如果您阅读我们之前的文章, 学会 360: 剪力连接设计, 您会对 AISC 下的简单连接设计有很好的了解 360. 虽然剪切连接很常见, 它们不会带来与力矩连接相同的设计挑战. 在这篇文章中, 我们使用两个 I 形构件之间的示例弯矩连接来检查需要满足的各种设计标准. 使用这种类型的连接, 我们还可以通过使用 SkyCiv连接设计 模块.

类似于剪切连接示例, 此处显示的计算将使用允许应力设计 (自卫队) 方法. 如果你不熟悉 ASD 和 LRFD 在结构设计上的区别, 确保 看看我们的视频 解释这个.

在这个例子中, 我们将评估螺栓法兰镀全约束的能力 (阻燃剂) W18x50 梁和 W14x99 柱之间使用尺寸的弯矩连接, 焊缝, 和负载如下所示. 这种连接不仅需要能够支持梁端的垂直反力，还需要能够支持产生的端力矩. 您可能会注意到主要区别在于梁翼缘与支撑柱的连接 (法兰).

给定的:

服务水平负载 & 材料:

静载的垂直剪力 (虚拟机) = 7.0 ps
活荷载的垂直剪力 (VL) = 21.0 ps

静载力矩 (医学博士) = 42.0 基普英尺
来自活荷载的力矩 (机器学习) = 126.0 基普英尺

板材材质: ASTM A36, 风 = 36 KSI, Fu = 58 KSI
梁柱材料: ASTM A992, 风 = 50 KSI, Fu = 65 KSI

梁柱几何:

光束: W18x50; BF = 7.50 在, tf = 0.570 在, d = 18.0 在, tw = 0.355 在, X = 88.9 在^3
柱: W14x99; BF = 14.6 在, tf = 0.780 在, d = 14.2 在, tw = 0.485 在, kdes = 1.38 在
法兰盘: 3/4 在厚; 7.0 在x 12.5 在维度上
腹板: 3/8 在厚; 5.0 在x 9.0 在维度上

灯具 (螺栓和焊缝):
法兰: (8) – 7/8-在.-标准孔中的 ASTM A325-N 螺栓直径
腹板: (3) – 7/8-在.-标准孔中的 ASTM A325-N 螺栓直径

70-ksi 电极圆角

负载计算:

LRFD 负荷 (仅供参考):

终极垂直反应 ([R_ü) = 1.2 (7.0 ps) + 1.6 (21.0 ps) = 42.0 ps
终极时刻 (中号_ü) = 1.2 (42.0 基普英尺) + 1.6 (126.0 基普英尺) = 252.0 基普英尺

自卫队 负荷:

允许垂直反应 ([R_一个) = 7.0 ps + 21 基普 = 28.0 ps
容许力矩 (中号_一个) = 42.0 基普英尺 + 126 基普英尺 = 168.0 基普英尺

基于 SkyCiv 连接设计软件的解决方案:
勘误表: 本例中的法兰盘宽度为 7.0 在 但计算中使用的宽度是 7.50 在, 因此价值的差异.

 

法兰盘到 W14x99 法兰, 焊接强度
角焊缝强度, Ω = 2.0
焊缝尺寸, t = 0.375 在, F_净重 = 0.6 F_埃克斯
F_净重 = 0.6 F_埃克斯 [ 1.0 + 0.5 没有^1.5 (θ) ]
在哪里, θ = 载荷与焊缝轴线的夹角
= 90, 用于横向加载的焊缝
= 0, 用于纵向受力焊缝

单位尺寸焊缝强度:
允许焊接应力, F_啊 = 0.6 (70KSI) / 2.0 = 21 KSI
横向长度, 升_Ť = 7 在
纵向长度, 升_升 = 0 在
总有效长度, 升 = 升_Ť (1.5) + 升_升 (1.0) =10.5 英寸
([R_一个 / Ť) = 220.5 ps / 在

有效尺寸 (喉) 角焊缝, 一个:
0.707 = 的余弦或正弦 45 度数
a = (0.707) t = 0.265 在

[R_一个 = ([R_一个 / Ť) t = 220.50 (0.265 在) 2 = 116.9 ps
设计容量比, 直流电:
所需负载, R = 107.5 ps
总容量, [R_一个 = 116.9 ps
DCR = (107.5 / 116.9) = 0.919, 行

 

