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AISC 360: モーメント接続の設計例

以前の記事を読んだら, AISC 360: せん断接続設計, you would have a good sense of how simple connections are designed under AISC 360. A shear connection only has to deliver the beam end reaction. A moment connection has to deliver that reaction and the end moment with it, which brings the supporting column into the problem. In this article we work through an example moment connection between two I-shaped members and go through the design criteria that have to be satisfied. We can also get to the same results directly through the SkyCiv接続設計 モジュール, which checks these connections to AISC 360-16 ASD または LRFD の場合.

As in the shear connection example, the calculations here use the Allowable Stress Design (ASD) 方法. 構造設計におけるASDとLRFDの違いに精通していない場合, 必ず 私たちのビデオをチェックしてください これを説明する.

この例では, we evaluate the capacity of a Bolted Flange-Plated 完全拘束 (NS) モーメント接続 between a W18x50 beam and a W14x99 column, using the dimensions, welds and loads shown below. The connection has to support the beam end vertical reaction and the developed end moment. Compared with a shear connection, the difference is the pair of plates carrying the beam flange forces onto the supporting column flange.

The flange plates turn the beam end moment into a tension and compression couple. The top plate pulls, the bottom plate pushes, and both forces land on the column flange as concentrated forces. That is why a moment connection needs the column local checks that a shear connection does not.

Bolted flange-plated FR moment connection, W18x50 beam to W14x99 column

与えられた:

サービスレベルの負荷 & 素材:

デッドロードからの垂直せん断 (VD) = 7.0 キップ
ライブロードからの垂直せん断 (VL) = 21.0 キップ

デッドロードからの瞬間 (MD) = 42.0 キップフィート
ライブロードからの瞬間 (ML) = 126.0 キップフィート

プレート素材: ASTM A36, Fy = 36 KSI, フー= 58 KSI
梁と柱の材料: ASTMA992, Fy = 50 KSI, フー= 65 KSI

梁と柱の形状:

ビーム: W18x50; bf = 7.50 に, tf = 0.570 に, d = 18.0 に, tw = 0.355 に, Sx = 88.9 in ^ 3
カラム: W14x99; bf = 14.6 に, tf = 0.780 に, d = 14.2 に, tw = 0.485 に, kdes = 1.38 に
フランジプレート: 3/4 厚く; 7.0 xで 12.5 寸法で
ウェブプレート: 3/8 厚く; 5.0 xで 9.0 寸法で

備品 (ボルトと溶接):
フランジ: (8) – 7/8-に.-diameter ASTM F3125 Grade A325-N bolts in standard holes
ウェブプレート: (3) – 7/8-に.-diameter ASTM F3125 Grade A325-N bolts in standard holes

70-ksi電極フィレット. A325 and A490 are grades within ASTM F3125, which consolidated the older standalone bolt specifications.

3D model of the flange-plated moment connection

負荷計算:

LRFD 負荷 (参照のみ):

究極の垂直反力 (Rあなた) = 1.2 (7.0 キップ) + 1.6 (21.0 キップ) = 42.0 キップ
究極の瞬間 (Mあなた) = 1.2 (42.0 キップフィート) + 1.6 (126.0 キップフィート) = 252.0 キップフィート

ASD 負荷:

許容垂直反力 (Ra) = 7.0 キップ + 21 キップ= 28.0 キップ
許容モーメント (Ma) = 42.0 キップフィート + 126 kip-ft = 168.0 キップフィート

Everything below is checked against the ASD loads. Keep the two methods apart: ASD compares service loads to allowable strength, LRFD compares factored loads to design strength, and the LRFD figures above are carried only so you can compare the two.


SkyCiv接続設計ソフトウェアに基づくソリューション:
正誤表: この例のフランジプレートの幅は 7.0 に しかし、計算に使用される幅は 7.50 に, したがって、値の違い.

 

フランジフォース
Every check that follows is driven by one number, the force in the flange plate. The end moment is resolved into a couple acting at the plate centroids, so the lever arm is the beam depth plus one plate thickness:
Pの = [ 168.0 キップフィート (12 インチ/フィート) ] / (18.0 に + 0.75 に) = 107.5 キップ

 

W14x99フランジへのフランジプレート, 溶接強度
フィレット溶接の強度, Ω= 2.0
溶接サイズ, t = 0.375 に
Fnw = 0.6 FEXX [ 1.0 + 0.5 それなし1.5 (θ) ]
どこ, θ=荷重が溶接軸となす角度
= 90, 横方向に荷重がかかる溶接用
= 0, 縦方向に荷重がかかる溶接用

溶接の単位サイズあたりの強度:
許容溶接応力, Faw = 0.6 (70KSI) / 2.0 = 21 KSI
横方向の長さ, lt = 7 に
縦方向の長さ, ll = 0 に
総有効長, l = lt (1.5) + ll (1.0) = 10.5 に
の 1.5 on the transverse length is the directional strength increase, 1.0 + 0.5 それなし1.5(90).
(Ra / a) = 21 KSI (10.5 に) = 220.5 キップ / に

有効サイズ (喉) フィレット溶接の, a:
0.707 =のコサインまたはサイン 45 度
a = (0.707) t = 0.265 に

Two welds, one each side of the plate:
Ra = (Ra / a) a (2) = 220.50 (0.265 に) 2 = 116.9 キップ
設計容量比, DCR:
必要な負荷, R = 107.5 キップ
全体の容量, Ra = 116.9 キップ
DCR = (107.5 / 116.9) = 0.919, わかった

