Exemplo de projeto de conexão AISC
Este tutorial fornece um exemplo de design de conexão AISC. As conexões de cisalhamento entre as seções em forma de I são algumas das conexões mais comuns no projeto de aço. Para ajudar a entender as verificações de projeto necessárias de acordo com AISC 360, este artigo usará um exemplo de design para explicá-los. Com este tipo de conexão, também podemos obter rapidamente os resultados deste exemplo por meio do uso do Projeto de conexão SkyCiv módulo. Certifique-se de verificar o artigo adicional sobre projetando uma conexão de momento.
Os cálculos apresentados aqui usarão o Projeto de Tensão Admissível (ASD) método. Se você não está familiarizado com a diferença entre ASD e LRFD no projeto estrutural, tenha certeza de confira nosso video explicando isso.
Manual de projeto de conexão AISC
Para este exemplo, vamos avaliar a capacidade de uma conexão de placa única entre uma viga W16x50 e uma coluna W14x90 usando as dimensões e os parafusos mostrados abaixo. Esta conexão deve ser capaz de suportar as reações da extremidade do feixe.
Dado:
Cargas de nível de serviço & Material:
Reação de Dead Load (RD) = 8.0 kips
Reação do Live Load (RL) = 25.0 kips
Material da Placa: ASTM A36, Fy = 36 ksi, Fu = 58 ksi
Material de viga e coluna: ASTM A992, Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi
Geometria de viga e coluna:
Feixe: W16x50; tw = 0.380 no, d = 16.3 dentro., t f = 0.630 no
Coluna: W14x90; tf = 0.710 no.
Placa de cisalhamento: 1/4 em grosso; 4 1/2 em x 11 em dimensões
Luminárias (Parafusos e soldas):
(4) – 3/4-no.-parafusos ASTM A325-N de diâmetro em orifícios padrão
70-filetes de eletrodo ksi
Cálculo de carga:
LRFD:
Reação final (Ru) = 1.2(8.0 kips) + 1.6(25.0 kips) = 49.6 kips
ASD:
Reação Permitida (Fora) = 8.0 kips + 25 kips = 33.0 kips
Usando o software SkyCiv Connection Design, as diferentes partes da conexão serão agora verificadas de acordo com as verificações da Seção J do AISC 360:
Rendimento por cisalhamento de placa web (W14x90)
Capacidade de cisalhamento permitida:Capacidade de cisalhamento permitida: Ω = 1.5
Rav = (0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 ksi) (0.25 no) 11.5 no / 1.5 ] = 41.4 kips
Proporção da capacidade do projeto, DCR:
cisalhamento necessário, Rv = 33.0 kips
capacidade total, Rav = 41.4 kips
DCR = (33.0 / 41.4) = 0.797, OK
Placa Web para Flange W14x90, Força de solda
Força de soldas de filete: Ω = 2.0
Tamanho da Solda, t = 0.1875 no
O meu nome = 0.6 FEXX
O meu nome = 0.6 FEXX [ 1.0 + 0.5 sin ^ 1,5 θ ]
θ = o ângulo que a carga faz com o eixo de solda
= 90, para soldas carregadas transversalmente
= 0, para soldas carregadas longitudinalmente
Força por unidade de tamanho de solda:Força por unidade de tamanho de solda:
Tensão de solda permitida, Faw = [ 0.6 (70) / 2.0 ] = 21 ksi
comprimento transversal, lt = 0 no
comprimento longitudinal, tudo = 23 no
comprimento efetivo total, eu = lt (1.5) + tudo (1.0) = 0 (1.5) + 23 (1.0) = 23 no
(Fora / t) = 483 kips / no
Tamanho efetivo (garganta) de solda de filete, uma:
0.707 = o cosseno ou seno de 45deg
a = (0.707) t = 0.133 no
Fora = (Rato) t = 483 (0.133 no) = 64.2 kips
Proporção da capacidade do projeto, DCR:
carga necessária, R = 33.0 kips
capacidade total, Ra = 64.2 kips
DCR = (33.0 / 64.2) = 0.514, OK
