Конструкция соединения торцевой пластины на сдвиг

Конструкция соединения торцевой пластины со сдвигом по стандарту AISC 360 покрывает две стороны одной пластины. На балке, вы проверяете угловые сварные швы, соединяющие пластину со стенкой балки и саму стенку балки на сдвиг. В поддержке, вы проверяете срез болта, болтовой подшипник и выемка на торцевой пластине и фланце колонны, сдвиг блока, сдвиговая текучесть и разрыв пластины, изгиб пластины, и взаимодействие сдвига и момента. Детализация ограничений по глубине, интервал, Расстояние до края и размер применяются с обеих сторон.

На этой странице от начала до конца работает один реальный пример.: балка Ш18х50, входящая в полку колонны Ш14х90 с 150 кип реакция LRFD. Соединение представляет собой 5/16 в х 8 1/2 в х 15 в торцевой пластине A36, приварены к стенке балки с 1/4 в галтели с обеих сторон и прикручены к колонне десятью 3/4 в болтах А325-Н в две колонки по пять. Дизайн соответствует AISC 360-16 и Руководство AISC, 15-е издание.. Каждое уравнение записано с его номерами, в том же порядке, что и расчетный лист AISC, в котором SkyCiv Connection Design модуль выдает для этого соединения.

ПОПРОБУЙТЕ НАШ БЕСПЛАТНЫЙ ИНСТРУМЕНТ СЕЙЧАС КУПИТЬ МОДУЛЬ КОНСТРУКЦИИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Что такое сдвиговое соединение торцевой пластины?

Соединение торцевой пластины, работающей на сдвиг, представляет собой одну пластину, приваренную в цеху под квадрат к концу стенки балки и прикрепленную болтами к опоре.. Пластина помещается в плоскую часть стенки балки., с одной колонной болтов с каждой стороны полотна. Он выдерживает сдвиг на конце балки и представляет собой простое соединение согласно AISC. 360-16 Б3.4. Пластина остается тонкой, поэтому она может изгибаться при вращении конца балки., который удерживает момент вне поддержки.

Он отличается от моментной концевой пластины.. А момент связи например, торцевая пластина заподлицо или удлиненная, приваривает пластину к полкам балки и использует гораздо более толстую пластину.. Срезная торцевая пластина приваривается только к стенке.. Это один из видов сдвиговое соединение, наряду с одиночная пластина (срезная вкладка) связь, в двойное угловое соединение и одноугольное соединение. Вы можете проверить этот пример непосредственно в Калькулятор соединения торцевой пластины.

Высота примера соединения. Торцевая пластина приваривается к стенке балки в цехе и крепится болтами к полке колонны в полевых условиях..

Раздел А-А. Две колонны по пять болтов одновременно 5 1/2 в норме, с участием 1 1/2 на краевых расстояниях по всему периметру пластины.

Как спроектировать соединение торцевой пластины, работающее на сдвиг?? Краткое описание шагов

1. Проверьте предел детализации со стороны балки: минимальная глубина пластины.
2. Проверьте угловые сварные швы от торцевой пластины до стенки балки..
3. Проверка стенки балки на текучесть при сдвиге.
4. Проверьте пределы детализации на стороне поддержки: интервал, краевые расстояния и габариты.
5. Проверьте болтовую группу на сдвиг.
6. Проверьте подшипник болта и наличие задира на концевой пластине..
7. Проверьте подшипник болта и наличие задира на фланце колонны..
8. Комбинировать сдвиг, подшипник и вырыв на болт для эффективной групповой прочности.
9. Проверьте блок на сдвиг концевой пластины.
10. Проверьте текучесть при сдвиге и разрыв концевой пластины при сдвиге..
11. Проверьте изгиб торцевой пластины, используя процедуру двойного колпачка..
12. Проверьте взаимодействие сдвига и момента концевой пластины..

Проектирование входных данных для этого примера

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

 

 

Размеры пластины складываются по чертежу. Ширина равна двум 1.5 на краевых расстояниях плюс 5.5 в норме, 8.5 в. Глубина - это два 1.5 на краевых расстояниях плюс четыре 3 в пространствах, 15 в.

