Návrh kapacity ocelového přípoje (AISC)

1 Nový projekt

Spusťte IDEA StatiCa (stáhněte nejnovější verzi) a otevřete zdrojový soubor projektu. Návrh styčníku je dokončen a připraven pro standardní analýzu napětí/přetvoření.

2 Výpočet a posouzení

Spusťte analýzu napětí/přetvoření tlačítkem Vypočítat v pásu karet. Analytický model je automaticky vygenerován, výpočet je proveden a celkové výsledky posouzení jsou zobrazeny v levém horním rohu scény. 

Vidíte, že na základě analýzy napětí/přetvoření je styčník dobře navržen a vyhovuje všem posouzením.

Chcete-li tyto výsledky zachovat, zkopírujte tuto položku projektu v levém horním rohu pod Položkami projektu. 

3 Posouzení kapacity

V nové položce projektu (CON2) změňte následující vstupy pro aktivaci posouzení předkvalifikačních limitů dle AISC 358:

• Typ analýzy: Capacity Design
• Předkvalifikovaný přípoj: Aktivní
• Systém: Special moment frame
• Typ přípoje: Reduced beam section (RBS)

Je nutné vybrat disipativní prvek. Jako disipativní prvek by měl být zvolen prvek nebo plech, ve kterém se očekává vznik plastického kloubu. Na zvolený prvek jsou aplikovány součinitel nadpevnosti materiálu a součinitel deformačního zpevnění. V tomto příkladu vyberte jako disipativní prvek prvek W16x31. Lze jej přidat příkazem z horního pásu karet a výběr potvrďte mezerníkem/klávesou Enter/pravým tlačítkem myši.

Ve vlastnostech Prvků je nutné upravit parametry W16x31: Nastavte Typ modelu na N-Vz-My, protože přípoj přenáší ohybový moment pouze ve svislé rovině a ohyb kolem vedlejší osy nosníku musí být zamezen. 

Nyní, když je disipativní prvek vybrán, jsou v levé horní části obrazovky v oblasti modelu zobrazeny předkvalifikační limity: 

První upozornění se týká AISC 341-16: Kapitola D.1.1b a Tabulka D1.1. Limitní poměry šířky k tloušťce. Pro odstranění prvního upozornění změňte průřez sloupu na W14X68 kliknutím pravým tlačítkem myši na sloup a poté kliknutím na ikonu plus: 

Vyberte průřez Wide flange, posuňte se dolů, dokud nenajdete W (AISC 15.0), použijte vyhledávací pole, klikněte na W14X68 a potvrďte tlačítkem OK.

Změňte název prvku na Column kliknutím na název W12X65 a stisknutím klávesy F2 nebo kliknutím pravým tlačítkem myši a výběrem možnosti Přejmenovat: 

Následující upozornění k odstranění se týká svaru stojiny nosníku k pásnici sloupu: 

Svar lze změnit v operaci CUT1, změňte svar z dvojitého koutového svaru na možnost Butt weld (tupý svar): 

Další upozornění se týká požadavku na smykový plech uvedeného v AISC 358 Kapitola 5.6 (2) pro Special moment frames.

Klikněte na Nová operace a vyberte operaci Fin plate a zadejte podrobnosti dle obrázku: 

Poslední upozornění se týká požadavku na otvory pro přístup ke svaru dle AISC 358 5.5 (2). Pro splnění tohoto konstrukčního posouzení přidejte operaci Otvor, vyberte následující vstup a použijte možnost Pre-design pro výřezy: 

Po této operaci přípoj splňuje předkvalifikační limity dle norem AISC 358 a 341. 

Přepněte parametr Síly v na Poloha, protože pak lze definovat přesnou polohu působící síly. Poloha plastického kloubu odpovídá poloze působící síly: X = 17 palců. 

Jak zjistit správnou polohu plastického kloubu? Inženýr musí rozhodnout, kde k němu dojde. Plastický kloub se obvykle určuje v nosníku. V tomto příkladu vznikne uprostřed operace dog bone. Polohu je vhodné odečíst přímo z aplikace (zobrazení drátového modelu).

V dalším kroku je nutné definovat účinky zatížení. Zatížení pro seismickou analýzu závisí na normě (součinitel nadpevnosti materiálu, součinitel deformačního zpevnění) a je ovlivněno také mezí kluzu, geometrickými charakteristikami průřezu atd.

