Как спроектировать сдвиговое соединение одной пластины

Чтобы спроектировать сдвиговое соединение одной пластины (срезная вкладка) в AISC 360, ты проверяешь болты, пластина и сварной шов противодействуют реакции конца балки. Это означает срез болта, подшипник болта и вырыв, сдвиг блока, податливость и разрыв пластины при сдвиге, изгиб пластины, и прочность сварного шва, плюс ограничения по детализации и пластичности, которые делают соединение достаточно гибким, чтобы служить простой опорой..

Эта страница работает на одном реальном примере от начала до конца.: балка Ш18х35, входящая в полку колонны Ш14х90, с 50 кип реакция LRFD, три 1 в болтах А490-Н и 1/2 в тарелке, предназначен для AISC 360-16 и Руководство AISC, 15-е издание.. Каждое уравнение записано с его номерами, в том же порядке, что и лист расчета AISC SkyCiv Connection Design модуль производит для него.

ПОПРОБУЙТЕ НАШ БЕСПЛАТНЫЙ ИНСТРУМЕНТ СЕЙЧАС КУПИТЬ МОДУЛЬ КОНСТРУКЦИИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Что такое однопластинчатое сдвиговое соединение??

Сдвиговое соединение с одной пластиной представляет собой стальную пластину, приваренную в цеху к опорному элементу и прикрепленную болтами к стенке опорной балки.. Он передает концевой сдвиг балки, и оно классифицируется как простое соединение согласно AISC 360-16 Б3.4, поэтому детализировано, что он вращается, а не сопротивляется моменту. Его также называют срезной пластиной или срезной пластиной..

Это наиболее распространенный сдвиговое соединение в стальных зданиях в США, потому что нужна одна пластина, один сварной шов и один ряд болтов, и балку можно повернуть на место сбоку во время монтажа. Альтернативами одной и той же работы являются двойное угловое соединение, в одноугольное соединение и сдвиг соединение торцевой пластины. Вы можете проверить это прямо в калькулятор однопластинчатого соединения.

Высота примера соединения. Пластина приварена к полке колонны и прикреплена болтами к стенке балки., с линией болта 2 из сварного шва.

Раздел А-А. Пластина имеет горизонтальные отверстия с короткими прорезями и 5/16 угловой шов с обеих сторон.

Как спроектировать сдвиговое соединение одной пластины?? Краткое описание шагов

1. Проверьте пределы детализации на балке: расстояние между болтами, краевые расстояния, глубина пластины.
2. Найдите прочность на сдвиг группы болтов с мгновенным центром вращения..
3. Проверить пластичность пластины: пластина не должна быть прочнее болтов.
4. Проверьте подшипник болта и наличие задира на пластине..
5. Проверить подшипник болта и наличие задира на стенке балки..
6. Комбинировать сдвиг, подшипник и вырыв на болт для эффективной групповой прочности.
7. Проверка блока на сдвиг пластины.
8. Проверьте сдвиговую текучесть и сдвиговое разрушение пластины..
9. Проверьте изгиб пластины, используя процедуру двойной балки с выступом..
10. Проверьте взаимодействие сдвига и изгиба., на податливость и на разрыв.
11. Лимит детализации уточняйте в поддержке.
12. Размер сварного шва для разработки пластины.
13. Проверьте прочность сварного шва на фланце колонны..

Проектирование входных данных для этого примера

Код дизайна: AISC. 360-16 LRFD. Свойства раздела взяты из руководства AISC..

 

 

шаг 1: Детализация ограничений со стороны балки (Aisc 360-16 J3.3, J3.4)

Перед любой проверкой прочности, расположение болтов должно быть поддающимся сборке и соответствовать предположениям, лежащим в основе уравнений прочности.. Болты, затянутые слишком близко, рвутся между отверстиями., края, которые расположены слишком близко, вырываются, а слишком короткая или слишком глубокая пластина меняет способ вращения соединения..

Минимальное расстояние между болтами составляет [mathin] 2\tfrac{2}{3} d_{b} [mathin] из J3.3. Минимальное краевое расстояние для 1 в болте есть 1 1/4 из таблицы J3.4. На тарелке, горизонтальный край измеряется через короткую прорезь, поэтому приращение Таблицы J3.5 увеличивает его до 1.375 в. Глубина пластины должна составлять не менее половины размера Т балки., чтобы соединение было достаточно жестким, чтобы зафиксировать конец балки, и он также должен поместиться внутри стенки балки.

