齐平端板力矩连接设计

符合 AISC 标准的齐平端板力矩连接设计 360 和 AISC 设计指南 39 归结为三件事: 螺栓足够大，能够承受法兰张力而无需撬动, 端板足够厚，可以在这些螺栓周围保持刚性, 和焊缝以及可以在两侧传递力的柱法兰. 将梁力矩和轴向载荷转化为等效力矩, 螺栓直径和板厚度根据拉紧螺栓周围的屈服线图案确定尺寸.

此页面从开始到结束都通过一个真正的齐平端板力矩连接进行工作: 将 W21x101 梁通过螺栓固定到 W14x211 柱的翼缘上 1 端板有八个 1 在 A490-N 螺栓中, 携带一个 200 急转瞬间, 一个 125 基普剪切和 150 轴向拉伸或压缩的 kip. 它是为 AISC 设计的 360-16 LRFD, AISC 手册第 15 版和设计指南 39. 每个方程都用它的数字写出来, 按照与 AISC 计算表相同的顺序 SkyCiv连接设计 模块为其生成.

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什么是齐平端板力矩连接?

端板力矩连接是在车间焊接到梁端部并在现场用螺栓固定到柱上的板. 在齐平端板中, 板停在梁翼缘处, 所以每个螺栓都位于法兰之间. 在加长端板中, 该板突出超过张力法兰并在其外部承载一排螺栓. 嵌入式版本更容易安装到地板上，并且没有任何东西伸出横梁, 但其螺栓的杠杆臂较短, 所以它适合温和的时刻.

它是一个 矩连接: 焊缝和螺栓的设计使得接头将整个梁力矩传递到柱中, 而不是让梁端旋转. 相同的板制作得更浅并仅焊接到腹板上，这是端板剪切连接, 两者都涵盖在 端板连接计算器. 的 瞬间连接 页面将其与 法兰板力矩连接 和其他细节.

海拔. 端板焊接到 W21x101 的末端，并用螺栓固定到 W14x211 柱翼缘，每个梁翼缘附近有两排螺栓.

A-A部分. 四排，每排两个螺栓 7 1/2 在规格中, 2 从每个法兰的内表面进入，并且 3 分开. 板延伸 1 1/2 穿过每个法兰，以便法兰焊缝贴合.

齐平端板力矩连接设计: 步骤一目了然

设计遵循 AISC 设计指南 39: 首先暂时确定螺栓和板的尺寸, 然后检查焊缝, 受剪螺栓和柱.

1. 检查焊缝的详细限制, 螺栓和板.
2. 求出等效力矩和所需的螺栓直径.
3. 找到屈服​​线参数和所需的端板厚度.
4. 检查梁翼缘处的角焊缝.
5. 检查焊缝处的梁翼缘母材.
6. 检查梁腹板角焊缝的张力.
7. 检查焊缝处的梁腹板母材金属.
8. 检查梁腹板处的角焊缝是否存在剪切力.
9. 检查螺栓是否处于剪切状态.
10. 检查端板上的螺栓轴承和撕裂情况.
11. 检查柱法兰上的螺栓轴承和撕裂情况.
12. 检查拉紧螺栓处的柱翼缘弯曲.
13. 检查立柱下受压法兰力.

本示例的设计输入

设计代码为AISC 360-16 LRFD, 遵循 AISC 设计指南中的端板程序 39. 截面属性来自 AISC 手册.

 

 

步 1: 详细限制 (AISC 360-16 J2.2b, J3.3, J3.4, J3.5)

在进行任何力量检查之前, 连接必须是可构建的并且符合设计指南背后的假设 39 方程式. 焊缝必须至少达到其连接部件的最小尺寸, 螺栓必须距离足够远并且距离边缘足够远, 并且板必须足够深以进行法兰焊缝.

最小角焊缝尺寸见表 J2.4: 5/16 用于法兰, 连接的较薄部分是 0.8 在法兰中, 和 3/16 为 0.5 在网络中. 最小螺栓间距为 [mathin] 2\tfrac{2}{3} d_{b} [mathin] 来自J3.3, 边距来自表J3.4. 端板有水平短槽, 因此表 J3.5 添加了 1/8 到其水平边缘距离, 给予 1.375 在. 端板上的最大标距为梁翼缘宽度, 12.3 在, 所以螺栓留在法兰内.