шаг 1: Предел детализации со стороны балки

Торцевая пластина должна быть достаточно глубокой, чтобы предохранять конец балки от вращения вокруг собственной оси и обеспечивать достаточную длину сварных швов.. Минимум составляет половину размера Т балки., так что для W18x50 с T = 15.5 в этом есть 7.75 в.

[math] DCR = \frac{d}{c} = \frac{(7.75)}{(15)} = 0.51667 [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 0.517 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 2: Угловой сварной шов от торцевой пластины до стенки балки (Aisc 360-16 Дж2.4)

Вся реакция передается от стенки балки на торцевую пластину через два угловых сварных шва., по одному на каждой стороне сети. Их прочность зависит от размера и длины., а основной металл по обе стороны от сварного шва может ограничить размер сварного шва..

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

Это самый большой размер сварного шва., в шестнадцатых долях дюйма, что соединенные части могут поддерживать. За каждой линией сварки находится цельная торцевая пластина., но стенка балки имеет сварной шов на обеих сторонах, поэтому для каждого сварного шва доступна только половина толщины стенки.. С [mathin] t_{p} = 0.3125\,in [mathin], [mathin] F_{up} = 58\,ksi [mathin], [mathin] t_{wb} = 0.355\,in [mathin] и [mathin] F_{ub} = 65\,ksi [mathin]:

[math] D_{max} = \frac{t_{p} F_{up} \le \frac{t_{wb}}{2} F_{ub}}{3.09\,kip/in \times F_{EXX}/F_{E70XX}} [math]

[math] D_{max} = \frac{(0.3125\,in) \times (58\,ksi) \le (0.1775\,in) \times (65\,ksi)}{(3.09\,kip/in) \times (1)} [math]

[math] D_{max} = 3.7338 [math]

Сторона стенки балки дает меньшее значение, так только 3.7338/16 в, о 0.233 в, из 1/4 в сварном шве можно посчитать.

Эффективная длина сварного шва

Сварной шов может проходить только вдоль плоской части стенки., поэтому его длина равна наименьшей глубине пластины, размер Т балки, и глубина балки за вычетом зоны выступа или кдет вверху и внизу. Нет никакой возможности справиться, так что это 1.25 in применяется на каждом конце. Затем каждая из двух линий сварки уменьшается на 2W для конечных возвратов.. С [mathin] W = 0.25\,in [mathin], [mathin] d_{p} = 15\,in [mathin], [mathin] T_{bm} = 15.5\,in [mathin], [mathin] d_{bm} = 18\,in [mathin] и [mathin] k_{det,bm} = 1.25\,in [mathin]:

[math] L_{w} = 2 \left[ \min\left( d_{p},\, T_{bm},\, d_{bm} – \max\left(D_{ct}, k_{det,bm}\right) – \max\left(D_{cb}, k_{det,bm}\right) \right) – 2W \right] [math]

[math] L_{w} = 2 \times \left[ \min\left( (15\,in),\, (15.5\,in),\, (18\,in) – \max\left((0\,in), (1.25\,in)\right) – \max\left((0\,in), (1.25\,in)\right) \right) – 2 \times (0.25\,in) \right] [math]

[math] L_{w} = 29\,in [math]

Прочность сварного шва

Нагрузка действует параллельно сварным швам., так [mathin] \theta = 0 [mathin] и нет направленного увеличения. С [mathin] F_{EXX} = 70\,ksi [mathin] и [mathin] \phi = 0.75 [mathin]:

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

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times 0.6 \times (70\,ksi) \times \frac{\sqrt{2}}{2} \times \left( (0.25\,in) \le \frac{(3.7338)}{(16)} \right) \times \left[ 1 + 0.5 \times (\sin(0))^{1.5} \right] \times (29\,in) [math]

[math] \phi R_{n} = 150.74\,kip [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 150 кип / 150.74 кип = 0.995 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

Это административная проверка. Сварного шва достаточно, и увеличение размера не поможет, потому что 0.355 в балочной сетке уже ограничивается полезный размер до 0.233 в.