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

Для минимального предела соотношение превышает фактическое значение., а для максимума это актуально сверх лимита. Управляющим рядом является расстояние до горизонтального края пластины.:

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

Прочность на единицу размера сварного шва 0.917 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 2: Прочность на сдвиг группы болтов по мгновенному центру вращения (Aisc 360-16 J3.6)

Реакция луча действует вдали от линии болта, поэтому болты несут небольшой момент, а также сдвиг. Мгновенный центр вращения (ИКОР) Метод находит точку, вокруг которой вращается группа болтов, и превращает ее в коэффициент C., сколько болтов’ значение прочности на сдвиг, которую фактически обеспечивает группа.

Эксцентричность дизайна

Линия болта 2 из сварного шва, но затворная группа рассчитана на эксцентриситет 1 в, потому что таблица руководства AISC 10-9 задает расчетный эксцентриситет для обычного однопластинчатого соединения, и для этого количества болтов и типа отверстия это половина расстояния от сварного шва до болта.:

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

Прочность одного болта

[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]

Вот [mathin] h_{f} = 1 [mathin] потому что нет наполнителей (Aisc 360-16 J5.2(а )):

[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]

Нахождение мгновенного центра

Болт 1 находится в нижней части строки, с координатами ниже. IC находится путем итерации, используя кривую нагрузки-деформации ручного уравнения AISC (7-1) на страницах 7-6 в 7-8. В расчет группы болтов с помощью ICOR проходит эту итерацию полностью.

Итерация сходится с IC в точке:

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

Реакция болта в этом месте равна:

Это дает два коэффициента, используемые в остальной части расчета.:

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

С = 2.71 для трех болтов означает 1 эксцентричность обходится группе примерно 10% его концентрической силы. С’ это коэффициент только для момента, который проверяется на пластичность на этапе 3 использует.

Прочность группы болтов

[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]

Прочность на единицу размера сварного шва 50 кип / 108.55 кип = 0.461 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 3: Пластичность пластины, максимальная толщина пластины (Ручное уравнение AISC. 10-3, 10-4)

Срезная пластина должна вращаться при отклонении балки.. Если пластина прочнее на изгиб, чем болты на срез, болты ломаются раньше, чем пластина поддается, что внезапно, хрупкое разрушение. Ограничение толщины пластины гарантирует, что пластина поддается в первую очередь..

Первый, момент силы затворной группы, используя C’ от шага 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]

Тогда самая толстая пластина, пластический момент которой не превышает ее:

[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]

Прочность на единицу размера сварного шва 0.5 в / 0.51772 в = 0.966 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

В 0.966 это самая жесткая проверка прочности соединения. А 5/8 в тарелке это не получится, хотя более толстая пластина выглядит “сильнее”.

шаг 4: Подшипник болта и вырыв на одной пластине (Aisc 360-16 J3.10)

Каждый болт давит на край своего отверстия в пластине.. Пластина либо деформируется в отверстии (несущий, ограничено 2.4 Поскольку расстояние до края меньше, чем соседнее расстояние до следующего отверстия под болт) или вырывает полоску до следующей дырочки или до нижнего края (вырыв, 1.2 Поскольку расстояние до края меньше, чем соседнее расстояние до следующего отверстия под болт). Нижний болт имеет наименьшее свободное расстояние, так это самый слабый.

Свободное расстояние для краевого болта, с участием [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin], размер отверстия по длине элемента:

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

Свободное расстояние между внутренними болтами:

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

Несущая и отрывная прочность группы, масштабируется по C / n для эксцентриситета:

[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]

Прочность на единицу размера сварного шва 50 кип / 123.86 кип = 0.404 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 5: Болтовая опора и вырыв на стенке балки (Aisc 360-16 J3.10)

Такая же проверка применима и к перемычке балки.. Балка не обработана, и ее нижняя полка находится намного ниже болтов., так что нет края, за который можно было бы оторвать, и каждый болт держится как внутренний болт.

[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]

Прочность на единицу размера сварного шва 50 кип / 89.176 кип = 0.561 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

Стенка балки и пластина имеют одинаковую прочность на разрыв. (65 KSI), но 0.3 в паутине тоньше, чем 1/2 в тарелке, поэтому сеть имеет меньшую емкость из двух.

шаг 6: Эффективная прочность затворной группы (Aisc 360-16 J3.6 Комментарий)

Срез болта, подшипник и выдирание на самом деле не являются отдельными проверками. Каждый болт обеспечивает наименьшую прочность на сдвиг и прочность на подшипник или вырыв в каждом слое, через который он проходит., а групповая прочность представляет собой сумму этих значений на болт..