色谱柱局部检查

法兰力, P_的 = [ 168.0 基普英尺 (12 英寸/英尺) ] / (18.0 在 + 0.75在) = 107.5 ps

• 网络本地收益, Ω = 1.5
  [R_ñ / Ω = [ F_是 Ť_F (5ķ + 升_b) ] / Ω = 50ksi (0.485在) [ 5(1.38在) + 0.75在 ] / 1.5 = 123.7 ps
  设计容量比, 直流电:
  法兰力, P_的 =107.5 基普
  总容量, [R_一个=123.7 基普
  DCR = (107.5 / 123.7) = 0.869, 行

• 法兰局部弯曲, Ω = 1.67
  [R_ñ / Ω = [ 6.25 F_和 Ť_F² ] / Ω = [ 6.25 (50KSI) (0.78在)² ] / 1.67 = 113.8 ps
  设计容量比, 直流电:
  法兰力, P_的 = 107.5 ps
  总容量, [R_一个= 113.8 ps
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.944, 行

• 网络本地瘫痪, Ω = 2.0
  [R_ñ / Ω = 0.8 Ť_w² [ 1 + 3 ( 升_b / d ) ( Ť_w / Ť_F )^1.5 ] ( Ë F_和 Ť_F / Ť_w)^0.5 / Ω
  = 0.8 (0.485在)² [ 1 + 3 (0.05) (0.62)^1.5 ] [ (29000KSI) (50KSI) (0.485在) / 0.78在 ] ^0.5 / 2.0
  = 154.8 ps
  设计容量比, 直流电:
  法兰力, P_的 = 107.5 ps
  总容量, [R_一个= 154.8 ps
  DCR = (107.5 / 154.8) = 0.694, 行

• 腹板压缩屈曲, Ω = 1.67
  [R_ñ / Ω = [ 24 Ť_w³ ( EF_和 )^0.5 / H ] / Ω
  = 24 (0.485在)³ [ (29000KSI) (50KSI) ] ^0.5 ] / 14.2在 (1.67)
  = 139.0 ps
  设计容量比, 直流电:
  法兰力, P_的 = 107.5 ps
  总容量, [R_一个= 139.0 ps
  DCR = (107.5 / 113.8) = 0.773, 行

 

W18x50 法兰, 法兰盘拉伸屈服
元素抗拉强度, Ω = 1.67

[R_ñ / 它们不会带来与矩连接相同的设计挑战_和 一个_G / Ω = (36KSI) (7.5在) (0.75在) / 1.67 = 121.3 ps

设计容量比, 直流电:
法兰力, P_的 = 107.5 ps
总容量, [R_一个= 121.3 ps
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, 行

 

W18x50 法兰, 法兰盘压缩屈服
压缩元素的强度, Ω = 1.67

[R_ñ / 它们不会带来与矩连接相同的设计挑战_和 一个_G / Ω = (36KSI) (7.5在) (0.75在) / 1.67 = 121.3 ps

设计容量比, 直流电:
法兰力, P_的 = 107.5 ps
总容量, [R_一个= 121.3 ps
DCR = (107.5 / 121.3) = 0.887, 行

 

W18x50 法兰, 法兰盘拉伸断裂
断裂中的元素强度, Ω = 2.0
剪切滞后因子, ü 来自 AISC 规范表 D3.1: 1.0

[R_ñ / 它们不会带来与矩连接相同的设计挑战_ü 一个_Ë / Ω = (58KSI) [ 7.5在 – 2 (1在) ] (0.75在) (1.0) / 2.0 = 119.6 ps

设计容量比, 直流电:
法兰力, P_的 = 107.5 ps
总容量, [R_一个= 119.6 ps
DCR = (107.5 / 119.6) = 0.899, 行

 

所有检查结果汇总表
以下是为此连接完成的所有必要设计检查的 SkyCiv 连接设计模块汇总表. 并非所有这些检查都显示在本文中，但可以通过 PDF 获取，您可以在此处下载: 连接设计报告示例 II.B-1-ASD

相似地, LRFD 版本示例可以在此链接中找到: 连接设计报告示例 II.B-1-LRFD

参考资料

• 学会 360 钢结构建筑规范
• AISC 设计实例 v14.1 (示例 II.B-1, 第IIB-2页到 13)
• SkyCiv连接设计软件: https://skyciv.com/structural-software/connection-design/