Verlengde kopplaat momentverbindingen (AISC)
Dit verificatievoorbeeld werd opgesteld door Mark D. Denavit en Kayla Truman-Jarrell in een gezamenlijk project van The University of Tennessee en IDEA StatiCa.
1 Beschrijving
In deze studie wordt een vergelijking gepresenteerd tussen resultaten van de component-gebaseerde Eindige Elementen Methode (CBFEM) en traditionele berekeningsmethoden die worden gebruikt in de Amerikaanse praktijk voor verlengde kopplaat momentverbindingen (Fig. 1).
Fig. 1 Schematische weergave van de verlengde kopplaat momentverbinding onderzocht in deze studie
De traditionele berekeningsmethoden die in dit werk worden gebruikt voor niet-seismische verbindingen zijn gebaseerd op de aanbevelingen uit AISC Design Guide 4 (Murray en Sumner 2003), aangevuld met de eisen voor load and resistance factor design (LRFD) uit de AISC Specification (2016a). De traditionele berekeningsmethoden die in dit werk worden gebruikt voor seismische (d.w.z. capaciteitsontworpen) verbindingen zijn gebaseerd op AISC Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications (2016b), hierna aangeduid als AISC 358. Voor zowel seismische als niet-seismische verbindingen bevatten deze referenties minimale kopplaatdikte- en kolomflensbeperkingen die niet rechtstreeks zijn gebaseerd op de aangebrachte belastingen. Deze grenzen zijn bedoeld om wrikkracht te vermijden en te waarborgen dat de verbinding volledig ingeklemd is. Voor niet-seismische verbindingen is het toegestaan dunnere platen en kolomflenzen te gebruiken als wrikkracht in beschouwing wordt genomen, bijvoorbeeld met behulp van de aanbevelingen van Dowswell (2011). De minimale dikte-eisen werden echter voor alle traditionele berekeningen in deze studie aangehouden.
De grentoestanden die in de traditionele berekeningen worden geëvalueerd omvatten trekbreuk van de bouten, buigvloei van de kopplaat en kolomflens (via dikte-beperkingen), afschuifvloei en -breuk van de kopplaat, lokale kolomgrentoestanden (d.w.z. lokale vloei van het lijf, lokale knik van het lijf en drukknk van het lijf), vloei van de kolomlijf-paneelzone, boutafschuifgrentoestanden (d.w.z. boutafschuifbreuk, drukspanning, uitscheuring – let op: alleen de afschuifsterkte van de drukbouten werd beschouwd). Voor de eenvoud werden alle lassen gemodelleerd als stompe lassen en werd hun sterkte niet geëvalueerd in de traditionele berekeningen.
De CBFEM-resultaten werden verkregen uit IDEA StatiCa versie 21.0. Voorbeeldmodellen zijn weergegeven in Fig. 2. De maximaal toegestane belastingen werden iteratief bepaald door de aangebrachte belastingsinvoer aan te passen naar een waarde die het programma als veilig beschouwt, maar waarbij het programma bij een kleine verhoging (bijv. 1 kip-in.) de situatie als onveilig zou beoordelen. In tegenstelling tot de traditionele berekeningen werd de invloed van wrikkracht geëvalueerd in IDEA StatiCa en de getoonde resultaten omvatten gevallen met wrikkracht. De stijfheid van de verbinding werd geëvalueerd met behulp van stijfheidsanalyses (d.w.z. analysetype "ST").
Fig. 2 Verlengde kopplaat momentverbindingen gemodelleerd in IDEA StatiCa.
