モーメント接続

モーメント接続の種類

モーメント接続はせん断接続よりもはるかに大きなモーメントを伝達します。, そして作るのにもっとコストがかかる: より多くの材料, さらに溶接, より多くの調整とより多くの検査. ほとんどのフレームは、構造が横方向の安定性のためにフレームの動作に依存する場合にのみそれらを使用します。, 他の場所でもせん断接続を使用します.

どの構成が利用できるかは、設計コードとビームが何にフレームされるかによって異なります。.

梁から I 断面柱まで (AISC 360-16)

4つの構成, 柱フランジまたは柱ウェブへの枠組:

• フランジプレート. 梁の上部フランジと下部フランジのプレート, 柱に工場溶接し、梁に現場ボルトで固定. ビームが曲がると, 一方のプレートは張力がかかり、もう一方のプレートは圧縮状態になります, そしてそのカップルはその瞬間を運ぶ. 別個のウェブプレート, 事実上、シアータブ, ハサミを運ぶ. 溶接はすべて店内で行われます, だからこそ製造業者はそれを好むのです (作業例).
• 溶接フランジ. 梁フランジは中間プレートなしで柱フランジに直接溶接されています。, ウェブはせん断タブにボルトで固定されています. これにより、グループ内で最も剛性の高いジョイントと最もクリーンな荷重パスが得られます。, ただし、公差内に収める必要がある部材の現場溶接です。, それで予熱が行われます, ボルトで固定された詳細には存在しないアクセスと検査のコスト.
• フラッシュエンドプレート. 梁の端に溶接され、柱にボルトで固定されたプレート, すべてのボルトがビームフランジの間に収まるように、ビームフランジと面一に仕上げます。. ビーム深さ内に留まります, 床に合うのは, しかしボルトは’ レバーアームには限界があります, 適度な瞬間にぴったりです (作業例).
• 拡張エンドプレート. 同じ考え, プレートがテンション フランジを越えて延長されているため、ボルト列がその外側に配置できます。. その列には、圧縮フランジ付近で最も長いレバー アームがあります。, 拡張によりプレートに降伏線が追加されます, これが追加のモーメント容量を購入するものです. このページの上部に表示されている構成です (作業例).

AISC へのモーメント接続を設計する方法 360-16

あらゆる瞬間の接続はフランジ力に従って設計されています. ビームモーメントは、一方のフランジでは引張力となり、もう一方のフランジでは圧縮力になります。. それぞれの力はビームフランジから伝わります, ボルトを通して, プレートまたは溶接, コラムフランジに, そして柱はそれを運ばなければなりません. せん断はウェブを別々に通過します. いずれかのパスのどこかで障害が発生した場合は、接続の障害となります。.

以下の方程式は AISC の LRFD 形式です。 360-16, AISCマニュアル第15版と, エンドプレート用, AISC 設計ガイド 39. ASDの場合, 交換する [mathin] \phi R_{n} [mathin] と [mathin] R_{n} / \Omega [mathin], を使用して [mathin] \Omega [mathin] 同じ条項に記載されている ([mathin] \Omega = 2.00 [mathin] どこ [mathin] \phi = 0.75 [mathin], そして [mathin] \Omega = 1.67 [mathin] どこ [mathin] \phi = 0.90 [mathin]).

1. フランジ力

カップルとして運ばれる瞬間. それをフランジの重心間の距離で割ると、各フランジにかかる力が得られます。, アキシアル荷重により、その値の半分が各フランジに追加されます。:

[math] P_{uf} = \frac{M_{u}}{d – t_{f}} + \frac{P_{u}}{2} [math]

フランジプレートの例では, a 300 W24x84 でのキップフィートの瞬間 100 アキシアル荷重の kip が与える値 [mathin] P_{uf} = 204.31\,kip [mathin], フランジ プレートのすべてのチェックは、その 1 つの番号に対して行われます。.

エンドプレートも同様に機能します, でもデザインガイド 39 軸張力を同等のモーメントに転がします, 同じテンションボルトを引っ張るので:

[math] M_{u,eq} = M_{u} + \frac{T_{u}}{2} \left( d – t_{f} \right) [math]

これは小さな修正ではありません. フラッシュエンドプレートの例では, 150 緊張感が高まる 200 キップフィートの瞬間に 328.75 キップフィート.