对于最小限制，该比率是实际值的限制, 对于最大值来说，它实际上超出了限制. 控制行是板的高度:

[math] DCR = \frac{d}{c} = \frac{(22.525)}{(23)} = 0.97935 [math]

DCR = 0.979 < 1.0, 行

最小板高度为 1.125 在超过 21.4 光束深度, 要么 0.5625 在过去的每个法兰: 的房间 7/16 法兰焊接加 1/8 在. 的 23 在盘子里给出 0.8 在每一侧, 所以一切都过去了. 对于冲水板来说这是正常现象, 这是为了在刚刚经过法兰时停止.

步 2: 所需螺栓直径 (AISC 设计指南 39, 情商. 3-30 和5-3a)

靠近受拉法兰的螺栓承载力矩作为拉力. 设计指南 39 调整它们的尺寸，使它们无需任何撬力即可达到拉伸强度, 这只有在端板足够厚以保持刚性的情况下才有可能 (步 3).

轴向拉力的等效力矩

轴向拉力也会拉动拉紧螺栓. 导轨将其添加到力矩中，作为作用在法兰质心之间距离上的张力的一半:

[math] M_{u,eq} = M_{ux} + \frac{T_{u}}{2} \left( d_{bm} – t_{fb} \right) [math]

[math] M_{u,eq} = (200\,kip\text{-}ft) + \frac{(150\,kip)}{2} \times \left( (21.4\,in) – (0.8\,in) \right) = 328.75\,kip\text{-}ft [math]

螺栓杠杆臂

拉紧螺栓绕压缩法兰的中心旋转. [mathin] h_{1} = 18.2\,in [mathin] 是从那里到更远的拉紧螺栓排的距离, 那个 2 在受拉法兰内部, 和 [mathin] h_{2} = 15.2\,in [mathin] 是到下一行的距离, 3 进一步在. 有 [mathin] n_{c} = 2 [mathin] 每排的螺栓:

[math] \sum_{i} n_{i} h_{i} = n_{c} \left( h_{1} + h_{2} \right) = 66.8\,in [math]

所需螺栓直径

在哪里 [mathin] \phi = 0.75 [mathin] 是螺栓张力的阻力系数， [mathin] F_{nt} = 113\,ksi [mathin] 是 A490 螺栓的标称拉应力:

[math] d_{b,reqd} = \sqrt{\frac{4\, M_{u,eq}}{\pi\, \phi\, F_{nt} \sum_{i} n_{i} h_{i}}} [math]

[math] d_{b,reqd} = \sqrt{\frac{4 \times (328.75\,kip\text{-}ft)}{\pi \times (0.75) \times (113\,ksi) \times (66.8\,in)}} [math]

[math] d_{b,reqd} = 0.94193\,in [math]

[math] DCR = \frac{d_{b,reqd}}{d_{b}} = \frac{(0.94193\,in)}{(1\,in)} = 0.94193 [math]

DCR = 0.942 < 1.0, 行

轴向拉力增加 128.75 基普英尺到 200 急转瞬间, 所以它驱动了大部分螺栓尺寸.

步 3: 所需端板厚度 (AISC 设计指南 39, 桌子 5-3 和情商. 5-5一个)

端板围绕拉紧螺栓弯曲. 设计指南 39 从屈服线模式中发现其强度: 当板失效时在板中形成的一组铰链线. 然后将板做得足够厚以保持弹性, 所以螺栓不会被撬动.

产量线参数

屈服线节距 s 将铰接线定位在螺栓下方:

[math] s = \frac{\sqrt{b_{p}\, g}}{2} = \frac{\sqrt{(12.5\,in)(7.5\,in)}}{2} = 4.8412\,in [math]

对于四螺栓齐平非刚性端板, 桌子 5-3 给出:

[math] Y_{p} = \frac{b_{p}}{2} \left( \frac{h_{1}}{p_{f}} + \frac{h_{2}}{s} \right) + \frac{2}{g} \left( h_{1} \left( p_{f} + \frac{3 s_{r}}{4} \right) + h_{2} \left( s + \frac{s_{r}}{4} \right) \right) + \frac{g}{2} [math]

和 [mathin] b_{p} = 12.5\,in [mathin], [mathin] g = 7.5\,in [mathin], [mathin] h_{1} = 18.2\,in [mathin], [mathin] h_{2} = 15.2\,in [mathin], [mathin] p_{f} = 2\,in [mathin], [mathin] s = 4.8412\,in [mathin] 和 [mathin] s_{r} = 3\,in [mathin]:

[math] Y_{p} = 123.54\,in [math]

所需板厚

在哪里 [mathin] \gamma_{r} = 0.8 [mathin] 是设计指南 39 齐平端板的折减系数, 这使连接完全受到限制, [mathin] \phi = 0.9 [mathin] 是弯曲的阻力系数， [mathin] F_{yp} = 50\,ksi [mathin]:

[math] t_{p,reqd} = \sqrt{\frac{1.10\, M_{u,eq}}{\gamma_{r}\, \phi\, F_{yp}\, Y_{p}}} [math]

[math] t_{p,reqd} = \sqrt{\frac{1.10 \times (328.75\,kip\text{-}ft)}{(0.8) \times (0.9) \times (50\,ksi) \times (123.54\,in)}} [math]

[math] t_{p,reqd} = 0.9878\,in [math]

[math] DCR = \frac{t_{p,reqd}}{t_{p}} = \frac{(0.9878\,in)}{(1\,in)} = 0.9878 [math]

DCR = 0.988 < 1.0, 行

的 1.10 因素保持板材的屈服线强度 10% 高于需求, 所以板保持刚性并且步骤中的无撬假设 2 持有.

步 4: 梁翼缘角焊缝 (AISC 设计指南 39 情商. 3-38一个, AISC 360-16 J2.4)

法兰焊缝将法兰力从梁传递到端板. 它们是法兰两侧的角焊缝, 垂直于其长度方向加载.

有效焊缝长度

外侧焊缝覆盖法兰的整个宽度. 内侧焊缝在每侧未到达腹板处停止, 按距离 [mathin] k_{1} = 1.4375\,in [mathin] 从腹板中心线到翼缘圆角的趾部:

[math] L_{w} = 2 \left( \min\left( b_{fb},\, b_{p} \right) \right) – 2 k_{1} [math]

[math] L_{w} = 2 \left( \min\left( (12.3\,in),\, (12.5\,in) \right) \right) – 2 (1.4375\,in) = 21.725\,in [math]

法兰力

法兰力是力矩除以法兰质心之间的距离, 加上一半较大的轴向载荷. 设计指南 39 还设置了一个地板 60% 法兰的屈服强度, 因此，即使力矩很小，焊缝也绝不是薄弱环节:

[math] P_{fl} = \max\left( \frac{M_{ux}}{d_{bm} – t_{fb}} + \frac{\max\left( T_{u},\, C_{u} \right)}{2},\, 0.6\, F_{yb}\, b_{fb}\, t_{fb} \right) [math]

[math] P_{fl} = \max\left( \frac{(200\,kip\text{-}ft)}{(21.4\,in) – (0.8\,in)} + \frac{\max\left( (150\,kip),\, (150\,kip) \right)}{2},\, 0.6\,(50\,ksi)\,(12.3\,in)\,(0.8\,in) \right) [math]

[math] P_{fl} = 295.2\,kip [math]

力矩和轴向载荷给出 191.5 基普, 所以 60% 的楼层 295.2 基普管辖.

焊接强度

在哪里 [mathin] F_{EXX} = 70\,ksi [mathin], [mathin] W_{1} = 0.4375\,in [mathin], [mathin] \phi = 0.75 [mathin], 和因素 1.5 是垂直于其轴线加载的焊缝的 J2.4 方向强度增加:

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX} \left( \frac{\sqrt{2}}{2} W_{1} \right) L_{w}\, 1.5 [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75)\, 0.6\, (70\,ksi) \left( \frac{\sqrt{2}}{2} (0.4375\,in) \right) (21.725\,in)\, 1.5 [math]

[math] \phi R_{n} = 317.56\,kip [math]

[math] DCR = \frac{P_{fl}}{\phi R_{n}} = \frac{(295.2\,kip)}{(317.56\,kip)} = 0.9296 [math]

DCR = 0.930 < 1.0, 行

步 5: 焊缝处的梁翼缘母材 (AISC 360-16 J4.1)

焊缝旁边的法兰金属必须承受相同的力. 作为张力元件进行检查, 屈服和破裂, 超过一条焊缝的长度, 因为法兰两个面上的焊缝对同一片法兰施加负载.