Подшипник каждого болта и прочность на вырыв, для болта края пластины, пластинчатый внутренний болт и стенка балки:

[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]

Здесь болты нумеруются с начала строки., так что убегай 3 это крайний болт на пластине:

[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]

Прочность на единицу размера сварного шва 50 кип / 84.222 кип = 0.594 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

Ни один из трех болтов не ограничен сдвигом болта AISC.. Опора в стенке балки и вырыв в нижней части пластины регулируют, что характерно, когда болты высокопрочные, а слои тонкие. Вы можете запустить то же соединение в бесплатный калькулятор расчета соединений и измените класс болта или расстояние до края пластины, чтобы увидеть, какой болт движется..

шаг 7: Блочный сдвиг одиночной пластины (Aisc 360-16 J4.3)

Блок пластины может вырваться по линии болта: срезать линию отверстий плюс натяжение поперек короткой ножки до свободного края пластины. С одной болтовой стойкой это Г-образный блок..

В области чистого натяжения используется размер отверстия по длине элемента., [mathin] d_{h} = 1.3125\,in [mathin], потому что слоты расположены горизонтально. Каждое отверстие добавляет 1/16 за повреждение во время удара кулаком (Б4.3):

[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]

Полная и чистая площади сдвига, с участием [mathin] d_{h} = 1.125\,in [mathin] по длине члена:

[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]

Блок прочности на сдвиг, с участием [mathin] U_{bs} = 1 [mathin] для равномерного натяжения:

[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]

Прочность на единицу размера сварного шва 50 кип / 86.074 кип = 0.581 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 8: Сдвиговая текучесть и сдвиговое разрушение одиночной пластины (Aisc 360-16 J4.2)

Полная реакция проходит через пластину в виде вертикального сдвига.. Валовое сечение не должно поддаваться, и сетчатый участок через отверстия под болты не должен разрываться.

Податливость к сдвигу (уравнение. 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]

Сдвиговый разрыв (уравнение. 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]

Прочность на единицу размера сварного шва 50 кип / 79.523 кип = 0.629 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 9: Изгиб пластины с использованием процедуры двойной балки с выступом (Aisc 360-16 Ф11.2)

Реакция действует 2 из сварного шва, поэтому пластина представляет собой короткую консоль на изгиб. Глубина, тонкая пластина может прогнуться вбок, прежде чем она поддастся. В Руководстве AISC это рассматривается с помощью процедуры для балки с выступом на обеих полках., обработка пластины как стенки балки с отрезанными полками. Длина без раскосов — это расстояние от сварного шва до болта., [mathin] L_{b} = 2\,in [mathin].

Гибкая текучесть и поперечно-крутильное выпучивание

Первый, убедитесь, что пластина находится в диапазоне, где уравнение. F11-2 применяется:

[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]

Моменты сечения пластины:

[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]

Коэффициент модификации поперечно-крутильного изгиба, Ручное уравнение AISC. (9-15), без возможности справиться ([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]

Пластиковый моментный колпачок регулирует, поэтому пластина не склонна к короблению на такой глубине и толщине.. Как эквивалентный сдвиг по линии болта:

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

Изгибный разрыв на сетчатом участке

Чистый момент упругости пластического сечения через отверстия, из части руководства AISC 15 Стол 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]

Прочность на единицу размера сварного шва 50 кип / 155.66 кип = 0.321 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 10: Взаимодействие сдвига и изгиба одиночной пластины (Часть руководства AISC 10)

Пластина одновременно подвергается сдвигу и изгибу в одном и том же сечении., поэтому их нужно проверить вместе. В Руководстве используется циклическое взаимодействие., выполняется один раз с пределом текучести и один раз с пределом прочности на разрыв.

Уступая

[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]

Прочность на единицу размера сварного шва 0.185 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

Разрыв

[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]

Прочность на единицу размера сварного шва 0.498 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 11: Ограничение детализации на стороне поддержки

Угловой сварной шов находится в зазоре между полкой колонны и концом балки., поэтому сварной шов не может быть больше зазора балки, иначе балка не подойдет..

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

Прочность на единицу размера сварного шва 0.626 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 12: Сварной шов, необходимый для разработки одной пластины (Часть руководства AISC 10)

Проверка пластичности на этапе 3 заставляет пластину поддаваться первой. Это работает только в том случае, если сварной шов не разрушается до того, как пластина сломается.. Два угловых шва, каждый по крайней мере 5/8 толщины пластины, развивать силу пластины.