2. ディテールの制限 (J2.2b, J3.3, J3.4, J3.5)

強度チェックの前に, 接続は構築可能でなければなりません. ボルトには最小限の間隔とエッジ距離が必要です, レンチを回すにはスペースが必要です, すみ肉溶接には、接合する部品の最小サイズが必要です (表 J2.4). 最小ボルト間隔は次のとおりです。:

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

また、エンドプレートは、フランジ溶接が適合するように各フランジを越えて十分に深くなければなりません。. 延長されたエンド プレートの例では、ボルト列の間隔は最小値に正確に収まります。, の比率 1.000, どちらが許可されますか. 設計者はプレートを小さく保つためにボルトを限界まで配置します.

3. エンドプレート: ボルトサイズと板厚 (設計ガイド 39)

設計ガイド 39 厚板アプローチを使用します. ボルトはこじることなく引張強度に達するサイズになっています。, そして、プレートはこじ開けが起こらないように十分に硬く作られています. ボルトの直径はレバーアームから決まります [mathin] h_{i} [mathin] 圧縮フランジの中心付近のテンション ボルトの列:

[math] d_{b,reqd} = \sqrt{\frac{4\, M_{u,eq}}{\pi\, \phi\, F_{nt} \sum_{i} n_{i} h_{i}}}, \qquad \phi = 0.75 [math]

プレートの曲げ強度はボルト周囲の降伏線パターンから生まれます, 降伏線パラメータに要約 [mathin] Y_{p} [mathin] 各ボルトパターンのガイドの表から:

[math] t_{p,reqd} = \sqrt{\frac{1.10\, M_{u,eq}}{\gamma_{r}\, \phi\, F_{yp}\, Y_{p}}}, \qquad \phi = 0.90 [math]

の 1.10 ファクターはプレートを維持します 10% 要求よりも強い, したがって、堅固なままであり、覗き見しないという前提が当てはまります. [mathin] \gamma_{r} [mathin] です 1.0 拡張プレート用と 0.8 フラッシュプレート用, フラッシュプレートはより柔軟性があり、完全に拘束されたと見なすためには厚くする必要があるためです。. エクステンションはさらなる強さの源です: 拡張された例は [mathin] Y_{p} = 212.35\,in [mathin], に対して 123.54 フラッシュプレート用.

4. フランジプレート: スリップ, ベアリングとブロックシャー (J3.8, J3.10, J4.3)

フランジ プレートには、多くの場合、取り付け用の特大の穴が詳細に施されています。, J3.2 では、滑りが重要なジョイントでのみ許可されます。. ボルト群の滑り抵抗は:

[math] \phi R_{n} = \phi\, \mu\, D_{u}\, h_{f}\, T_{b}\, N_{s}\, n_{b} [math]

どこ [mathin] \mu = 0.5 [mathin] クラス B 表面用, [mathin] D_{u} = 1.13 [mathin], [mathin] T_{b} [mathin] は表 J3.1 の最小ボルト予張力です。, そして [mathin] h_{f} [mathin] フィラーファクターです, 0.85 2 つ以上のフィラーが存在する可能性がある場合. [mathin] \phi = 0.85 [mathin] 特大穴用. フランジ プレートの例では、スリップは次の位置でチェックされます。 0.978.

ボルトベアリングとティアアウトは、プレートとビームフランジの両方で J3.10 に従います。:

[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]

プレートとビームフランジはそれぞれ、ボルト周囲のブロックせん断裂けがないか検査されます。:

[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]

でボルトのレイアウトを試してください。 ボルト計算機.

5. 張力と圧縮状態のフランジ プレート (J4.1, J4.4)

テンションプレートの全体断面の降伏と穴からの破断がチェックされます。:

[math] \phi R_{n} = \min\left( 0.90\, F_{y} A_{g},\ 0.75\, F_{u} A_{e} \right) [math]

圧縮プレートは、柱面と最初のボルト列の間の短い柱です。. 十分にずんぐりしていれば, J4.4 では、第 E 章の座屈方程式をスキップできます:

[math] \frac{K L}{r} \le 25 \quad \Rightarrow \quad \phi R_{n} = 0.90\, F_{y}\, A_{g} [math]

プレート用, [mathin] r = t / \sqrt{12} [mathin], 薄いプレートはすぐに限界に達します. の 1/2 インプレート フランジプレートの例は次の位置にあります 24.942, すぐ下 25.