шаг 3: Стенка балки поддается сдвигу (Aisc 360-16 J4.2)

Реакция распространяется по стенке балки в сварные швы., поэтому полотно само должно выдерживать полный сдвиг, не поддаваясь. Луч не справился, поэтому вся глубина луча действует.

[math] A_{gv} = d_{bm}\, t_{wb} = (18\,in) \times (0.355\,in) = 6.39\,in^{2} [math]

С [mathin] F_{yb} = 50\,ksi [mathin] и [mathin] \phi = 1 [mathin]:

[math] \phi R_{n,sy} = \phi\, 0.6\, F_{yb} A_{gv} = (1) \times 0.6 \times (50\,ksi) \times (6.39\,in^{2}) = 191.7\,kip [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 150 кип / 191.7 кип = 0.782 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 4: Детализация лимитов на стороне поддержки (Aisc 360-16 J3.3, J3.4, J3.5)

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, и калибр должен оставить место для стенки балки, сварные швы и головки болтов.

Для 3/4 в болте минимальное расстояние составляет [mathin] 2\tfrac{2}{3} d_{b} = 2\,in [mathin] (J3.3) а минимальное краевое расстояние равно 1 в (Таблица J3.4). Торцевая пластина имеет горизонтальные короткие прорези., и его горизонтальное расстояние от края измеряется от конца прорези, поэтому приращение таблицы J3.5 1/8 в повышает свой минимум до 1.125 в. На полке колонны, расстояние до горизонтальной кромки — это то, что осталось от фланца за пределами болтов., [mathin] (b_{fs} – g_{s})/2 = (14.5 – 5.5)/2 = 4.5\,in [mathin].

Для минимального предела соотношение превышает фактическое значение., а для максимума это актуально сверх лимита. Управляющий ряд — это минимальный размер болта у опоры.:

[math] DCR = \frac{d}{c} = \frac{(4.375)}{(5.5)} = 0.79545 [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 0.795 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 5: Срез группы болтов со стороны опоры (Aisc 360-16 J3.6)

Болты сидят на лицевой стороне колонны, в соответствии с реакцией, и две колонны болтов симметричны относительно стенки балки. Таким образом, группа болтов выдерживает чистый сдвиг без эксцентриситета., и каждый болт занимает равную долю.

куда [mathin] \phi = 0.75 [mathin], [mathin] F_{nv} = 54\,ksi [mathin], [mathin] d_{b} = 0.75\,in [mathin], [mathin] N_{s} = 1 [mathin], [mathin] N_{V} = 10 [mathin] и [mathin] h_{f} = 1 [mathin] потому что нет наполнителей (J5.2(а )):

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

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times (54\,ksi) \times \frac{\pi}{4} \times \left( (0.75\,in) \right)^{2} \times (1) \times (10) \times (1) [math]

[math] \phi R_{n} = 178.92\,kip [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 150 кип / 178.92 кип = 0.838 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 6: Подшипник болта и вырез на торцевой пластине (Aisc 360-16 J3.10)

Каждый болт опирается на край своего отверстия в торцевой 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 следующего отверстия или до конца пластины (вырыв, 1.2 Поскольку расстояние до края меньше, чем соседнее расстояние до следующего отверстия под болт). Болт, ближайший к концу пластины, имеет наименьшее свободное расстояние., так это самый слабый.

Прорези расположены горизонтально, а нагрузка – вертикально., поэтому размер отверстия по длине элемента является стандартным [mathin] d_{h} = 0.8125\,in [mathin]. Свободное расстояние для краевого болта, с участием [mathin] L_{ev} = 1.5\,in [mathin]:

[math] l_{c1} = L_{ev} – \frac{d_{h}}{2} = (1.5\,in) – \frac{(0.8125\,in)}{2} = 1.0938\,in [math]

Свободное расстояние между болтами, с участием [mathin] s_{r} = 3\,in [mathin]:

[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = (3\,in) – (0.8125\,in) = 2.1875\,in [math]

куда [mathin] t_{p} = 0.3125\,in [mathin], [mathin] F_{up} = 58\,ksi [mathin], [mathin] N_{V} = 10 [mathin], [mathin] n_{r} = 5 [mathin] и [mathin] \phi = 0.75 [mathin]. Кронштейн - прочность одной линии из пяти болтов., и фактор N_V / н_р = 2 считает обе строки:

[math] \phi R_{n,tearout} = \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] \left( \frac{N_{V}}{n_{r}} \right) [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = (0.75) \times \left[ \min\left(1.2 \times (1.0938\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.3125\,in) \times (58\,ksi) + \min\left(1.2 \times (2.1875\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.3125\,in) \times (58\,ksi) \times \left( (5) – 1 \right) \right] \times \left( \frac{(10)}{(5)} \right) [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = 231.43\,kip [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 150 кип / 231.43 кип = 0.648 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

Вырыв регулирует крайний болт, потому что 1.2 lc1 меньше, чем 2.4 db. Внутренние болты закрыты подшипниками..

шаг 7: Подшипник болта и вырыв на фланце колонны (Aisc 360-16 J3.10)

Такая же проверка применима и к фланцу колонны.. Болты находятся в середине высокой колонны., без края над или под ними, поэтому каждый болт опирается как внутренний болт.

[math] l_{c2} = s_{r} – d_{h} = (3\,in) – (0.8125\,in) = 2.1875\,in [math]

куда [mathin] t_{fs} = 0.71\,in [mathin], [mathin] F_{us} = 65\,ksi [mathin] и [mathin] N_{V} = 10 [mathin]:

[math] \phi R_{n,tearout} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{fs} F_{us}\, N_{V} [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = (0.75) \times \min\left(1.2 \times (2.1875\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.71\,in) \times (65\,ksi) \times (10) [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = 623.03\,kip [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 150 кип / 623.03 кип = 0.241 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

В 0.71 полка колонны более чем в два раза толще торцевой пластины, поэтому опора на колонну редко вызывает беспокойство при тонкой сдвиговой концевой пластине.

шаг 8: Эффективная прочность затворной группы (Aisc 360-16 J3.6 Комментарий)

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

Прочность одного болта при одиночном сдвиге:

[math] \phi r_{v} = \frac{\phi R_{n}}{N_{V}} = \frac{(178.92\,kip)}{(10)} = 17.892\,kip [math]

Подкос и вырыв одного болта на торцевой пластине, для краевого болта и внутреннего болта:

[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(1.2 \times (1.0938\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.3125\,in) \times (58\,ksi) = 17.842\,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(1.2 \times (2.1875\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.3125\,in) \times (58\,ksi) = 24.469\,kip [math]

Подшипник одного болта на полку колонны:

[math] \phi r_{n2} = \phi\, \min\left(1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b}\right) t_{fs} F_{us} = (0.75) \times \min\left(1.2 \times (2.1875\,in),\, 2.4 \times (0.75\,in)\right) \times (0.71\,in) \times (65\,ksi) = 62.303\,kip [math]

Болты нумеруются сверху каждой строки., и отчет берет болт 5 как крайний болт. Расстояние до верхнего и нижнего края равно 1.5 в, так что крайний болт имеет то же самое 1.0938 на ясном расстоянии, независимо от того, на каком конце он находится:

[math] \phi r_{eff,1} = \min\left( \phi r_{v},\, \phi r_{n1i},\, \phi r_{n2} \right) = \min\left( (17.892\,kip),\, (24.469\,kip),\, (62.303\,kip) \right) = 17.892\,kip [math]

[math] \phi r_{eff,2} = \min\left( \phi r_{v},\, \phi r_{n1e},\, \phi r_{n2} \right) = \min\left( (17.892\,kip),\, (17.842\,kip),\, (62.303\,kip) \right) = 17.842\,kip [math]

Сумма по одной строке, с участием [mathin] n_{1} = 4 [mathin] болты по внутреннему значению и [mathin] n_{2} = 1 [mathin] по граничному значению:

[math] \sum \phi r_{eff} = n_{1}\, \phi r_{eff,1} + n_{2}\, \phi r_{eff,2} = (4) \times (17.892\,kip) + (1) \times (17.842\,kip) = 89.411\,kip [math]

[math] \phi R_{n,eff} = \left( \frac{N_{V}}{n_{r}} \right) \sum \phi r_{eff} = \left( \frac{(10)}{(5)} \right) \times (89.411\,kip) = 178.82\,kip [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 150 кип / 178.82 кип = 0.839 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

Срез болта регулирует четыре болта в каждой линии., и разрыв на 5/16 в пластине управляет краевым болтом с помощью 0.05 кип . Вот почему эффективная прочность на шаге оказывается немного ниже прочности болта на сдвиг. 5. Вы можете запустить то же соединение в бесплатный калькулятор расчета соединений и попробуйте увеличить расстояние до края, чтобы увидеть соответствие двух значений.