Ruptura de cisalhamento de placa web (W16x50)
Capacidade de cisalhamento permitida: Ω = 2.0
Cálculo da profundidade líquida:
comprimento total do orifício do parafuso(s) = 0.875 no (4) = 3.5 no
profundidade da rede, dnet = 11.5 em - [ 0.875 no (4) ] = 8.0 no
Rav = (0.6 Fy anv / Ω) = [ 0.6 (58 ksi) (0.25 no) 8 no / 2.0 ] = 34.8 kips
Proporção da capacidade do projeto, DCR:
cisalhamento necessário, Rv = 33.0 kips
capacidade total, Rav = 34.8 kips
DCR = (33.0 / 34.8) = 0.948, OK
Placa Web para Web W16x50, Resistência à ruptura por cisalhamento do bloco
Resistência ao cisalhamento do bloco: Ω = 2.0
(Fora / Ω) = (Ubs Fu Ant / Ω) + min [ 0.6 Fy Agv , 0.6 Fu Anv ] / Ω
Componente de tensão de ruptura: Ubs= 1.0 (tensão uniforme)
(Ubs Fu Ant / Ω) = [ 1.0 (58 ksi) (1.0625 no) (0.25 no) / 2.0 ] = 30.8 kips / in (0.25 no) = 7.7 kips
Componente de rendimento de cisalhamento: 0.6 Fy Agv
(0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 ksi) (10.25 no) / 2.0 ] (0.25) = 110.7 kips / in (0.25 no) = 27.7 kips
Componente de ruptura de cisalhamento: 0.6 Fu Anv
(0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 ksi) (7.1875 no) / 2.0 ] (0.25 no) = 125.1 kips / in (0.25 no) = 31.3 kips
Capacidade total de cisalhamento do bloco:Capacidade total de cisalhamento do bloco:
(Fora / Ω)= 7.7 kips + min [ 27.7 kips , 31.3 kips ] = 35.4 kips
Proporção da capacidade do projeto, DCR:
cisalhamento necessário, Rv = 33.0 kips
capacidade total, Rav = 35.4 kips
DCR = (33.0 / 35.4) = 0.933, OK
Placa Web para Web W16x50, Grupo de Parafuso Cisalhamento, e Verificação do Rolamento
1. Resistência ao cisalhamento dos parafusos: Ω = 2.0
Diâmetro do parafuso = 0.768 no
Resistência ao cisalhamento nominal, Fnv = 54 ksi
Resistência ao cisalhamento nominal (por parafuso), Rnv = 0.6 Fnv A partir de = 0.6 (54 ksi) 0.463 em ^ 2 = 25.0 kips
(Rnv / Ω) = 12,5 kips / parafuso
2. Resistência de rolamento de furos de parafuso padrão: Ω = 2.0
(Ignorando a deformação do furo do parafuso no nível de carga de serviço)
distância da borda, a = 0.84 no
(Claro)distância para o furo adjacente, lc = 2.19 no
Uma vez que a distância da borda é menor do que a distância adjacente ao próximo orifício do parafuso, a distância da borda controlará:
(Rnb / Ω) = (1.2 lc t Fu / Ω) ≤ (2.4 d t Fu / Ω)
Para o parafuso externo (arrancar), lc = 0.84 no:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1,2 (0.84 no) 0.25 no (58 ksi) = 18.4 kips
(Rnb / Ω) = 9.2 kips
Para o parafuso interno (arrancar), lc = 2.19 no:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (2.19 no) 0.25 no (58 ksi) = 47.6 kips
(Rnb / Ω) = 23.8 kips
Para rolamento geral (alongamento do orifício do parafuso):
Rnb = 2.4 d t Fu = 2.4 (0.8125 no) 0.25 no (58 ksi) = 33.4 kips
(Rnb / Ω) = 16.7 kips
O rolamento controlará o cisalhamento do parafuso desde 9.2 kips < 12.5 kips
3. Capacidade do Grupo Bolt
Considerando o mínimo entre: capacidade de cisalhamento do parafuso, rolamento e rasgo nos orifícios dos parafusos internos e externos.
uma). Capacidade do parafuso externo (como estabelecido acima):
(parafuso externo) , Rab = 9.2 kips / parafuso
b). Capacidade do parafuso interno (como estabelecido acima):
(parafuso interno) , Rab = 12.5 kips / parafuso
c). Capacidade dos parafusos como um grupo: soma das capacidades a). e B).