6. ボルト穴のビーム (D3, F13.1)

穴は、まさに最大モーメントの点でビームの張力フランジから出ます。. F13.1 は、ビームの曲げ強度が低下するかどうかをチェックします:

[math] F_{u} A_{fn} \lt Y_{t} F_{y} A_{fg} \quad \Rightarrow \quad M_{n} = \frac{F_{u} A_{fn}}{A_{fg}}\, S_{x} [math]

[mathin] Y_{t} = 1.0 [mathin] いつ [mathin] F_{y}/F_{u} \le 0.8 [mathin]. フランジの力もビームに作用する必要があります: ビームの半分, ティー, フランジのみを介して接続されたテンションメンバとして扱われます, せん断ラグにより​​ネット面積が減少します:

[math] U = 1 – \frac{\bar{y}}{l} [math]

7. 溶接部と母材 (J2.4, マニュアルEQ. 9-2)

これらの接続のすべてで溶接部を横切るフランジ力: フランジプレートからコラムまで, またはビームフランジからエンドプレートまで. 長さに対して垂直に荷重がかかる, すみ肉溶接では、J2.4 方向の増加が得られます。 1.5:

[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]

両側の鋼によって、溶接サイズの重要性が制限されます. 厚さtの部品の両面の溶接の場合, 16 分の 1 で使用可能なサイズは:

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

設計ガイド 39 エンドプレートのフランジ溶接に床を追加します: 彼らは少なくとものために設計されています 60% フランジの降伏強度, そのため、たとえ小さな瞬間であっても溶接が弱い部分になることはありません.

[math] P_{fl} \ge 0.6\, F_{y}\, b_{f}\, t_{f} [math]

フラッシュの例では、床 (295.2 キップ) 荷重からの力よりも大きい (191.5 キップ), したがって、床の溶接部のサイズが決まります. フランジ プレートの例では、 1/4 柱への溶接により、接続全体が決まります。 0.998. サイズを試してみてください 溶接計算機.

8. ウェブを切り裂く

ビームシアがフランジを通過しない. フランジプレート接続ではウェブプレートを通過します, シアータブのようなデザインです: ボルトシャー, プレートとビームウェブ上のベアリング, ブロックせん断, せん断降伏とプレートの破壊. フランジプレートの例では, せん断破断 1 ウェブプレートではその側を支配します 0.943.

エンドプレートに, せん断は張力ゾーンの外側のウェブ溶接部を通過します, ビームウェブにより溶接が制限されることがよくあります. フラッシュエンドプレートの例では、 1/2 ウェブでは使用可能な溶接サイズが次のように制限されます 0.3287 に, 未満 3/8 指定された, せん断時のウェブ溶接が接合部での接続を支配します。 0.988.

9. コラム: フランジ曲げ, ウェブの譲歩, 不自由とパネルゾーン (J10)

フランジの力は集中荷重として柱に到達します。, そしてコラムは局所的な破損なしにそれらを運ぶ必要があります. これらのチェックにより、柱に横補強材またはウェブダブラープレートが必要かどうかが決定されます。, そして多くの場合、補強材を使用するよりも重い柱を使用した方がコストが安くなります。.

フランジの局部曲げ, テンションフランジの下 (Eq. J10-1):

[math] \phi R_{n} = \phi\, 6.25\, F_{y}\, t_{f}^{2}, \qquad \phi = 0.90 [math]

Web ローカル譲歩, ベアリング長さあり [mathin] l_{b} [mathin], 柱の端から離れたところ (Eq. J10-2):

[math] \phi R_{n} = \phi\, F_{y}\, t_{w} \left( 5k + l_{b} \right), \qquad \phi = 1.00 [math]

設計ガイド 39 エンドプレートに5kの代わりに6kを使用します, 力は柱に到達する前にプレート全体に広がるため、.