шаг 9: Блок сдвига торцевой пластины (Aisc 360-16 J4.3)

Блок торцевой пластины может вырваться с каждой стороны стенки балки.: срез по линии болта до конца пластины, плюс напряжение на внешнем крае пластины. Получается два L-образных блока., по одному на колонку болтов, поэтому области ниже используют [mathin] 2t_{p} = 0.625\,in [mathin] и посчитайте по одной колонне болтов с каждой стороны.

Чистая площадь в напряжении. Плоскость натяжения проходит горизонтально., вдоль прорезей, поэтому он использует длину слота [mathin] d_{h} = 1\,in [mathin], с участием [mathin] n_{c} = 2 [mathin], [mathin] s_{c} = 0\,in [mathin] и [mathin] L_{eh} = 1.5\,in [mathin]. Каждое отверстие добавляет 1/16 за повреждение во время удара кулаком (Б4.3):

[math] A_{nt} = 2t_{p} \left[ \left( \frac{n_{c}}{2} – 1 \right) s_{c} + L_{eh} – \left( \frac{n_{c}}{2} – 0.5 \right) \left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]

[math] A_{nt} = (0.625\,in) \times \left[ ((1)-1) \times (0\,in) + (1.5\,in) – ((1) – 0.5) \times ((1\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 0.60547\,in^{2} [math]

Общая и чистая площади при сдвиге. Плоскость сдвига проходит вертикально, через слоты, поэтому чистая площадь использует [mathin] d_{h} = 0.8125\,in [mathin]:

[math] A_{gv} = 2t_{p} \left[ L_{ev} + (n_{r}-1)\, s_{r} \right] = (0.625\,in) \times \left[ (1.5\,in) + ((5)-1) \times (3\,in) \right] = 8.4375\,in^{2} [math]

[math] A_{nv} = 2t_{p} \left[ d_{p} – L_{ev} – (n_{r} – 0.5)\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] [math]

[math] A_{nv} = (0.625\,in) \times \left[ (15\,in) – (1.5\,in) – ((5) – 0.5) \times ((0.8125\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 5.9766\,in^{2} [math]

Блок прочности на сдвиг, с участием [mathin] U_{bs} = 1 [mathin] потому что каждый блок имеет одну колонку болтов и натяжение равномерное, [mathin] F_{up} = 58\,ksi [mathin], [mathin] F_{yp} = 36\,ksi [mathin] и [mathin] \phi = 0.75 [mathin]:

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

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times \left( 0.6 \times (58\,ksi) \times (5.9766\,in^{2}) + (1) \times (58\,ksi) \times (0.60547\,in^{2}) \le 0.6 \times (36\,ksi) \times (8.4375\,in^{2}) + (1) \times (58\,ksi) \times (0.60547\,in^{2}) \right) [math]

[math] \phi R_{n} = 163.03\,kip [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 150 кип / 163.03 кип = 0.920 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

Сторона уравнения, поддающаяся сдвигу, определяет. A36 имеет низкое соотношение текучести к растяжению., поэтому плоскость общего сдвига поддается до того, как разорвется чистая плоскость сдвига.. Это второй по величине показатель в связи.

шаг 10: Податливость при сдвиге и разрыв концевой пластины при сдвиге (Aisc 360-16 J4.2)

Полная реакция проходит через торцевую пластину в виде вертикального сдвига в двух плоскостях., по одному с каждой стороны стенки балки. Валовое сечение не должно поддаваться, и сетчатый участок через отверстия под болты не должен разрываться.

