AISC Bağlantı Tasarımı Örneği
AISC Bağlantı Tasarımı Örneği. SkyCiv Professional paketi ayrıca çelik içerir between I-shaped sections are some of the most common connections in steel design. To help understand the required design checks in accordance with AISC 360-16, this article works through a design example. We can also get to the results of this example directly through the SkyCiv Bağlantı Tasarımı modül. İle ilgili ek makaleye göz attığınızdan emin olun. bir anlık bağlantı tasarlamak.
A shear connection is a simple connection under AISC 360-16 B3.4. It is detailed to deliver the beam end reaction and to rotate rather than to carry end moment, which is what separates it from the moment connection covered in the companion article.
The calculations presented here use the Allowable Stress Design (ASD) yöntem. Yapısal tasarımda ASD ve LRFD arasındaki farkı bilmiyorsanız, emin ol videomuza göz atın bunu açıklamak.
AISC Bağlantı Tasarımı Örneği
Bu örnek için, we are going to evaluate the capacity of a single-plate connection between a W16x50 beam and a W14x90 column using the dimensions and bolts shown below. This connection needs to support the beam end reaction.
Verilen:
Servis Seviyesi Yükleri & Malzeme:
Ölü Yükten Tepki (RD) = 8.0 kips
Canlı Yükten Tepki (RL) = 25.0 kips
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: G16x50; tw = 0.380 içinde, d = 16.3 içinde., tf = 0.630 içinde
Sütun: W14x90; tf = 0.710 içinde.
Kesme Plakası: 1/4 kalın; 4 1/2 x içinde 11 1/2 boyutlarda
NS 11 1/2 in plate depth comes from the bolt layout: four bolts at 3 in spacing gives 9 in between the outer bolts, plus a 1 1/4 in edge distance top and bottom.
Fikstür (Cıvatalar ve Kaynaklar):
(4) – 3/4-içinde.-diameter ASTM F3125 Grade A325-N bolts in standard holes, -de 3 in spacing with 1 1/4 in edge distance
70-ksi elektrot filetoları. A325 and A490 are grades within ASTM F3125, which consolidated the older standalone bolt specifications. For more on the fastener side, see the documentation on cıvatalar ve kaynaklar.
Yük Hesaplama:
LRFD:
Nihai Tepki (Ru) = 1.2(8.0 kips ) + 1.6(25.0 kips ) = 49.6 kips
ASD:
İzin Verilen Tepki (Dışarı) = 8.0 kips + 25 kips = 33.0 kips
Every check below is compared against the ASD reaction of 33.0 kips . The LRFD figure is carried only for the Manual table comparison at the end.
SkyCiv Bağlantı Tasarımı yazılımını kullanma, Bağlantının farklı kısımları artık AISC Bölüm J kontrollerine göre kontrol edilecektir. 360-16. The checks fall into three groups: the plate itself, the weld holding it to the column, and the bolt group joining it to the beam web.
Kesme Plakası, Kesme Akma
İzin Verilen Kesme Kapasitesi: Ω = 1.5
Rav = (0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 ksi) (0.25 içinde) 11.5 içinde / 1.5 ] = 41.4 kips
Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
gerekli kesme, Rv = 33.0 kips
genel kapasite, Rav = 41.4 kips
DCR = (33.0 / 41.4) = 0.797, TAMAM MI
Shear Plate to W14x90 Flange, Kaynak Dayanımı
Radyus Kaynaklarının Dayanımı: Ω = 2.0
Kaynak Boyutu, t = 0.1875 içinde
Benim adım = 0.6 FEXX [ 1.0 + 0.5 günah ^ 1.5 θ ]
θ = yükün kaynak ekseniyle yaptığı açı
= 90, enine yüklü kaynaklar için
= 0, boyuna yüklü kaynaklar için
Kaynak birim boyutu başına mukavemet:
İzin verilen kaynak gerilimi, Faw = [ 0.6 (70) / 2.0 ] = 21 ksi
enine uzunluk, lt = 0 içinde
boyuna uzunluk, ll = 23 içinde
toplam efektif uzunluk, l = lt (1.5) + ll (1.0) = 0 (1.5) + 23 (1.0) = 23 içinde
(Dışarı / a) = 21 ksi (23 içinde) = 483 kips / içinde
The weld runs both sides of the plate, yani 23 in is 2 x 11.5 in and already accounts for both lines. The load runs along the weld axis here, so θ = 0 and there is no directional increase.