Zatížení pro tento příklad bylo vypočteno následujícím postupem:

M_y = C_pr .R_y .F_y .Z_pl,y(RBS) a odpovídající posouvající síla V_z = –2 M_y / L_h, kde:

• R_y – poměr pravděpodobné k minimální mezi kluzu – AISC 341-16 – Tabulka A3.1; pro A992 – R_y = 1,1
• \( C_{pr}=\frac{F_y+F_u}{2\cdot F_y} \le 1.2 \) – součinitel deformačního zpevnění; pro A992 – C_pr = 1,15
• F_y – charakteristická mez kluzu; pro A992 – F_y = 50,0 ksi
• F_u – charakteristická pevnost v tahu; pro A992 – F_u = 65,0 ksi
• Z_pl,y(RBS) – plastický průřezový modul; hodnota pro redukovaný průřez nosníku – Z_pl,y,(RBS) = 44,80 in³
• L_h – vzdálenost mezi plastickými klouby na nosníku; L_h = 250 - (2 . 17) = 216 in

M_y = 1,15 x 1,1 x 50 x 44,80 = 2834 kip.in  = 236,17 kip-ft

\[ V_{\textrm{Ed}} = \frac{2 \cdot M_{\textrm{y}}}{L_{h}} = 2 \cdot \frac{2834}{216} = 26,2 \, \textrm{kip} \]

Přidejte vypočtenou posouvající sílu a ohybový moment jako nový účinek zatížení (LE).

Posouvající síla a ohybový moment musí být zadány se správnými znaménky tak, aby ohybový moment na nosníku klesal ve směru od uzlu.

Nyní lze spustit analýzu kapacity příkazem Vypočítat.

Jak je patrné z výsledků a zobrazení plastického přetvoření, sloup vykazuje extrémní plastické přetvoření. Hlavním cílem návrhu Capacity design společně s předkvalifikovanými přípoji dle procesu návrhu AISC 358 je navrhnout systém silný sloup – slabý nosník. Vznik plastického kloubu je proto záměrně situován do disipativního prvku (vybraného nosníku) a u přípoje typu Reduced beam section je záměrem dosáhnout maximálního plastického přetvoření ve střední části redukovaného průřezu nosníku. 

Návrhový přístup spočívá v přenesení porušení do nosníku. Následující kroky jsou určeny ke zvýšení únosnosti panelové zóny sloupu.

Začneme přidáním čtyř výztuh do sloupu zarovnaných s pásnicemi nosníku. Nastavte tloušťku výztuh na 5/8".

Pro zvýšení únosnosti sloupu přidejte zdvojovací plech na obě strany stojiny (přidejte výrobní operaci Ztužující plech). 

Výztuhy u stojiny sloupu je nutné oříznout a přivařit ke zdvojovacím plechům pomocí výrobní operace Řez plechu.

Opakujte operaci řezu plechu čtyřikrát pro připojení ostatních předních/zadních výztuh ke zdvojovacím plechům.
*Tip: Klikněte pravým tlačítkem myši na první operaci řezu, podle potřeby ji zkopírujte a přejeďte myší přes plechy, abyste viděli názvy plechů určených k řezu. 

Všechny návrhové úpravy jsou nyní dokončeny, spusťte Vypočítat na záložce Posouzení. Vidíte, že všechny komponenty (jako svary a šrouby) prošly normovým posouzením. Plastické přetvoření plechů disipativního prvku neovlivňuje celkové výsledky. 

Vznik plastického kloubu lze prozkoumat v okně analýzy Plastické přetvoření.

Plastický kloub se objevil na očekávaném místě a tento styčník vyhověl posouzením požadovaným návrhem kapacity.

Pro lepší pochopení výsledků viz Teoretické základy.

4 Protokol

Nakonec si můžete prohlédnout Protokol. IDEA StatiCa nabízí plně přizpůsobitelný protokol pro tisk nebo uložení v editovatelném formátu.

Na konci podrobného protokolu je seznam posouzení konstrukčních detailů předkvalifikovaného přípoje s příslušným odkazem a stavem: 

Provedli jste posouzení kapacity předkvalifikovaného konstrukčního přípoje podle AISC 358 a AISC 341.

Součinitele únosnosti

Jelikož jsou splněny návrhové požadavky pro „předkvalifikovaný" přípoj a dostupné únosnosti jsou vypočteny v souladu s AISC 358-16, součinitele únosnosti ϕ se uvažují takto: 

                         Pro duktilní mezní stavy ϕ_d = 1,00 

                         Pro neduktilní mezní stavy ϕ_n = 0,90

Tyto součinitele lze upravit v IDEA StatiCa Connection v části „Nastavení normy":