Податливость к сдвигу (уравнение. J4-3)

С [mathin] n_{sp} = 2 [mathin] плоскости сдвига:

[math] A_{gv} = d_{p}\, n_{sp}\, t_{p} = (15\,in) \times (0.625\,in) = 9.375\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sy} = \phi\, 0.6\, F_{yp} A_{gv} = (1) \times 0.6 \times (36\,ksi) \times (9.375\,in^{2}) = 202.5\,kip [math]

Сдвиговый разрыв (уравнение. J4-4)

[math] A_{nv} = n_{sp}\, t_{p} \left[ d_{p} – n_{r}\left( d_{h} + 0.0625\,in \right) \right] = (0.625\,in) \times \left[ (15\,in) – (5) \times ((0.8125\,in) + (0.0625\,in)) \right] = 6.6406\,in^{2} [math]

[math] \phi R_{n,sr} = \phi\, 0.6\, F_{up} A_{nv} = (0.75) \times 0.6 \times (58\,ksi) \times (6.6406\,in^{2}) = 173.32\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( \phi R_{n,sy},\, \phi R_{n,sr} \right) = \min\left( (202.5\,kip),\, (173.32\,kip) \right) = 173.32\,kip [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 150 кип / 173.32 кип = 0.865 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 11: Изгиб торцевой пластины с использованием процедуры двойного колпачка (Aisc 360-16 Ф11.2)

Болты 2 3/4 выход из Интернета с каждой стороны, таким образом, каждая половина концевой пластины изгибается как короткая консоль от стенки до линии крепления болтов.. Тонкая пластина может прогнуться вбок, прежде чем поддастся.. В Руководстве AISC это рассматривается с помощью процедуры для балки, соединенной по обеим полкам., обработка каждой половины пластины как стенки балки с отрезанными полками. Длина без раскосов — это расстояние от лицевой стороны стенки до линии болта., [mathin] L_{b} = (g_{s} – t_{wb})/2 = (5.5 – 0.355)/2 = 2.5725\,in [mathin].

Проверка диапазона

куда [mathin] E = 29000\,ksi [mathin], [mathin] F_{yp} = 36\,ksi [mathin], [mathin] d_{p} = 15\,in [mathin] и [mathin] t_{p} = 0.3125\,in [mathin]:

[math] \frac{L_{b} d}{t^{2}} = \frac{(2.5725\,in) \times (15\,in)}{(0.3125\,in)^{2}} = 395.14 [math]

[math] \frac{0.08 E}{F_{y}} = \frac{0.08 \times (29000\,ksi)}{(36\,ksi)} = 64.444 \qquad \frac{1.9 E}{F_{y}} = \frac{1.9 \times (29000\,ksi)}{(36\,ksi)} = 1530.6 [math]

Так [mathin] \frac{0.08E}{F_{y}} \lt \frac{L_{b} d}{t^{2}} \le \frac{1.9E}{F_{y}} [mathin], Оценка емкости сваи. F11-2 применяется.

Моменты сечения торцевой пластины

[math] Z = \frac{t_{p} \left( d_{p} \right)^{2}}{4} = \frac{(0.3125\,in) \times ((15\,in))^{2}}{4} = 17.578\,in^{3} [math]

[math] S = \frac{t_{p} \left( d_{p} \right)^{2}}{6} = \frac{(0.3125\,in) \times ((15\,in))^{2}}{6} = 11.719\,in^{3} [math]

Коэффициент модификации поперечно-крутильного изгиба (Ручное уравнение AISC. 9-15)

Глубина выступа принимается равной нулю., [mathin] d_{ct} = 0\,in [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{(2.5725\,in)}{(15\,in)} \right) \right] \times \left( 1 – \frac{(0\,in)}{(15\,in)} \right) \ge 1.84 [math]

[math] C_{b} = 1.84 [math]

Прочность на изгиб

С [mathin] \phi = 0.9 [mathin], и фактор 2 на две половинки тарелки:

[math] \phi M_{n} = \phi \left[ 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 F_{yp} Z \right] 2 [math]

[math] \phi M_{n} = (0.9) \times \left[ (1.84) \times \left[ 1.52 – 0.274 \times ((395.14)) \times \left( \frac{(36\,ksi)}{(29000\,ksi)} \right) \right] \times (36\,ksi) \times (11.719\,in^{3}) \le (36\,ksi) \times (17.578\,in^{3}) \right] \times 2 [math]

[math] \phi M_{n} = 94.922\,kip\text{-}ft \;(1139.1\,kip\text{-}in) [math]

Пластиковый моментный колпачок [mathin] F_{yp} Z [mathin] управляет, поэтому коробление не снижает прочность на такой короткой длине..