Etkili boyut (boğaz) fileto kaynağı, a:
0.707 = 45 derecenin kosinüs veya sinüsü
a = (0.707) t = 0.133 içinde
Dışarı = (Dışarı / a) a = 483 (0.133 içinde) = 64.2 kips
Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
gerekli yük, R = 33.0 kips
genel kapasite, Ra = 64.2 kips
DCR = (33.0 / 64.2) = 0.514, TAMAM MI
Kesme Plakası, Kesme Kırılması
İzin Verilen Kesme Kapasitesi: Ω = 2.0
Net derinliğin hesaplanması:
toplam cıvata deliği uzunluğu(s) = 0.875 içinde (4) = 3.5 içinde
net derinlik, dnet = 11.5 içinde - [ 0.875 içinde (4) ] = 8.0 içinde
NS 0.875 in is the 13/16 in standard hole plus the 1/16 in allowance AISC applies when computing net area.
Rav = (0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 ksi) (0.25 içinde) 8 içinde / 2.0 ] = 34.8 kips
Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
gerekli kesme, Rv = 33.0 kips
genel kapasite, Rav = 34.8 kips
DCR = (33.0 / 34.8) = 0.948, TAMAM MI
Shear Plate at W16x50 Web, Blok Kesme Kırılma Dayanımı
Blok Kesme Dayanımı: Ω = 2.0
(Dışarı / Ω) = (Ubs Fu Karınca / Ω) + min [ 0.6 Fy Agv , 0.6 Fu Anv ] / Ω
Block shear tears a single block out of the plate: it ruptures across the horizontal edge distance and shears down the bolt line, so a tension term and a shear term are added.
Gerginlik Kopma Bileşeni: Ubs= 1.0 (tekdüze gerilim)
(Ubs Fu Karınca / Ω) = [ 1.0 (58 ksi) (1.0625 içinde) / 2.0 ] = 30.8 kips / in (0.25 içinde) = 7.7 kips
Kesme Akma Bileşeni: 0.6 Fy Agv
(0.6 Fy Agv / Ω) = [ 0.6 (36 ksi) (10.25 içinde) / 2.0 ] (0.25) = 110.7 kips / in (0.25 içinde) = 27.7 kips
Kesme Kırılma Bileşeni: 0.6 Fu Anv
(0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 ksi) (7.1875 içinde) / 2.0 ] (0.25 içinde) = 125.1 kips / in (0.25 içinde) = 31.3 kips
Toplam Blok Kesme Kapasitesi:
(Dışarı / Ω)= 7.7 kips + min [ 27.7 kips , 31.3 kips ] = 35.4 kips
Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
gerekli kesme, Rv = 33.0 kips
genel kapasite, Rav = 35.4 kips
DCR = (33.0 / 35.4) = 0.933, TAMAM MI
Shear Plate at W16x50 Web, Cıvata Grubu Kesme ve Yatak Kontrolü
1. Cıvataların Kesme Dayanımı: Ω = 2.0
AISC Bağlantı Tasarımı Örneği 0.768 içinde
Nominal Kesme Dayanımı, Fnv = 54 ksi
Nominal Kesme Dayanımı (cıvata başına), Rnv = Fnv Nereden = (54 ksi) 0.463 AISC Bağlantı Tasarımı Örneği 25.0 kips
(Rnv / Ω) = 12,5 kip / cıvata
NS 54 ksi is the nominal shear stress for a Grade A325 bolt with threads included in the shear plane, taken straight from AISC Table J3.2, so no further reduction is applied to it.
2. Standart Cıvata Deliklerinin Taşıma Dayanımı: Ω = 2.0
(Servis yükü seviyesinde cıvata deliği deformasyonunun göz ardı edilmesi)
clear distance at the edge bolt, lc = 0.84 içinde (itibaren 1 1/4 in edge distance less half a hole)
clear distance to adjacent hole, lc = 2.19 içinde (itibaren 3 in spacing less one hole)
The edge bolt has the smaller clear distance, so it controls:
(Rnb / Ω) = (1.5 lc t Fu / Ω) ≤ (3.0 d t Fu / Ω)
Because hole deformation is not taken as a design consideration here, AISC 360-16 J3-6b coefficients of 1.5 ve 3.0 apply rather than the 1.2 ve 2.4 of J3-6a.
