AISC 360: Moment Bağlantı Tasarım Örneği

Önceki makalemizi okuduysanız, AISC 360: Kesme Bağlantısı Tasarımı, 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 Bağlantı Tasarımı modül, which checks these connections to AISC 360-16 ASD veya LRFD'de.

As in the shear connection example, the calculations here use the Allowable Stress Design (ASD) yöntem. Yapısal tasarımda ASD ve LRFD arasındaki farkı bilmiyorsanız, emin ol videomuza göz atın bunu açıklamak.

ÜCRETSİZ ARACIMI ŞİMDİ DENEYİN SATIN ALMA BAĞLANTISI TASARIM MODÜLÜ

Bu örnekte, we evaluate the capacity of a Bolted Flange-Plated Fully-Restrained (moment bağlantıları ile aynı tasarım zorluğunu oluşturmazlar) Moment connection 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.

Verilen:

Servis Seviyesi Yükleri & Malzeme:

Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. (Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.) = 7.0 kips
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. (Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.) = 21.0 kips

Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. (Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.) = 42.0 acı
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. (Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.) = 126.0 acı

Plaka Malzemesi: ASTM A36, Fy = 36 ksi, Fu = 58 ksi
Kiriş ve Kolon Malzemesi: ASTM A992, Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi

Kiriş ve Kolon Geometrisi:

Işın: Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.; Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. 7.50 içinde, tf = 0.570 içinde, d = 18.0 içinde, tw = 0.355 içinde, Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. 88.9 Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.
Sütun: Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.; Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. 14.6 içinde, tf = 0.780 içinde, d = 14.2 içinde, tw = 0.485 içinde, Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. 1.38 içinde
Flanş Plakası: 3/4 kalın; 7.0 x içinde 12.5 boyutlarda
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.: 3/8 kalın; 5.0 x içinde 9.0 boyutlarda

Fikstür (Cıvatalar ve Kaynaklar):
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.: (8) – 7/8-içinde.-diameter ASTM F3125 Grade A325-N bolts in standard holes
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.: (3) – 7/8-içinde.-diameter ASTM F3125 Grade A325-N bolts in standard holes

70-ksi elektrot filetoları. A325 and A490 are grades within ASTM F3125, which consolidated the older standalone bolt specifications.

Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.:

LRFD Yükler (Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.):

Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. (R_sen) = 1.2 (7.0 kips ) + 1.6 (21.0 kips ) = 42.0 kips
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. (M_sen) = 1.2 (42.0 acı) + 1.6 (126.0 acı) = 252.0 acı

ASD Yükler:

Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. (R_a) = 7.0 kips + 21 kips = 28.0 kips
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. (M_a) = 42.0 acı + 126 Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. 168.0 acı

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.

Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.:
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.: Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. 7.0 içinde Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. 7.50 içinde, Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz..

 

Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.
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_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = [ 168.0 acı (12 Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.) ] / (18.0 içinde + 0.75 içinde) = 107.5 kips

 

Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz., Kaynak Dayanımı
Radyus Kaynaklarının Dayanımı, Ω = 2.0
Kaynak Boyutu, t = 0.375 içinde
F_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = 0.6 F_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} [ 1.0 + 0.5 olmadan^1.5 (θ) ]
Nerede, Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.
= 90, enine yüklü kaynaklar için
= 0, boyuna yüklü kaynaklar için

Kaynak birim boyutu başına mukavemet:
İzin verilen kaynak gerilimi, F_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = 0.6 (70ksi) / 2.0 = 21 ksi
enine uzunluk, l_t = 7 içinde
boyuna uzunluk, l_l = 0 içinde
toplam efektif uzunluk, l = l_t (1.5) + l_l (1.0) = 10.5 içinde
NS 1.5 on the transverse length is the directional strength increase, 1.0 + 0.5 olmadan^1.5(90).
(R_a / a) = 21 ksi (10.5 içinde) = 220.5 kips / içinde

Etkili boyut (boğaz) fileto kaynağı, a:
0.707 Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. 45 derece
a = (0.707) t = 0.265 içinde

Two welds, one each side of the plate:
R_a = (R_a / a) a (2) = 220.50 (0.265 içinde) 2 = 116.9 kips
Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
gerekli yük, R = 107.5 kips
genel kapasite, R_a = 116.9 kips
DCR = (107.5 / 116.9) = 0.919, TAMAM MI

 

Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.
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:

Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz., P_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = 107.5 kips

• Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz., Ω = 1.5
  R_n / Ω = [ F_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} t_w (5k + l_b) ] / Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz. (0.485içinde) [ 5(1.38içinde) + 0.75içinde ] / 1.5 = 123.7 kips
  Buraya t_w is the column web thickness and l_b the bearing length, taken as the flange plate thickness.
  Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
  Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz., P_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = 107.5 kips
  Genel kapasite, R_a = 123.7 kips
  DCR = (107.5 / 123.7) = 0.869, TAMAM MI

• Genel kapasite, Ω = 1.67
  R_n / Ω = [ 6.25 F_Y t_f² ] / Ω = [ 6.25 (50ksi) (0.78içinde)² ] / 1.67 = 113.8 kips
  Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
  Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz., P_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = 107.5 kips
  Genel kapasite, R_a = 113.8 kips
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.944, TAMAM MI

• Genel kapasite, Ω = 2.0
  R_n / Ω = 0.8 t_w² [ 1 + 3 ( l_b / d ) ( t_w / t_f )^1.5 ] ( Genel kapasite_Y t_f / t_w)^0.5 / Ω
  = 0.8 (0.485içinde)² [ 1 + 3 (0.05) (0.62)^1.5 ] [ (29000ksi) (50ksi) (0.78içinde) / 0.485içinde ] ^0.5 / 2.0
  = 154.8 kips
  Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
  Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz., P_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = 107.5 kips
  Genel kapasite, R_a = 154.8 kips
  DCR = (107.5 / 154.8) = 0.694, TAMAM MI

• Genel kapasite, Ω = 1.67
  R_n / Ω = [ 24 t_w³ ( Genel kapasite_Y )^0.5 / h ] / Ω
  = 24 (0.485içinde)³ [ (29000ksi) (50ksi) ] ^0.5 / 14.2içinde (1.67)
  = 139.0 kips
  The full column depth is used here in place of h, the clear distance between flanges less the fillets, which is conservative.
  Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
  Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz., P_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = 107.5 kips
  Genel kapasite, R_a = 139.0 kips
  DCR = (107.5 / 139.0) = 0.773, TAMAM MI

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.

 

Genel kapasite, Genel kapasite
Genel kapasite, Ω = 1.67

R_n / moment bağlantıları ile aynı tasarım zorluğunu oluşturmazlar_Y Bir_g / Ω = (36ksi) (7.5içinde) (0.75içinde) / 1.67 = 121.3 kips

Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz., P_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = 107.5 kips
Genel kapasite, R_a = 121.3 kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, TAMAM MI

 

Genel kapasite, Genel kapasite
Genel kapasite, Ω = 1.67

R_n / moment bağlantıları ile aynı tasarım zorluğunu oluşturmazlar_Y Bir_g / Ω = (36ksi) (7.5içinde) (0.75içinde) / 1.67 = 121.3 kips

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.

Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz., P_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = 107.5 kips
Genel kapasite, R_a = 121.3 kips
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, TAMAM MI

 

Genel kapasite, Genel kapasite
Genel kapasite, Ω = 2.0
Genel kapasite, U Genel kapasite: 1.0

R_n / moment bağlantıları ile aynı tasarım zorluğunu oluşturmazlar_sen Bir_e / Ω = (58ksi) [ 7.5içinde – 2 (1içinde) ] (0.75içinde) (1.0) / 2.0 = 119.6 kips

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

Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz., P_{Ana farkın, kiriş flanşlarının destek kolonuna bağlantısında yattığını fark edebilirsiniz.} = 107.5 kips
Genel kapasite, R_a = 119.6 kips
DCR = (107.5 / 119.6) = 0.899, TAMAM MI

 

Genel kapasite
Genel kapasite. Genel kapasite: Genel kapasite

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.

benzer şekilde, LRFD sürüm örneği bu bağlantıda bulunabilir: Genel kapasite

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. It runs in the browser, kurulacak hiçbir şey olmadan.

ÜCRETSİZ ARACIMI ŞİMDİ DENEYİN SATIN ALMA BAĞLANTISI TASARIM MODÜLÜ

Referanslar

• AISC 360-16, Kullanıcı iş akışını basitleştirmek ve hızlandırmak için UI İyileştirmeleri
• AISC Tasarım Örnekleri v14.1 (ÖRNEK II.B-1, ÖRNEK II.B-1 13)
• SkyCiv Bağlantı Tasarım Yazılımı: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/
• Flange plate connection calculator: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/flange-plate-connection-calculator/