和 [mathin] 0.5 L_{w} = 10.863\,in [mathin] 对于一条焊缝:

[math] \phi R_{n,ty} = \phi\, F_{yb}\, t_{fb}\, 0.5 L_{w} = (0.9) \times (50\,ksi) \times (0.8\,in) \times (10.863\,in) = 391.05\,kip [math]

[math] \phi R_{n,tr} = \phi\, F_{ub}\, t_{fb}\, 0.5 L_{w} = (0.75) \times (65\,ksi) \times (0.8\,in) \times (10.863\,in) = 423.64\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( \phi R_{n,ty},\, \phi R_{n,tr} \right) = \min\left( (391.05\,kip),\, (423.64\,kip) \right) = 391.05\,kip [math]

[math] DCR = \frac{P_{fl}}{\phi R_{n}} = \frac{(295.2\,kip)}{(391.05\,kip)} = 0.75489 [math]

DCR = 0.755 < 1.0, 行

步 6: 受拉梁腹板处的角焊缝 (AISC 设计指南 39 图. 3-17, 情商. 3-39 至 3-41a)

拉紧螺栓位于梁腹板旁边, 因此它们的部分力进入腹板而不是凸缘. 拉紧螺栓附近的腹板焊缝必须将该力传递到端板中.

受拉有效焊接长度

只有拉力螺栓附近的腹板焊缝才算数: 从法兰圆角末端向下经过最后一排拉力螺栓加上 6 在, 但不超过中深度. 和 [mathin] k_{det} = 2.0625\,in [mathin] 和 [mathin] n_{rt} = 2 [mathin] 受拉螺栓排:

[math] L_{wt} = 2 \left( \min\left( p_{f} – \left( k_{det} – t_{fb} \right) + s_{r} \left( n_{rt} – 1 \right) + 6\,in,\, 0.5\, d_{bm} – k_{det} \right) \right) [math]

[math] L_{wt} = 2 \left( \min\left( (2\,in) – \left( (2.0625\,in) – (0.8\,in) \right) + (3\,in)\left( (2) – 1 \right) + 6\,(1\,in),\, 0.5\,(21.4\,in) – (2.0625\,in) \right) \right) [math]

[math] L_{wt} = 17.275\,in [math]

此处以中深度限制为准.

腹板焊缝上的力

全部 [mathin] n_{t} = 4 [mathin] 拉紧螺栓位于腹板旁边, 所以 [mathin] n_{trib} = 4 [mathin] 腹板承受全张力翼缘力. 又是一个地板, 这里 60% 焊缝长度上腹板的屈服强度:

[math] P_{w} = \max\left( \frac{n_{trib}}{n_{t}} \left( \frac{M_{ux}}{d_{bm} – t_{fb}} + \frac{T_{u}}{2} \right),\, 0.6\, F_{yb} \left( 0.5 L_{wt} \right) t_{wb} \right) [math]

[math] P_{w} = \max\left( \frac{(4)}{(4)} \left( \frac{(200\,kip\text{-}ft)}{(21.4\,in) – (0.8\,in)} + \frac{(150\,kip)}{2} \right),\, 0.6\,(50\,ksi)\,(0.5\,(17.275\,in))\,(0.5\,in) \right) [math]

[math] P_{w} = 191.5\,kip [math]

焊接强度

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX} \left( \frac{\sqrt{2}}{2} W_{2} \right) L_{wt}\, 1.5 [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75)\, 0.6\, (70\,ksi) \left( \frac{\sqrt{2}}{2} (0.375\,in) \right) (17.275\,in)\, 1.5 = 216.44\,kip [math]

[math] DCR = \frac{P_{w}}{\phi R_{n}} = \frac{(191.5\,kip)}{(216.44\,kip)} = 0.8848 [math]

DCR = 0.885 < 1.0, 行

步 7: 焊缝处的梁腹板母材金属 (AISC 360-16 J4.1)

张力焊缝旁边的腹板必须承载相同的张力焊缝 191.5 不屈服或破裂的情况下进行kip. 与法兰一样, 长度是一条焊缝, [mathin] 0.5 L_{w} = 8.6375\,in [mathin].