Dış cıvata için (dışarı fırlamak), lc = 0.84 içinde:
Rnb = 1.5 lc t Fu =1.5 (0.84 içinde) 0.25 içinde (58 ksi) = 18.4 kips
(Rnb / Ω) = 9.2 kips
İç cıvata için (dışarı fırlamak), lc = 2.19 içinde:
Rnb = 1.5 lc t Fu = 1.5 (2.19 içinde) 0.25 içinde (58 ksi) = 47.6 kips
(Rnb / Ω) = 23.8 kips
Genel yatak için (cıvata deliği uzaması):
Rnb = 3.0 AISC Bağlantı Tasarımı Örneği Fu = 3.0 (0.768 içinde) 0.25 içinde (58 ksi) = 33.4 kips
(Rnb / Ω) = 16.7 kips
Rulman cıvata kaymasını kontrol edecek 9.2 kips < 12.5 kips
3. Bolt Grubu Kapasitesi
Minimum dikkate alındığında: cıvata kesme kapasitesi, iç ve dış cıvata deliklerinde yatak ve yırtılma.
a). Dış cıvata kapasitesi (yukarıda belirtildiği gibi):
(dış cıvata) , Rab = 9.2 kips / cıvata
b). İç cıvata kapasitesi (yukarıda belirtildiği gibi):
(iç cıvata) , Rab = 12.5 kips / cıvata
c). Grup olarak cıvataların kapasitesi: one outer bolt plus three inner bolts
Rab = 1 (9.2 kips / cıvata) + 3 (12.5 kips / cıvata) = 46.7 kips
Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
gerekli kesme, R = 33.0 kips
genel kapasite, Rab = 46.7 kips
DCR = (33.0 / 46.7) = 0.707, TAMAM MI
Beam Web, Kesme Kırılması (G16x50)
İzin Verilen Kesme Kapasitesi: Ω = 2.0
Net derinliğin hesaplanması:
toplam cıvata deliği uzunluğu(s) = 0.875 içinde (4) = 3.5 içinde
net derinlik, dnet = 16,3 - [ 0.875 içinde (4) ] = 12.8 içinde
Rav = (0.6 Fu Anv / Ω) = [ 0.6 (58 ksi) (0.38 içinde) 12.8 / 2.0 ] = 84.6 kips
Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
gerekli kesme, Rv = 33.0 kips
genel kapasite, Rav = 84.6 kips
DCR = (33.0 / 84.6) = 0.390, TAMAM MI
Beam Web, Cıvata Grubu Kesme ve Yatak Kontrolü
1. Cıvataların Kesme Dayanımı: Ω = 2.0
AISC Bağlantı Tasarımı Örneği 0.768 içinde
Nominal Kesme Dayanımı, Fnv = 54 ksi
Nominal Kesme Dayanımı (cıvata başına), Rnv = Fnv Nereden = (54 ksi) 0.463 AISC Bağlantı Tasarımı Örneği 25.0 kips
(Rnv / Ω) = 12,5 kip
2. Standart Cıvata Deliklerinin Taşıma Dayanımı: Ω = 2.0
(Servis yükü seviyesinde cıvata deliği deformasyonunun göz ardı edilmesi)
clear distance at the edge bolt, lc = 0.84 içinde
clear distance to adjacent hole, lc = 2.19 içinde
The edge bolt has the smaller clear distance, so it controls.
(Rnb / Ω) = (1.5 lc t Fu / Ω) ≤ (3.0 d t Fu / Ω)
Dış cıvata için (dışarı fırlamak), lc = 0.84 içinde:
Rnb = 1.5 lc t Fu = 1.5(0.84 içinde) 0.38 içinde (58 ksi) = 27.9 kips
(Rnb / Ω) = 13.9 kips
İç cıvata için (dışarı fırlamak), lc = 2.19 içinde:
Rnb = 1.5 lc t Fu = 1.5 (2.19 içinde) 0.38 içinde (58 ksi) = 72.3 kips
(Rnb / Ω) = 36.2 kips
Genel yatak için (cıvata deliği uzaması):
Rnb = 3.0 AISC Bağlantı Tasarımı Örneği Fu = 3.0 (0.768 içinde) 0.38 içinde (58 ksi) = 50.8 kips
(Rnb / Ω) = 25.4 kips
Cıvata kayması, yatağı kontrol edecek 12.5 kips < 13.9 kips
Note that the beam web is thicker than the plate at 0.380 in against 0.250 içinde, so every bearing value here is larger and the bolts themselves become the limit. The plate, being the thinner part, is where bearing governs.