ウェブの機能不全, 圧縮フランジの下 (Eq. J10-4):

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.80\, t_{w}^{2} \left[ 1 + 3 \left( \frac{l_{b}}{d} \right) \left( \frac{t_{w}}{t_{f}} \right)^{1.5} \right] \sqrt{\frac{E\, F_{y}\, t_{f}}{t_{w}}}\, Q_{f}, \qquad \phi = 0.75 [math]

パネルゾーンウェブシャー, フランジ間の柱ウェブにせん断力がかかる場所 (Eq. J10-9):

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.60\, F_{y}\, d_{c}\, t_{w}, \qquad \phi = 0.90 [math]

エンドプレート用, テンションボルトも柱フランジを曲げて降伏線パターンにします。, エンドプレート自体と同様にチェックされます:

[math] \phi M_{cf} = \phi\, F_{y}\, t_{f}^{2}\, Y_{c} \ge 1.10\, M_{u,eq} [math]

3 つの実施例すべてにおいて、パネルゾーンせん断が柱を支配しました, で 0.461, 0.726 そして 0.492. 故障したパネルゾーンにはダブラープレートが必要です, 失敗したフランジまたはウェブチェックには、ビーム フランジの反対側に補強材が必要です.

モーメント接続設計例 (AISC 360-16 LRFD)

以下の各例は、SkyCiv Connection Design の完全な AISC 計算シートです。, すべての方程式を段階的に書き出す, 置換値と DCR.

 

パターンは知っておく価値があります. エンドプレートに, ボルトとプレートのサイズは一致しており、互いに近くに終わる傾向があります。, ビームウェブにより溶接が制限されることがよくあります. フランジプレートに, フランジ側のすべてが同じフランジ力に対してチェックされます, そのため、溶接部と滑りが重要なボルトは同じように激しく働くことになります。. 3つとも, 柱には補強材やダブラープレートは必要ありませんでした, しかし、パネルゾーンはその限界に最も近いコラムチェックでした.

例の背後にある理論については, 見る AISC を使用した鋼製接合の設計 360-16.

どの瞬間接続を使用する必要がありますか?

ソフトウェアは何をチェックしますか?

最初にディテールを実行します: ボルトエッジの距離, ボルトの間隔 (ピッチとゲージ), 工具のクリアランス, プレートの最小寸法と最大寸法, 最小溶接サイズ, プレート間の衝突検出, 補強材, ボルトと溶接. 構築できない接続は解決に至りません.

強度チェックは上記の手順に従います。. エンドプレートの場合、設計ガイドに記載されている必要なボルト径とプレート厚を意味します。 39, せん断されたプレートの拡張部分, フランジとウェブは母材金属と溶接されます, そしてボルトシャー, ベアリングとティアアウト. フランジプレートの場合、スリップを意味します, ベアリング, ブロックせん断, プレートの張力と圧縮, 穴と溶接部でのビームの破断, さらにウェブプレートをシアータブとして追加. 柱上ではフランジ曲げを意味します, ウェブローカル譲歩, ウェブの麻痺, ウェブ圧縮座屈とパネルゾーンせん断.

あらゆる式, デザインチェックとコードリファレンスが完全に表示されます, AISC の条項番号付き 360-16, そうすれば、信頼するのではなく、計算に従うことができます. 上記の実際に動作した例は、それらのレポートから書かれたものです. ファスナー側について, のドキュメントを参照してください ボルト そして 溶接.

モーメント接続とせん断接続: 違い

違いは、2 人のメンバー間の角度に何が起こるかです. 瞬間接続でその角度を保持, したがって、一方の部材を曲げると、もう一方の部材にも影響が及びます. せん断接続では、ジョイントは自由に回転します, そのため、ビームの端が回転し、ジョイントを通過する意味のある瞬間はありません。. 見る せん断結合とは何ですか 比較の残り半分については.

 

 

よくある質問

モーメント接続におけるフランジ力はどのように計算しますか?

ビーム端モーメントをフランジ重心間の距離で割ります。, [mathin] d – t_{f} [mathin], アキシアル荷重の半分を追加します. あ 300 W24x84 でのキップフィートの瞬間 (d = 24.1 に, t_f = 0.77 に) と 100 アキシアル荷重の kip が与える値 204.31 各フランジにキップ.

完全に拘束されたモーメント接続と部分的に拘束されたモーメント接続の違いは何ですか?