Эквивалентная способность сдвига

[math] \phi V_{n} = \frac{\phi M_{n}}{L_{b}} = \frac{(94.922\,kip\text{-}ft)}{(2.5725\,in)} = 442.78\,kip [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 150 кип / 442.78 кип = 0.339 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

шаг 12: Сдвиг и момент взаимодействия торцевой пластины (Ручное уравнение AISC. 10-5)

Торцевая пластина одновременно подвергается сдвигу и изгибу в одном и том же сечении., поэтому их нужно проверить вместе. В Руководстве используется круговое взаимодействие между пределом текучести при сдвиге и пределом прочности при изгибе..

Момент в пластине равен реакции, умноженной на длину в незакрепленном состоянии., с участием [mathin] V_{r} = 150\,kip [mathin] и [mathin] L_{b} = 2.5725\,in [mathin]:

[math] M_{r} = V_{r}\, L_{b} = (150\,kip) \times (2.5725\,in) = 32.156\,kip\text{-}ft [math]

С [mathin] \phi V_{n} = 202.5\,kip [mathin] от сдвиговой текучести на этапе 10 и [mathin] \phi M_{n} = 94.922\,kip\text{-}ft [mathin] от шага 11:

[math] I_{nt} = \left( \frac{V_{r}}{\phi V_{n}} \right)^{2} + \left( \frac{M_{r}}{\phi M_{n}} \right)^{2} [math]

[math] I_{nt} = \left( \frac{(150\,kip)}{(202.5\,kip)} \right)^{2} + \left( \frac{(32.156\,kip\text{-}ft)}{(94.922\,kip\text{-}ft)} \right)^{2} = 0.66346 [math]

Прочность на единицу размера сварного шва 0.66346 / 1.0 знак равно 0.663 < 1.0, Прочность на единицу размера сварного шва

Короткое плечо рычага сохраняет момент небольшим., поэтому большая часть взаимодействия происходит за счет сдвига.

Сводная информация о проверках конструкции соединения торцевой пластины, работающей на сдвиг

Соединение проходит все проверки. Сварной шов на стороне балки регулируется при 0.995, потому что 0.355 в стенке балки ограничивает полезный размер сварного шва примерно до 0.233 в. Блоковый сдвиг торцевой пластины находится на следующей позиции. 0.920, затем сдвиговый разрыв концевой пластины в 0.865. Изгиб пластины далек от критического при 0.339, что типично для сдвиговой концевой пластины: болты сидят близко к перемычке, поэтому плечо рычага короткое.

Что изменить, если проверка не удалась

• Сварной шов со стороны балки: более длинный сварной шов помогает, поэтому используйте более глубокую торцевую пластину, до размера Т балки. Больший размер галтели ничего не добавляет, если определяется предел металла основания стенки балки.. Балка с более толстым полотном повышает этот предел..
• Срез стенки балки: выберите балку с более толстым или глубоким перемычкой. Торцевая пластина не может помочь в этой проверке..
• Срез болта или эффективная прочность: добавьте ряд болтов или используйте болт большего размера. А325-Х (темы исключены) или болты A490 повышают напряжение сдвига.
• Вырыв на торцевой пластине: увеличить расстояние до края по вертикали, или возьми более толстую тарелку.
• Блок сдвиг, Податливость при сдвиге или разрыв концевой пластины при сдвиге: используйте более толстую или глубокую тарелку. Более длинное горизонтальное расстояние от края также увеличивает зону напряжения сдвига блока..
• Изгиб пластины или взаимодействие: уменьшите калибр, чтобы L_b был короче, или возьми более толстую тарелку. Держите пластину достаточно тонкой, чтобы оставаться гибкой., потому что жесткая торцевая пластина начинает действовать как моментное соединение.
• Размер или краевое расстояние у опоры: отрегулируйте калибр в пределах ширины полки колонны. Калибр должен закрывать стенку балки и ее сварные швы со стороны пластины и подходить к полке колонны со стороны опоры..