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

Прочность на единицу размера сварного шва 0.3125 в / 0.3125 в = 1.000, Прочность на единицу размера сварного шва

Соотношение ровно 1.000 здесь нормально. В 5/16 в сварном шве было выбрано из этого правила, не от нагрузки.

шаг 13: Способность углового шва к полке колонны (Aisc 360-16 Дж2.4)

Последний, сварные швы должны нести в себе реакцию. Их сила зависит от размера., длина и направление нагрузки. Основной металл по обе стороны сварного шва, здесь пластина и полка колонны, также может ограничить размер сварного шва..

Предел основного металла по размеру сварного шва (Ручное уравнение AISC. 9-2)

Самый большой размер сварного шва, в шестнадцатых долях дюйма, что более тонкая соединенная часть может поддерживать. Пластина сварена с обеих сторон., поэтому половина его толщины доступна для каждого сварного шва:

[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]

Итак, до 5.26/16 дюйм размера сварного шва имеет значение. В 5/16 в сварном шве ниже этого, поэтому используется полный размер.

Эффективная длина

Две линии сварного шва, каждый уменьшен на 2 Вт на концах:

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

Прочность сварного шва

Нагрузка действует параллельно сварным швам., так [mathin] \theta = 0 [mathin] и нет направленного увеличения:

[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]

Прочность на единицу размера сварного шва 50 кип / 116.59 кип = 0.429 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

Сводка проверок проекта

Соединение проходит все проверки. Два соотношения сидят рядом 1.0, и ни один из них не измеряет нагрузку по мощности. Проверка приварки к проявлению точно 1.000 потому что размер сварного шва был от 5/8 правило, и проверка пластичности 0.966 потому что 1/2 в пластине находится прямо под самой толстой пластиной, которая все еще поддается до того, как болты сломаются.. Из проверок, сравнивающих нагрузку с мощностью, сдвиговый разрыв пластины (0.629) является самым высоким, за которым следует эффективная прочность затворной группы (0.594), который устанавливается подшипником в 0.3 в стенке балки и с вырывом в нижней части пластины.

Что изменить, если проверка не удалась

• Сдвиг группы болтов или эффективная прочность: добавить ряд болтов, что повышает C, или используйте болт большего размера. Перемещение линии болта ближе к сварному шву уменьшает e и увеличивает C..
• тягучесть (t_max): используйте более тонкую тарелку, или пластина более низкой прочности. Более толстая пластина ухудшает эту проверку..
• Разрыв на тарелке: увеличьте расстояние по вертикали под нижним болтом.
• Опора на перемычку балки: это зависит от толщины полотна и марки, поэтому добавьте ряд болтов или выберите более тяжелую балку.
• Блок сдвиг, сдвиговой разрыв или изгибный разрыв: сделайте пластину глубже с помощью еще одного ряда болтов, или сделайте его толще, если для проверки пластичности есть место.
• Сварка для разработки пластины: увеличить сварной шов до 5/8 толщины пластины, при условии, что он все еще умещается в зазоре между лучами.

Часто задаваемые вопросы

Почему затворная группа рассчитана на 1 в эксцентриситете, когда болты 2 из сварного шва?

Таблица руководства AISC 10-9 задает расчетный эксцентриситет для обычного однопластинчатого соединения в зависимости от количества болтов и типа отверстия.. Для данного трехболтового соединения это половина расстояния от линии сварного шва до линии болта., так 2 в становится 1 в. Затем сварной шов рассчитывается только на реакцию.. Эта калибровка основана на тестах на реальных пластинах для сдвига., которые вращаются и теряют большую часть конечного момента.

В чем разница между обычной и расширенной однопластинчатыми конфигурациями??

Обычная конфигурация охватывает один вертикальный ряд 2 в 12 болты с линией болта не более 3 1/2 из сварного шва, плюс краевое расстояние и пределы толщины в детали 10 Руководства AISC. В этих пределах, упрощенная таблица 10-9 подход в этом примере применяется. Все, что находится за их пределами, например, более длинная пластина, проходящая за полку колонны к более глубокой линии болтов, представляет собой расширенную конфигурацию и требует более полного анализа, включая выпучивание пластины..

Почему в пластине используются отверстия с короткими прорезями?

Горизонтальные короткие прорези в пластине позволяют концу балки вращаться и дают сборщику некоторый допуск на посадку., оба из которых подходят для простого подключения. Поскольку пазы проходят перпендикулярно вертикальной нагрузке, при проверке подшипников и отрыва используются размеры отверстия поперек паза. Расстояние до края пластины по горизонтали немного увеличивается из Таблицы J3.5., поэтому его предел 1.375 вместо того, чтобы 1.25 в.

