• Duttilità (t_max): utilizzare una piastra più sottile, o un grado di lamiera con resistenza inferiore. Una piastra più spessa peggiora questo controllo.
• Strappo sul piatto: aumentare la distanza dal bordo verticale sotto il bullone inferiore.
• Appoggio sull'anima della trave: questo dipende dallo spessore e dal grado del nastro, quindi aggiungi una fila di bulloni o scegli una trave più pesante.
• Taglio del blocco, rottura per taglio o rottura per flessione: rendere la piastra più profonda con un'altra fila di bulloni, oppure renderlo più spesso se il controllo di duttilità ha spazio.
• Saldare per sviluppare la piastra: aumentare la saldatura a 5/8 dello spessore della lamiera, purché rientri ancora nello spazio libero della trave.

Domande frequenti

Perché il gruppo bulloni è progettato per a 1 in eccentricità quando i bulloni sono 2 dalla saldatura?

Tabella Manuale AISC 10-9 imposta l'eccentricità del progetto per una connessione a piastra singola convenzionale in base al numero di bulloni e al tipo di foro. Per questa connessione a tre bulloni la distanza tra la linea di saldatura e la linea dei bulloni è la metà, COSÌ 2 in diventa 1 pollici. La saldatura viene quindi progettata solo per la reazione. Questa calibrazione deriva da test su piastre di taglio reali, che ruotano e perdono la maggior parte del momento finale.

Qual è la differenza tra le configurazioni a piastra singola convenzionale ed estesa??

La configurazione convenzionale copre una singola fila verticale di 2 per 12 bulloni con la linea dei bulloni non superiore a 3 1/2 dalla saldatura, più i limiti di distanza dal bordo e spessore nella Part 10 del Manuale AISC. Entro questi limiti, la tabella semplificata 10-9 si applica l'approccio in questo esempio. Qualunque cosa al di fuori di loro, come una piastra più lunga che supera la flangia di una colonna fino a una linea di bulloni più profonda, è la configurazione estesa e necessita di un'analisi più completa, inclusa l'instabilità della piastra.

Perché la piastra utilizza fori a fessura corta?

Brevi fessure orizzontali nella piastra consentono la rotazione dell'estremità della trave e conferiscono all'erettore una certa tolleranza di adattamento, entrambi si adattano a una connessione semplice. Perché le fessure corrono perpendicolari al carico verticale, i controlli del cuscinetto e dello strappo utilizzano la dimensione del foro attraverso la fessura. La distanza dal bordo orizzontale sulla piastra rileva un piccolo incremento dalla Tabella J3.5, ecco perché è il suo limite 1.375 in piuttosto che 1.25 pollici.

Perché la saldatura d'angolo è dimensionata a 5/8 dello spessore della lamiera?

Il design si basa sul cedimento della piastra prima che accada qualcosa di fragile. Due saldature d'angolo, ogni 5/8 dello spessore della lamiera, sono abbastanza forti da sviluppare la placca, quindi la saldatura non può diventare l'anello debole anche se la lamiera cede. Per un 1/2 nella piastra che dà a 5/16 nella saldatura, ed è per questo che l'assegno risulta esattamente 1.0.

Quale controllo solitamente governa una sezione di taglio?

Per una tipica sezione di taglio con bulloni ad alta resistenza, il cuscinetto o lo strappo sulla tela più sottile e il limite di duttilità sullo spessore della piastra tendono a governare piuttosto che il taglio del bullone. In questo esempio il rapporto di carico più elevato è la rottura per taglio della piastra 0.629, con la forza effettiva del gruppo di bulloni accanto a 0.594, controllato dal cuscinetto nell'anima della trave. Il controllo di duttilità si trova a 0.966.

Questo esempio segue la 15a edizione dell'AISC o il Manuale dell'AISC 16a edizione?

Segue l'AISC 360-16 e il Manuale AISC 15a Edizione, che è scritto attorno a quella specifica. Il Manuale AISC 16a Edizione si accoppia con il successivo 360-22 Specifica. Gli stati limite per una connessione a taglio con piastra singola sono gli stessi in entrambe, ma i riferimenti alle clausole e alle pagine si spostano, quindi confrontali con l'edizione utilizzata dal tuo progetto.

Come cambierebbe la situazione per AISC ASD invece che per LRFD?

Gli stati limite e le resistenze nominali sono identici. Con AISC ASD confronti la reazione a livello di servizio con la resistenza nominale divisa per un fattore di sicurezza invece di moltiplicarla per un fattore di resistenza. Un fattore di resistenza di 0.75 diventa un fattore di sicurezza di 2.00, e snervamento a taglio 1.00 diventa 1.50. Cambiano anche le combinazioni di carico, quindi la domanda è più bassa.

La colonna è selezionata in questo progetto?

La flangia della colonna entra attraverso la verifica del metallo di base saldato nel passaggio 13, dove il suo spessore e la sua resistenza alla trazione limitano la dimensione di saldatura utilizzabile. In questo esempio il piatto, non il 0.71 nella flangia della colonna, controlla quel limite. Gli stati limite locali dell'anima della colonna e della flangia non fanno parte di questa verifica della piastra singola.

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Riferimenti

• AISC 360-16, Specifiche per edifici in acciaio strutturale: B3.4, B4.3, F11.2 (Eq. F11-2), J2.4 (Eq. J2-4), J3.3, J3.4 (Tabella J3.4), J3.5 (Tabella J3.5), J3.6 (Eq. J3-1) e Commento, J3.10 (Eq. J3-6a, J3-6c), J4.2 (Eq. J4-3, J4-4), J4.3 (Eq. J4-5), J5.2(un carico).
• Manuale AISC per le costruzioni in acciaio, 15th Edizione: Parte 7, pagine 7-6 per 7-8 (Eq. 7-1); Parte 9, Eq. 9-2, 9-4 e 9-15; Parte 10, Eq. 10-3 e 10-4, tavolo 10-9 e pagina 10-87; Parte 15, tavolo 15-3.
• Calcolo del gruppo di bulloni mediante ICOR
• Progettazione di connessioni in acciaio mediante AISC 360-16
• bulloni e saldature nella progettazione della connessione SkyCiv