3. Bolt Grubu Kapasitesi
Minimum dikkate alındığında: cıvata kesme kapasitesi, iç ve dış cıvata deliklerinde yatak ve yırtılma.
a). Dış cıvata kapasitesi (yukarıda belirtildiği gibi):
(dış cıvata), Rab = 12.5 kips / cıvata
b). İç cıvata kapasitesi (yukarıda belirtildiği gibi):
(iç cıvata), Rab = 12.5 kips / cıvata
c). Grup olarak cıvataların kapasitesi: one outer bolt plus three inner bolts
Rab = 12.5 kips + 3(12.5 kips ) = 50.0 kips
Tasarım kapasitesi oranı, DCR:
gerekli kesme, R = 33.0 kips
genel kapasite, Rab = 50.0 kips
DCR = (33.0 / 50.0) = 0.660, TAMAM MI
Every check passes. Plate shear rupture governs at 0.948, with block shear close behind at 0.933, and both are properties of the 1/4 in plate. If this reaction grew, a thicker plate would buy the most capacity for the least work.
Alternatif olarak, Zaten deneyimli bir mühendisseniz ve basit bir kesme bağlantısı için tasarım sürecine aşinaysanız, süreç önemli ölçüde kısaltılabilir, thanks to the design tables offered in the AISC Steel Construction Manual:
Cıvata Makası, Kaynak Makası, ve Cıvata Yatağı, Kesme Akma, Kesme Kırılması, ve Plakanın Blok Kesme Kırılması
Dört sıra cıvata deneyin, 1/4-içinde. levha kalınlığı, ve 3/16-in. köşe kaynağı boyutu.
AISC Kılavuz Tablo 10-10a'dan:
LRFD
hesaplamalar ayrıca açık ve ayrıntılı PDF raporlama ile birlikte gelirRn = 52.2 kips > 49.6 kips = Ru, TAMAM MI
ASD
Rn / Ω = 34.8 kips > 33.0 kips = Ra, TAMAM MI
The table returns the same 34.8 kips that the long-hand plate shear rupture check gave above, which is the check that governs the plate.
Kiriş Ağı için Cıvata Yatağı
Blok kayma kopması, kesme esnemesi ve kayma kopması, kesilmemiş bir bölüm için kontrol etmeyecektir.
AISC Kılavuz Tablosundan 10-1, başlanmamış bir bölüm için, kiriş ağının mevcut gücü:
LRFD
hesaplamalar ayrıca açık ve ayrıntılı PDF raporlama ile birlikte gelirRn = 351 kips / in. (0.380 içinde.) = 133 kips > 49.6 kips = Ru, TAMAM MI
ASD
Rn / Ω = 234 kips / in. (0.380 içinde.) = 88.9 kips > 33.0 kips = Ra, TAMAM MI
AISC Bağlantı Tasarımı Örneği (pdf versiyonu burada mevcuttur: ASD Bağlantı Tasarım Raporu.pdf ). benzer şekilde, LRFD sürüm örneği bu bağlantıda bulunabilir: LRFD Bağlantı Tasarımı.pdf.
Run This Example Yourself
Enter the W16x50, the W14x90 and the 1/4 in plate, 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.
REFERANSLAR:
AISC 360-16, Kullanıcı iş akışını basitleştirmek ve hızlandırmak için UI İyileştirmeleri
AISC Çelik Konstrüksiyon Kılavuzu, Tablolar 10-1 and 10-10a
AISC Tasarım Örnekleri v14.1 (ÖRNEK II.A-17, sayfa IIA-60 61)
SkyCiv Bağlantı Tasarım Yazılımı: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/
Single plate connection calculator: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/single-plate-connection-calculator/