2 Kopplaatdikte
Eerst wordt de invloed van de kopplaatdikte op het gedrag en de sterkte van de verbinding onderzocht. Voor deze vergelijkingen is de balk een W21×68 en de kolom een W14×193. Beide voldoen aan ASTM A992 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). De kolom werd geselecteerd als een zware sectie (tf = 1,44 in.) en voorzien van 5/8 in. dikke verstijvers (d.w.z. continuïteitsplaten) om te waarborgen dat de maatgevende grenstoestand zich niet in de kolom bevond. De kopplaat heeft een hoogte van 29 in., een breedte van 9,5 in. en een dikte die varieert van 3/8 in. tot 2,5 in. Al het plaatmateriaal (d.w.z. kopplaat en verstijvers) voldoet aan ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). De verbinding heeft vier bouten nabij elke balkflens (8 bouten in totaal) en de kopplaat is niet verstijfd. Deze configuratie wordt gewoonlijk aangeduid als een vier-bout onverstijfde, 4E, configuratie. De bouten zijn 1-1/8 in. diameter A325 met een horizontale hartafstand van g = 5,5 in. en een verticale hartafstand van c = 4,5 in. De verticale afstand van de hartlijn van de bouten tot de rand van de kopplaat is lev = 2 in.
In IDEA StatiCa werden belastingen aangebracht met de optie "belastingen in evenwicht". De momenten aangebracht aan de boven- en onderkant van de kolom waren elk gelijk aan de helft van het moment aangebracht op de balk. Een dwarskracht van 25 kips werd ook aangebracht op de kolom (Vcolumn = 25 kips, Fig. 1). Voor de eenvoud werd geen dwarskracht aangebracht op de balk (Vbeam = 0 kips, Fig. 1).
Het verloop van het maximaal aangebrachte moment met de kopplaatdikte is weergegeven in Fig. 3. De maatgevende grenstoestand voor elke dikte is weergegeven in Tabel 1. Voor de traditionele berekeningen worden geen resultaten getoond voor kopplaatdikten kleiner dan 1 in., omdat dunnere platen niet voldeden aan de minimale dikte-eisen om wrikkracht te vermijden. De maatgevende grenstoestand uit de traditionele berekeningen voor de verbindingen die voldeden aan de kopplaatdikte-eis was trekbreuk van de bouten. Als gevolg hiervan varieert het maximaal aangebrachte moment niet met de kopplaatdikte.
In de IDEA StatiCa-resultaten is een variatie van het maximaal aangebrachte moment met de kopplaatdikte zichtbaar. Voor zeer dunne platen (t ≤ 0,5 in.) bepaalt plastische rek in de kopplaat het ontwerp. Anders bepaalt boutspanning het ontwerp. Het maximaal aangebrachte moment neemt toe met toenemende kopplaatdikte over het gehele onderzochte bereik. De toename van het maximaal aangebrachte moment is snel voor dunne platen, omdat een toenemende dikte de buigvloeisterkte van de kopplaat direct vergroot. De toename van het maximaal aangebrachte moment is geleidelijker wanneer boutspanning maatgevend is. Voor kopplaatdikten van 1,25 in. en groter overschrijdt het maximaal aangebrachte moment voor IDEA StatiCa dat uit de traditionele berekeningen. De reden hiervoor is dat de traditionele berekeningen aannemen dat de contactkracht op het grensvlak tussen de kolomflens en de kopplaat gecentreerd is rond de balkflens, terwijl IDEA StatiCa de contactdruk expliciet modelleert. Naarmate de kopplaatdikte toeneemt, is het deel van de kopplaat dat voorbij de balkonderflens uitsteekt stijver en beter in staat contactdruk te weerstaan, waardoor de drukkracht verschuift naar onder de balkonderflens (Fig. 4). Hoewel de treksterkte van de bouten niet verschilt tussen IDEA StatiCa en de traditionele berekeningen, is de hefboomarm van het koppel groter in IDEA StatiCa, wat resulteert in een grotere momentcapaciteit.
Voor elke kopplaatdikte werden de aanwezigheid van wrikkracht en de stijfheid van de verbinding bepaald door IDEA StatiCa. Er werd aangenomen dat een verbinding wrikkracht heeft als er contactspanning aanwezig was aan de trekzijde van de verbinding. Zoals weergegeven in Fig. 4 werd wrikkracht waargenomen voor de verbinding met een 7/8 in. dikke plaat, maar niet voor de verbinding met de 2-1/2 in. dikke plaat. Er was geen wrikkracht voor kopplaatdikten van 1 in. en groter. Dit stemt overeen met de overeenkomstige minimale dikte-beperking van de traditionele berekeningen. Verbindingen met kopplaatdikten van 7/8 in. en groter werden door een stijfheidsanalyse in IDEA StatiCa als volledig ingeklemd (d.w.z. stijf) beoordeeld, wat aangeeft dat de minimale dikte-beperking van de traditionele berekeningen ook een goede indirecte controle biedt van de stijfheid van de verbinding voor dit geval.