Rab = 1 (9.2 kips / parafuso) + 3 (12.5 kips / parafuso) = 46.7 kips
Proporção da capacidade do projeto, DCR:
cisalhamento necessário, R = 33.0 kips
capacidade total, Rab = 46.7 kips
DCR = (33.0 / 46.7) = 0.707, OK
Ruptura de cisalhamento do elemento da web (W16x50)
Capacidade de cisalhamento permitida: Ω = 2.0
Cálculo da profundidade líquida:Cálculo da profundidade líquida:
comprimento total do orifício do parafuso(s) = 0.875 no (4) = 3.5 no
profundidade da rede, dnet = 16,3 - [ 0.875 no (4) ] = 12.8 no
Rav = (0.6 Fy anv / Ω) = [ 0.6 (58 ksi) (0.38 no) 12.8 / 2.0 ] = 84.6 kips
Proporção da capacidade do projeto, DCR:
cisalhamento necessário, Rv = 33.0 kips
capacidade total, Rav = 84.6 kips
DCR = (33.0 / 84.6) = 0.390, OK
Elemento da web, Verificação de cisalhamento e mancal do grupo de parafusos
1. Resistência ao cisalhamento dos parafusos: Ω = 2.0
Diâmetro do parafuso = 0.768 no
Resistência ao cisalhamento nominal, Fnv = 54 ksi
Resistência ao cisalhamento nominal (por parafuso), Rnv = 0.6 Fnv A partir de = 0.6 (54 ksi) 0.463 em ^ 2 = 25.0 kips
(Rnv / Ω) = 12,5 kips
2. Resistência de rolamento de furos de parafuso padrão: Ω = 2.0
(Ignorando a deformação do furo do parafuso no nível de carga de serviço)
distância da borda, a = 0.84 no
(Claro) distância para o furo adjacente, lc = 2.19 no
Uma vez que a distância da borda é menor do que a distância adjacente ao próximo orifício do parafuso, a distância da borda controlará.
(Rnb / Ω) = (1.2 lc t Fu / Ω) ≤ (2.4 d t Fu / Ω)
Para o parafuso externo (arrancar), lc = 0.84 no:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2(0.84 no) 0.38 no (58 ksi) = 27.9 kips
(Rnb / Ω) = 13.9 kips
Para o parafuso interno (arrancar), lc = 2.19 no:
Rnb = 1.2 lc t Fu = 1.2 (2.19 no) 0.38 no (58 ksi) = 72.3 kips
(Rnb / Ω) = 36.2 kips
Para rolamento geral (alongamento do orifício do parafuso):
Rnb = 2.4 d t Fu = 2.4 (0.8125 no) 0.38 no (58 kksi) = 50.8 kips
(Rnb / Ω) = 25.4 kips
O cisalhamento do parafuso controlará o rolamento desde 12.5 kips < 13.9 kips
3. Capacidade do Grupo Bolt
Considerando o mínimo entre: capacidade de cisalhamento do parafuso, rolamento e rasgo nos orifícios dos parafusos internos e externos.
uma). Capacidade do parafuso externo (como estabelecido acima):
(parafuso externo), Rab = 12.5 kips / parafuso
b). Capacidade do parafuso interno (como estabelecido acima):
(parafuso interno), Rab = 12.5 kips / parafuso
c). Capacidade dos parafusos como um grupo: soma das capacidades a). e B)
Rab = 12.5 kips + 3(12.5 kips) = 50.0 kips
Proporção da capacidade do projeto, DCR:
cisalhamento necessário, R = 33.0 kips
capacidade total, Rab = 50.0 kips
DCR = (33.0 / 50.0) = 0.660, OK
alternativamente, se você já é um engenheiro experiente e está familiarizado com o processo de projeto para uma conexão de cisalhamento simples, o processo pode ser substancialmente encurtado, graças às tabelas de design oferecidas no AISC 360 Manual de Design:
Tesoura de Parafuso, Solda de cisalhamento, e rolamento de parafuso, Shear Yielding, Ruptura por cisalhamento, e ruptura por cisalhamento da placa
Experimente quatro filas de parafusos, 1/4-no. espessura da placa, e 3/16 pol.. tamanho de solda de filete.
Da Tabela Manual AISC 10-10a:
LRFD
Rn = 52.2 kips > 49.6 kips, OK
ASD
Rn = 34.8 kips > 33.0 kips = Ra, OK
Rolamento de parafuso para trama de viga
Ruptura por cisalhamento de bloco, o escoamento por cisalhamento e a ruptura por cisalhamento não controlarão para uma seção não copiada.
Da Tabela Manual AISC 10-1, para uma seção não enfrentada, a força disponível da teia da viga é:
LRFD
Rn = 351 kips / in. (0.380 dentro.) = 133 kips > 49.6 kips = Ru, OK
ASD
Rn = 234 kips / in. (0.380 dentro.) = 88.9 kips > 33.0 kips = Ra, OK
O exemplo de design de conexão AISC mostrado acima é feito em ASD (a versão pdf está disponível aqui: ASD Connection Design Report.pdf ). similarmente, o exemplo da versão LRFD pode ser encontrado neste link: LRFD Connection Design.pdf.
REFERÊNCIAS:
AISC 360 Especificação de edifícios de aço estrutural
Exemplos de projeto AISC v14.1 (EXEMPLO II.A-17, páginas IIA-60 a 61)
Software de design de conexão SkyCiv: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/