[math] \phi R_{n,ty} = \phi\, F_{yb}\, t_{wb}\, 0.5 L_{w} = (0.9) \times (50\,ksi) \times (0.5\,in) \times (8.6375\,in) = 194.34\,kip [math]

[math] \phi R_{n,tr} = \phi\, F_{ub}\, t_{wb}\, 0.5 L_{w} = (0.75) \times (65\,ksi) \times (0.5\,in) \times (8.6375\,in) = 210.54\,kip [math]

[math] \phi R_{n} = \min\left( (194.34\,kip),\, (210.54\,kip) \right) = 194.34\,kip [math]

[math] DCR = \frac{P_{w}}{\phi R_{n}} = \frac{(191.5\,kip)}{(194.34\,kip)} = 0.98539 [math]

DCR = 0.985 < 1.0, 行

的 1/2 在网络中是限制此检查的因素. 更大的腹板焊缝没有帮助, 因为网络本身首先产生收益.

步 8: 梁腹板处的角焊缝处于剪切状态 (AISC 360-16 J2.4, AISC 手动方程式. 9-2)

梁剪通过腹板焊缝进入端板. 设计指南 39 将其分配给 Step 拉伸区之外的腹板焊缝 6.

剪切时的有效焊缝长度

[math] L_{wv} = 2 \left( \min\left( d_{bm} – 2 k_{det} – 0.5 L_{wt},\, 0.5\, d_{bm} – k_{det} \right) \right) [math]

[math] L_{wv} = 2 \left( \min\left( (21.4\,in) – 2\,(2.0625\,in) – 0.5\,(17.275\,in),\, 0.5\,(21.4\,in) – (2.0625\,in) \right) \right) = 17.275\,in [math]

母材对焊缝尺寸的限制

角焊缝的强度不能高于所焊接金属的强度. 手动均衡器. 9-2 给出最大焊缝尺寸, 十六分之一英寸, 贱金属可以支撑. 腹板的两个面上都有焊缝, 所以每个焊缝的腹板厚度都是一半:

[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{(1\,in) \times (65\,ksi) \le (0.25\,in) \times (65\,ksi)}{(3.09\,kip/in) \times (1)} = 5.2589 [math]

因此，有效焊缝尺寸为 [mathin] 5.2589/16 = 0.3287\,in [mathin], 小于 3/8 在指定的.

焊接强度

剪切力沿着焊缝延伸, 所以没有定向增加:

[math] \phi R_{n} = \phi\, 0.6\, F_{EXX} \frac{\sqrt{2}}{2} \left( W_{2} \le \frac{D_{max}}{16} \right) L_{wv} [math]

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times 0.6 \times (70\,ksi) \times \frac{\sqrt{2}}{2} \times \left( (0.375\,in) \le \frac{(5.2589)}{(16)} \right) \times (17.275\,in) [math]

[math] \phi R_{n} = 126.47\,kip [math]

[math] DCR = \frac{V_{u}}{\phi R_{n}} = \frac{(125\,kip)}{(126.47\,kip)} = 0.98837 [math]

DCR = 0.988 < 1.0, 行

这是连接的控制检查, 就在端板厚度之前. 承载力由梁腹板设定, 所以更大的焊缝不会增加任何效果.

步 9: 螺栓剪 (AISC 360-16 J3.6)

螺栓还使梁剪力穿过端板和柱翼缘之间的接头. 它们是轴承型 A490-N 螺栓, 螺纹包含在剪切平面中, 因此每个标称剪切应力为 [mathin] F_{nv} = 68\,ksi [mathin].

在哪里 [mathin] \phi = 0.75 [mathin], [mathin] N_{s} = 1 [mathin] 剪切面, 和 [mathin] n_{v} = 12 [mathin] 是报告中计算为抗剪力的螺栓数量:

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

[math] \phi R_{n} = (0.75) \times (68\,ksi) \times \frac{\pi}{4} \times \left( (1\,in) \right)^{2} \times (1) \times (1) \times (12) [math]

[math] \phi R_{n} = 480.66\,kip [math]

DCR = 125 基普 / 480.66 基普= 0.260 < 1.0, 行

设计指南 39 通常将剪切分配给压缩侧螺栓, 因为拉紧螺栓已经在拉紧状态下​​工作. 无论如何，螺栓剪切力在这里都有很多储备.

步 10: 端板上的螺栓轴承和撕裂口 (AISC 360-16 J3.10)

每个螺栓都推动端板上孔的边缘. 板在孔处变形 (轴承) 或者撕下一条条到下一个洞 (撕掉). 梁剪将端板向下推, 所以每个螺栓都靠在其孔的顶部边缘上.