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между концевой пластиной сдвига и концевой пластиной момента??

Срезная торцевая пластина приваривается только к стенке балки., тонкий (5/16 здесь), и предназначен для изгиба, поэтому конец балки может вращаться. Торцевая пластина момента, смыв или расширенный, также приваривается к полкам балки, намного толще, и использует натянутые болты, чтобы противостоять конечному моменту балки. В этом примере используется только вертикальный сдвиг., так это простое соединение.

Почему в этом примере нет эксцентриситета затворной группы??

Болты сидят на лицевой стороне колонны, на линии доставки реакции, и две колонны болтов расположены симметрично по обе стороны от стенки балки.. Таким образом, группа болтов несет чистый сдвиг, и каждый болт принимает одинаковую долю.. Прочность группы болтов — это просто прочность одного болта, умноженная на десять болтов..

Почему лучевая паутина, не торцевая пластина, ограничить сварной шов?

Ручное уравнение AISC. 9-2 ограничивает размер сварного шва тем, что может выдержать основной металл рядом с ним.. Стенка балки имеет угловой сварной шов на обеих сторонах., поэтому каждый сварной шов подкреплен только половиной 0.355 в сети. Каждая линия сварки имеет полную 5/16 в торцевой пластине за ним. Интернет дает меньшее значение, 3.7338 шестнадцатые, или о 0.233 в, что меньше, чем 1/4 в указанном сварном шве.

Почему на торцевой пластине имеются отверстия с короткими прорезями??

Горизонтальные короткие прорези в торцевой пластине обеспечивают монтажнику некоторый допуск поперек балки., что помогает, когда длина колонны или балки немного отличается. Потому что прорези горизонтальные, а нагрузка вертикальная., подшипник и отрыв используют стандартный размер отверстия поперек паза. Длина паза появляется только в области напряжения сдвига блока и в 1/8 с шагом краевого расстояния из Таблицы J3.5.

Какой толщины должна быть торцевая пластина, работающая на сдвиг??

Достаточно тонкий, чтобы вращаться. Часть руководства AISC 10 ограничивает концевые пластины в таком простом соединении 1/4 в 3/8 Вы можете заметить, что основное отличие заключается в соединении полок балки с опорной колонной., с калибром 3 1/2 в 5 1/2 в, чтобы пластина могла изгибаться при вращении конца балки. Более толстая пластина или более узкий калибр делают соединение более жестким и начинают передавать момент в колонну.. В этом примере используется 5/16 в тарелке в 5 1/2 в норме.

Какая проверка обычно регулирует соединение торцевой пластины со сдвигом??

На балке с тонкой паутиной, Сварной шов на стенке балки часто определяет, поскольку основной металл стенки ограничивает размер сварного шва, а длина сварного шва ограничена размером Т балки.. В более толстом полотне сама концевая пластина, через сдвиг блока или разрыв сдвига, обычно берет на себя. В этом примере сварной шов регулируется при 0.995, с блочным сдвигом торцевой пластины рядом с 0.920.

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 соединения торцевой пластины на сдвиг 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, сдвиговая текучесть 1.00 становится 1.50, и изгиб 0.90 становится 1.67. Сочетания нагрузок тоже меняются., поэтому спрос ниже.

Бесплатно спроектируйте соединение торцевой пластины на сдвиг

Каждое число на этой странице получено из одного решения. Выберите конфигурацию торцевой пластины, войти в свой луч, колонка, тарелка, болты, сварка 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 9, уравнение. 9-2 Оценка емкости сваи. 9-15 (страница 9-9); Часть 10, длина сварного шва менее 2w на концах, Оценка емкости сваи. 10-5 (страница 10-90).
• Проектирование стальных соединений с использованием AISC 360-16
• Болты и сварные швы в дизайне соединений SkyCiv