Почему угловой сварной шов имеет размер 5/8 толщины пластины?

Конструкция основана на том, что пластина поддается до того, как произойдет что-то хрупкое.. Два угловых шва, каждый 5/8 толщины пластины, достаточно сильны, чтобы развить пластину, поэтому сварной шов не может стать слабым звеном, даже если пластина поддается. Для 1/2 в тарелке, которая дает 5/16 в сварном шве, вот почему этот чек приземляется ровно 1.0.

Какая проверка обычно регулирует срезную пластину?

Для типичной срезной пластины с высокопрочными болтами, подшипник или вырыв на более тонком слое и предел пластичности по толщине пластины имеют тенденцию определять, а не сдвиг болта. В этом примере наивысшим коэффициентом нагрузки является разрыв пластины при сдвиге при 0.629, с эффективной прочностью группы затворов, следующей за 0.594, управляемый подшипником в стенке балки. Проверка пластичности находится на 0.966.

Соответствует ли этот пример 15-му изданию AISC или Руководству AISC 16-го издания??

Это следует за AISC 360-16 и Руководство AISC, 15-е издание., который написан вокруг этой спецификации. Руководство AISC, 16-е издание, сочетается с более поздним изданием. 360-22 Спецификация. Предельные состояния для сдвигового соединения одной пластины одинаковы в обоих случаях., но ссылки на статьи и страницы перемещаются, поэтому проверьте их на соответствие версии, которую использует ваш проект..

Как это изменится для AISC ASD вместо LRFD??

Предельные состояния и номинальная прочность идентичны.. С помощью AISC ASD вы сравниваете реакцию уровня обслуживания с номинальной прочностью, разделенной на коэффициент безопасности, а не умножая на коэффициент сопротивления.. Коэффициент сопротивления 0.75 становится фактором безопасности 2.00, и текучесть при сдвиге 1.00 становится 1.50. Сочетания нагрузок тоже меняются., поэтому спрос ниже.

Проверяется ли колонка в этом исполнении??

Фланец колонны проходит проверку основного металла сварного шва на шаге 13, где его толщина и прочность на разрыв ограничивают полезный размер сварного шва. В этом примере пластина, не тот 0.71 во фланце колонны, контролирует этот предел. Местные предельные состояния стенки и фланца колонны не являются частью этой проверки одной пластины..

Бесплатно спроектируйте однопластинчатое сдвиговое соединение

Каждое число на этой странице получено из одного решения. Выберите конфигурацию с одной пластиной, войти в свой луч, служба поддержки, болты и реакция, и просмотрите каждую из этих проверок в своем браузере. Нечего устанавливать.

РАЗРАБОТАЙТЕ СОЕДИНЕНИЕ БЕСПЛАТНО

Модуль SkyCiv Connection Design — это программное обеспечение для проектирования соединений, лежащее в основе этого примера.. Он дает вам полный отчет о расчетах с каждым уравнением и вашими числами в нем., как шаги выше, плюс каждая емкость и DCR, для AISC 360-16 (ЛРФД и АСД) и, как 4100:2020. В калькулятор болтов и сварочный калькулятор прикрыть затворную группу и приварить чеки самостоятельно.

КУПИТЬ МОДУЛЬ КОНСТРУКЦИИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Ссылки

• Aisc 360-16, Спецификация для зданий из конструкционной стали: Б3.4, Б4.3, Ф11.2 (уравнение. Ф11-2), Дж2.4 (уравнение. J2-4), J3.3, J3.4 (Таблица J3.4), J3.5 (Таблица J3.5), J3.6 (уравнение. J3-1) и комментарии, J3.10 (уравнение. J3-6а, J3-6c), J4.2 (уравнение. J4-3, J4-4), J4.3 (уравнение. Дж4-5), J5.2(а ).
• Руководство по стальным конструкциям AISC, 15й выпуск: Часть 7, страницы 7-6 в 7-8 (уравнение. 7-1); Часть 9, уравнение. 9-2, 9-4 и 9-15; Часть 10, уравнение. 10-3 и 10-4, Стол 10-9 и страница 10-87; Часть 15, Стол 15-3.
• Расчет группы болтов с использованием ICOR
• Проектирование стальных соединений с использованием AISC 360-16
• Болты и сварные швы в дизайне соединений SkyCiv