完全に拘束された状態 (NS) 接続はメンバー間の角度を保持します, 固定ジョイントを使用してフレームを解析できるようにする. 部分的に拘束されている (PR) 接続はモーメントを伝達しますが、著しく回転します, そのため、回転剛性を解析に含める必要があります. AISC 360-16 B3.4 は両方を定義します. の 0.8 設計ガイドのフラッシュエンドプレートの低減係数 39 これらの接続を FR として扱うのに十分な剛性を保つために存在します。.

モーメント接続に柱補強材またはダブラー プレートが必要になるのはどのような場合ですか?

カラムが故障すると、フランジ力の下で J10 チェックのいずれかが行われます。. フランジの局部曲げ, ウェブローカル譲歩, ウェブのひび割れとウェブの圧縮座屈は、ビーム フランジの反対側にある横方向の補強材で固定されます。. パネルゾーンシアは柱ウェブ上のダブラープレートで固定されています. 多くの場合、重いカラムセクションはどちらよりも安価です, スティフナーとダブラーにより溶接が追加されるため.

フラッシュエンドプレートとエクステンデッドエンドプレートの違いは何ですか?

同一平面のエンドプレートはビームフランジで止まります, すべてのボルトはそれらの間にあります. 延長されたエンドプレートがテンションフランジを越えて突き出ており、その外側にボルト列があります. その列のレバーアームは最も長いです, 拡張機能によりイールドラインが追加されます, したがって、拡張されたプレートははるかに大きなモーメントを伝達します. 接続をビームの深さ内に留める必要がある場合は、フラッシュ プレートが使用されます。.

フランジプレートのボルトが滑りやすい理由?

フランジ プレートには通常、特大の穴が付いています。, フランジでのエレクター公差を与えるには, およびAISC 360-16 J3.2 では、スリップが重要な接続でのみ特大の穴を許可します. ボルトには事前に張力がかけられ、接合面が準備されています, 通常はクラスBに, そのため、ジョイントは摩擦によってフランジ力を伝達します。.

LRFD ではなく ASD を使用したモーメント接続を設計できますか?

はい. 限界状態は同じです. 交換する [mathin] \phi R_{n} [mathin] と [mathin] R_{n} / \Omega [mathin] ASD 負荷と比較します. SkyCiv Connection Design は両方を実行します, それらの間の切り替えは 1 つの設定です.

例は AISC 第 15 版または第 16 版のマニュアルに従っていますか??

彼らはAISCに従います 360-16 AISCマニュアル第15版を使用, その仕様を中心に書かれているもの, および AISC 設計ガイド 39 エンドプレート用. 第 16 版マニュアルは AISC と連携しています 360-22. 限界状態はほぼ同じです, ただし、句とテーブルの参照は移動します, したがって、プロジェクトが使用しているエディションと照らし合わせて確認してください.

SkyCiv接続設計ソフトウェア

上記のモデルとチェックは、 SkyCiv接続設計. それはカバーします 80+ 事前設定された接続タイプ, AISCへの設計 360-16 (LRFD & ASD) とAS 4100:2020, すべての式を示します, デザインチェックとコードリファレンスの完全版.

接続を 3D でモデル化できます, ボルトを交換する, 荷重データを失うことなく溶接またはプレートを作成できます, CloudCAD で 2D 詳細図面シートを作成する, Revit で調整するために 3D ジオメトリを IFC にエクスポートします, Tekla または Navisworks.

完全にブラウザ内で動作します, ダウンロードなし, アップデートまたは IT セットアップ.

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完全なモジュールにはステップバイステップの計算レポートが追加されます。, 上記の実際の例のように, あらゆる容量と DCR を備えた.

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参考文献

• AISC 360-16, 構造用鋼製建物の仕様: B3.4, D3 (表D3.1), F13.1 (Eq. F13-1), J2.2b (表 J2.4), J2.4, J3.1 (表 J3.1), J3.2, J3.3, J3.4, J3.5, J3.6, J3.8, J3.10, J4.1, J4.3, J4.4 (Eq. J4-6), J10 (Eq. J10-1, J10-2, J10-4, J10-8, J10-9).
• AISC 鋼構造マニュアル, 15第版: 部 9 (Eq. 9-2, 母材の溶接サイズの制限); 部 12 (完全拘束モーメント接続).
• AISC 設計ガイド 39, エンドプレートモーメント接続.