插槽水平延伸, 所以竖向荷载满足 1.125 槽宽:

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

和 [mathin] t_{p} = 1\,in [mathin], [mathin] F_{up} = 65\,ksi [mathin], [mathin] n_{v} = 12 [mathin] 和 [mathin] \phi = 0.75 [mathin]:

[math] \phi R_{n,tearout} = \phi\, \min\left( 1.2\, l_{c2},\, 2.4\, d_{b} \right) t_{p}\, F_{up}\, n_{v} [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = (0.75) \times \min\left( 1.2 \times (1.875\,in),\, 2.4 \times (1\,in) \right) \times (1\,in) \times (65\,ksi) \times (12) [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = 1316.3\,kip [math]

DCR = 125 基普 / 1316.3 基普= 0.095 < 1.0, 行

步 11: 柱法兰上的螺栓轴承和撕裂 (AISC 360-16 J3.10)

同样的检查也适用于柱法兰, 它有标准孔并且是 1.56 在厚:

[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 (1.875\,in),\, 2.4 \times (1\,in) \right) \times (1.56\,in) \times (65\,ksi) \times (12) [math]

[math] \phi R_{n,tearout} = 2053.3\,kip [math]

DCR = 125 基普 / 2053.3 基普= 0.061 < 1.0, 行

步 12: 拉紧螺栓处的柱翼缘弯曲 (AISC 设计指南 39, 表 A-2 和等式. 3-43)

拉紧螺栓拉动柱法兰和端板, 因此柱翼缘可以弯曲成同一种屈服线图案. 如果太薄, 柱在拉紧螺栓处需要加强筋或背板.

柱翼缘的屈服线节距使用其宽度:

[math] s = \frac{\sqrt{b_{fs}\, g}}{2} = \frac{\sqrt{(15.8\,in)(7.5\,in)}}{2} = 5.4429\,in [math]

对于在连接上方和下方延续的非加强柱上的四螺栓模式, 表 A-2 给出, 与 [mathin] c = 3\,in [mathin] (螺栓排间距, 用于冲水板):

[math] Y_{c} = \frac{b_{fs}}{2} \left( \frac{h_{1}}{s} + \frac{h_{2}}{s} \right) + \frac{2}{g} \left( h_{1} \left( s + \frac{3c}{4} \right) + h_{2} \left( s + \frac{c}{4} \right) \right) + \frac{g}{2} = 114.67\,in [math]

柱翼缘的抗弯强度为:

[math] M_{cf} = \phi\, F_{ys}\, t_{fs}^{2}\, Y_{c} = (0.9)\,(50\,ksi)\,(1.56\,in)^{2}\,(114.67\,in) = 1046.4\,kip\text{-}ft [math]

是与同款相比 1.10 乘以端板的等效力矩:

[math] DCR = \frac{1.1\, M_{u,eq}}{M_{cf}} = \frac{(361.62\,kip\text{-}ft)}{(1046.4\,kip\text{-}ft)} = 0.34558 [math]

DCR = 0.346 < 1.0, 行

W14x211 法兰是 1.56 在厚, 强度与厚度的平方成正比, 所以不需要加强筋.

步 13: 柱受压法兰力 (AISC 360-16 歼10, AISC 设计指南 39)

梁的受压翼缘将端板推入柱翼缘. 该集中力必须由柱翼缘和腹板承受，而不会出现局部失效, 并且柱腹板必须承载它作为剪力.

压缩法兰力

[math] P_{fc} = \frac{M_{ux}}{d_{bm} – t_{fb}} + \frac{C_{u}}{2} = \frac{(200\,kip\text{-}ft)}{(21.4\,in) – (0.8\,in)} + \frac{(150\,kip)}{2} = 191.5\,kip [math]

法兰局部弯曲 (情商. J10-1)

[math] \phi R_{n,flb} = \phi\, 6.25\, F_{ys} \left( t_{fs} \right)^{2} = (0.9) \times 6.25 \times (50\,ksi) \times \left( (1.56\,in) \right)^{2} = 684.45\,kip [math]

腹板压缩屈曲 (情商. J10-8)

带立柱T尺寸, [mathin] T_{sup} = 10\,in [mathin], 随着网络深度和 [mathin] Q_{f} = 1 [mathin]:

[math] \phi R_{n,wcb} = \phi \left( \frac{24\, t_{ws}^{3} \sqrt{E\, F_{ys}}}{T_{sup}} \right) Q_{f} = (0.9) \times \left( \frac{24 \times (0.98\,in)^{3} \times \sqrt{(29000\,ksi) \times (50\,ksi)}}{(10\,in)} \right) \times (1) = 2448\,kip [math]

轴承长度 (设计指南 39 情商. 3-47)

法兰力在到达立柱之前通过法兰焊缝和端板传播. 法兰下方, 扩散停止在盘子的边缘. 那个距离是 [mathin] d_{pe} = 0.3625\,in [mathin]: 的 0.8 板内延伸超过法兰, 减去 7/16 在焊缝中.

[math] l_{b} = t_{fb} + 2 W_{1} + t_{p} + \min\left( d_{pe},\, t_{p} \right) [math]

[math] l_{b} = (0.8\,in) + 2\,(0.4375\,in) + (1\,in) + \min\left( (0.3625\,in),\, (1\,in) \right) = 3.0375\,in [math]

网络本地瘫痪 (情商. J10-4)

[math] \phi R_{n,wlc} = \phi\, 0.8 \left( t_{ws} \right)^{2} \left[ 1 + 3 \left( \frac{l_{b}}{d_{sup}} \right) \left( \frac{t_{ws}}{t_{fs}} \right)^{1.5} \right] \sqrt{\frac{E\, F_{ys}\, t_{fs}}{t_{ws}}}\, Q_{f} [math]

[math] \phi R_{n,wlc} = (0.75) \times 0.8 \times \left( (0.98\,in) \right)^{2} \times \left[ 1 + 3 \times \left( \frac{(3.0375\,in)}{(15.7\,in)} \right) \times \left( \frac{(0.98\,in)}{(1.56\,in)} \right)^{1.5} \right] \times \sqrt{\frac{(29000\,ksi) \times (50\,ksi) \times (1.56\,in)}{(0.98\,in)}} \times (1) = 1128.5\,kip [math]

网络本地收益 (设计指南 39 情商. 3-46)

在哪里 [mathin] C_{t} = 1 [mathin] 因为连接距离柱的末端很远, 和 [mathin] k_{des} = 2.16\,in [mathin]:

[math] \phi R_{n,wly} = \phi \left( 6\, C_{t}\, k_{des} + l_{b} \right) F_{ys}\, t_{ws} = (1)\,(6\,(1)\,(2.16\,in) + (3.0375\,in))\,(50\,ksi)\,(0.98\,in) = 783.88\,kip [math]

腹板区域剪切 (情商. J10-9)

[math] \phi R_{n,wpz} = \phi\, 0.6\, F_{ys}\, d_{sup}\, t_{ws} = (0.9) \times 0.6 \times (50\,ksi) \times (15.7\,in) \times (0.98\,in) = 415.42\,kip [math]

控制柱强度

[math] \phi R_{n} = \min\left( (684.45\,kip),\, (2448\,kip),\, (1128.5\,kip),\, (783.88\,kip),\, (415.42\,kip) \right) = 415.42\,kip [math]

DCR = 191.5 基普 / 415.42 基普= 0.461 < 1.0, 行

面板区域剪切控制柱. 重型W14x211, 与一个 0.98 在网络和 1.56 在法兰中, 无需加强筋或双层板来承受此负载.

设计检查总结

齐平端板通过了每项检查, 其中有四个人在里面 3% 容量. 剪切腹板焊缝控制在 0.98837, 端板厚度为 0.9878 就在它后面, 然后梁腹板基底金属位于 0.985 和板高度 0.979. 螺栓剪, 轴承和立柱检查都有大量的储备, 因此，任何使该连接承载更多载荷的改变都从梁腹板和端板开始.