 

列のローカルチェック
These four checks ask whether the W14x99 can accept the flange force without local stiffening. All of them are compared against the same flange force:

フランジフォース, Pの = 107.5 キップ

  • Webローカル降伏, Ω= 1.5
    Rん / Ω= [ Fは tw (5k + lb) ] / Ω= 50ksi (0.485に) [ 5(1.38に) + 0.75に ] / 1.5 = 123.7 キップ
    ここに tw is the column web thickness and lb the bearing length, taken as the flange plate thickness.
    設計容量比, DCR:
    フランジフォース, Pの = 107.5 キップ
    全体の容量, Ra = 123.7 キップ
    DCR = (107.5 / 123.7) = 0.869, わかった
  • フランジローカル曲げ, Ω= 1.67
    Rん / Ω= [ 6.25 Fそして tf2 ] / Ω = [ 6.25 (50KSI) (0.78に)2 ] / 1.67 = 113.8 キップ
    設計容量比, DCR:
    フランジフォース, Pの = 107.5 キップ
    全体の容量, Ra = 113.8 キップ
    DCR = (107.5 / 113.8) = 0.944, わかった
  • Webローカルの不自由, Ω= 2.0
    Rん / Ω= 0.8 tw2 [ 1 + 3 ( lb / d ) ( tw / tf )1.5 ] ( E Fそして tf / tw)0.5 / Ω
    = 0.8 (0.485に)2 [ 1 + 3 (0.05) (0.62)1.5 ] [ (29000KSI) (50KSI) (0.78に) / 0.485に ] 0.5 / 2.0
    = 154.8 キップ
    設計容量比, DCR:
    フランジフォース, Pの = 107.5 キップ
    全体の容量, Ra = 154.8 キップ
    DCR = (107.5 / 154.8) = 0.694, わかった
  • Web圧縮座屈, Ω= 1.67
    Rん / Ω= [ 24 tw3 ( E Fそして )0.5 / h ] / Ω
    = 24 (0.485に)3 [ (29000KSI) (50KSI) ] 0.5 / 14.2に (1.67)
    = 139.0 キップ
    The full column depth is used here in place of h, the clear distance between flanges less the fillets, which is conservative.
    設計容量比, DCR:
    フランジフォース, Pの = 107.5 キップ
    全体の容量, Ra = 139.0 キップ
    DCR = (107.5 / 139.0) = 0.773, わかった

None of the four column local checks governs, so the W14x99 takes the flange force without transverse stiffeners for these limit states. Had any of them exceeded 1.0, the fix would be stiffeners or a doubler plate rather than a larger flange plate, because the capacity that ran out belongs to the column.

 

W18x50フランジ, フランジプレート引張降伏
張力における要素の強さ, Ω= 1.67

Rん / モーメント接続と同じ設計上の課題はありませんそして あg / Ω= (36KSI) (7.5に) (0.75に) / 1.67 = 121.3 キップ

設計容量比, DCR:
フランジフォース, Pの = 107.5 キップ
全体の容量, Ra = 121.3 キップ
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, わかった

 

W18x50フランジ, フランジプレート圧縮降伏
圧縮における要素の強度, Ω= 1.67

Rん / モーメント接続と同じ設計上の課題はありませんそして あg / Ω= (36KSI) (7.5に) (0.75に) / 1.67 = 121.3 キップ

The compression plate is checked on the gross section because the bolt holes are filled in bearing. It matches the tension yielding value because the plate is short enough between the column face and the first bolt line for slenderness not to reduce it.

設計容量比, DCR:
フランジフォース, Pの = 107.5 キップ
全体の容量, Ra = 121.3 キップ
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, わかった

 

W18x50フランジ, フランジプレート引張破壊
破裂における要素の強さ, Ω= 2.0
せん断遅れ係数, U AISC仕様表D3.1から: 1.0

Rん / モーメント接続と同じ設計上の課題はありませんあなた あe / Ω= (58KSI) [ 7.5に – 2 (1に) ] (0.75に) (1.0) / 2.0 = 119.6 キップ

Two holes are deducted across the plate width. の 1 in deduction is the 7/8 in bolt diameter plus 1/8 に, which is the standard hole allowance used for net area.

設計容量比, DCR:
フランジフォース, Pの = 107.5 キップ
全体の容量, Ra = 119.6 キップ
DCR = (107.5 / 119.6) = 0.899, わかった

 

すべての結果チェックの要約表
以下は、この接続に必要なすべての設計チェックのSkyCiv接続設計モジュールの概要表です。. これらのチェックのすべてがこの記事に示されているわけではありませんが、PDFで入手できます。PDFはここからダウンロードできます。: 接続-設計-レポート-例II.B-1-ASD

Of the checks worked through above, flange local bending governs at 0.944. That is the one to watch if the beam end moment grows, and it is a column property, so a heavier flange plate would not help.

SkyCiv summary table of flange plate design checks
繋がり 1: フランジプレート
SkyCiv summary table of web plate design checks
繋がり 2: ウェブプレート


同様に, LRFDバージョンの例はこのリンクにあります: 接続-設計-レポート-例II.B-1-LRFD

Run This Example Yourself
Enter the W18x50, the W14x99 and the flange plates, and the module returns every check above with its utilization ratio and the clause behind it. ブラウザ上で動作します, インストールするものが何もない状態で.

MicoDalistan製品開発者
ミコダリスタン
製品開発者
ベン (民事)

参考文献

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