如果检查失败要更改什么

• 所需螺栓直径: 使用更大的螺栓, 或添加螺栓柱，以便更多螺栓分担张力. 如果冲水板无法工作, 延长的端板将螺栓排置于张力法兰之外, 其杠杆臂较长的地方.
• 所需端板厚度: 使用较厚的板, 或减少量规或螺栓法兰偏移以增加屈服线参数. 加长或加强的端板可提供更大的屈服线参数.
• 法兰焊缝: 增加焊缝尺寸, 或使用完整的接头熔透焊缝. 的 0.6 Fy 楼层表示法兰焊缝尺寸适合法兰, 不是现在.
• 腹板焊缝或腹板母材: 梁腹板通常是极限, 所以更大的焊缝没有帮助. 具有较厚腹板的梁, 或具有更长腹板焊缝长度的更深梁, 做.
• 螺栓剪或轴承: 使用更大的螺栓或更高等级的螺栓, 或添加螺栓行.
• 柱翼缘折弯: 在拉紧螺栓处添加加强筋, 或使用带有较厚法兰的较重立柱.
• 压缩中的柱: 在压缩翼缘对面添加加强筋以进行局部翼缘和腹板检查, 或用于面板区域剪切的双板.

经常问的问题

齐平端板力矩连接和加长端板力矩连接有什么区别?

齐平端板停在梁翼缘处, 所以所有螺栓都位于法兰之间. 延伸的端板突出超过张力法兰，其外部有一排螺栓. 外排有更长的杠杆臂，延伸部分增加了屈服线, 所以延长的板承受更大的力矩. 当连接必须保持在梁深度内时，使用平齐板, 例如在楼板下.

为什么螺栓设计成不可撬动?

设计指南 39 对端板采用厚板方法: 它可以根据螺栓的抗拉强度确定螺栓的尺寸，而无需撬动, 然后使端板足够厚以保持刚性, 所以窥探力量永远不会发展. 这就是为什么首先检查螺栓直径的原因 (步 2) 板厚第二, 与一个 1.10 当下的因素 (步 3).

什么是 0.8 齐平端板的折减系数?

齐平端板比加长端板更灵活. 设计指南 39 将其屈服线强度乘以折减系数 0.8, 使连接足够坚硬，可以被视为完全约束. 该因子位于步骤中板厚度方程的分母中 3, 所以它使所需的板更厚.

轴向载荷如何改变端板设计?

轴向张力增加了拉紧螺栓的张力. 指南将其转换为等效力矩, 张力的一半乘以法兰质心之间的距离, 并将其添加到梁力矩中: 200 kip-ft 变为 328.75 在这里踢脚. 轴向压缩将其值的一半添加到步骤中柱必须抵抗的压缩法兰力 13.

为什么轴承型螺栓允许使用短槽孔?

AISC 360-16 J3.2 当槽垂直于载荷方向时，允许在轴承型连接中使用短槽孔. 该端板上的槽是水平的，剪力器是垂直的, 因此螺栓可以是 A490-N 而不是滑动临界型. 这些槽为安装者提供了一定的水平安装公差.

此示例是否遵循 AISC 第 15 版或 AISC 第 16 版手册?

它遵循 AISC 360-16 和 AISC 手册第 15 版, 这是围绕该规范编写的, 使用设计指南中的端板程序 39. AISC 第 16 版手册与后续版本配对 360-22 规范. 新版本中的条款和方程编号发生了变化, 因此，请根据您的项目使用的版本检查参考文献.

对于 AISC ASD 而不是 LRFD 来说，这会如何变化?

极限状态和标称强度相同. 使用 AISC ASD，您可以将服务水平力与标称强度除以安全系数进行比较，而不是乘以阻力系数. 阻力系数为 0.75 成为安全系数 2.00, 0.90 变成 1.67, 和 1.00 变成 1.50. 荷载组合也发生变化, 所以此刻, 剪切载荷和轴向载荷较低.

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参考资料

• AISC 360-16, 钢结构建筑规范: J2.2b (表J2.4), J2.4 (情商. J2-4), J3.2, J3.3, J3.4 (表J3.4), J3.5 (表 J3.5), J3.6 (情商. J3-1), J3.10 (情商. J3-6a, J3-6c), J4.1 (情商. J4-1, J4-2), J4.2, J10.1 (情商. J10-1), J10.3 (情商. J10-4), J10.5 (情商. J10-8), J10.6 (情商. J10-9).
• AISC 设计指南 39, 端板力矩连接: 情商. 3-30, 3-38一个, 3-39 至 3-41a, 3-43, 3-46, 3-47, 5-1, 5-3一个, 5-5一个; 图. 3-17; 桌子 5-3, 表A-2.
• AISC 钢结构手册, 15第版: 部分 1 截面属性; 部分 9 情商. 9-2.
• 使用 AISC 进行钢连接设计 360-16
• 螺栓 和 焊缝 SkyCiv 连接设计