Fig. 3 Maximaal aangebracht moment vs. kopplaatdikte
Tabel 1. Maatgevende grenstoestand voor resultaten weergegeven in Fig. 3
| Kopplaatdikte, in. | IDEA StatiCa | Traditioneel |
| 0,375 | Plastische rek (kopplaat) | N.v.t. |
| 0,500 | Plastische rek (kopplaat) | N.v.t. |
| 0,625 | Boutspanning | N.v.t. |
| 0,750 | Boutspanning | N.v.t. |
| 0,875 | Boutspanning | N.v.t. |
| 1,000 | Boutspanning | Boutspanning |
| 1,250 | Boutspanning | Boutspanning |
| 1,500 | Boutspanning | Boutspanning |
| 1,750 | Boutspanning | Boutspanning |
| 2,000 | Boutspanning | Boutspanning |
| 2,250 | Boutspanning | Boutspanning |
| 2,500 | Boutspanning | Boutspanning |
Fig. 4 Contactspanning voor resultaten weergegeven in Fig. 3
Fig. 5 Contactspanning voor resultaten weergegeven in Fig. 6 (met kopplaatverstijver)
Het toevoegen van verstijvers aan de kopplaat verandert het gedrag van de verbinding. Het verloop van het maximaal aangebrachte moment met de kopplaatdikte is weergegeven in Fig. 6 voor dezelfde verbindingen die eerder zijn onderzocht, maar nu met toegevoegde kopplaatverstijvers. De IDEA StatiCa-resultaten uit Fig. 3 voor verbindingen zonder verstijvers zijn ter referentie opgenomen in Fig. 6. De verstijvers waren 1/2 in. dik, 3,5 in. breed, 6,5 in. lang en werden aan beide flenzen van de balk geplaatst. Het plaatmateriaal voor de verstijvers voldeed aan ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi).
Voor de traditionele berekeningen verandert het toevoegen van verstijvers het vloeilijnpatroon voor de buigsterkte van de kopplaat, waardoor de minimale dikte afneemt. Het toevoegen van verstijvers veranderde echter niet de sterkte van de verbinding, die bepaald bleef door trekbreuk van de bouten, omdat de drukkracht ongeacht de kopplaatstijfheid geacht wordt gecentreerd te zijn met de flens. Een beoordeling van recent onderzoek heeft bevestigd dat de drukkracht wel verschuift naar onder de onderflens bij het toevoegen van kopplaatverstijvers en er is een methode voorgesteld om deze verschuiving in het ontwerp te verdisconteren (Landolfo et al. 2018).
Voor IDEA StatiCa verhoogde het toevoegen van verstijvers de maximaal aangebrachte belasting. De maatgevende grenzen waren dezelfde als die weergegeven in Tabel 1. De toename van de maximaal aangebrachte belasting was het grootst voor kopplaatdikten tussen 5/8 in. en 1 in., waar boutspanning maatgevend was en de verstijvers hielpen de wrikkracht te verminderen en de hefboomarm van het krachtkoppel te vergroten.
Fig. 6 Maximaal aangebracht moment vs. kopplaatdikte
De voorgaande analyses maakten allemaal gebruik van een relatief zware kolom om te waarborgen dat kolomgrentoestanden niet maatgevend waren. De kolom voor de volgende analyses was kleiner, een W14×109. Overige aspecten van de verbindingen, waaronder de kolomverstijverdikte, balk, kopplaat en bouten, bleven gelijk. De kopplaat voor deze analyses was onverstijfd.
Het verloop van het maximaal aangebrachte moment met de kopplaatdikte is weergegeven in Fig. 8. De maatgevende grenstoestand voor elke dikte is weergegeven in Tabel 2. In deze figuur zijn meerdere lijnen uitgezet voor zowel IDEA StatiCa als de traditionele berekeningen.
Voor de traditionele berekeningen worden resultaten uitgezet voor het geval waarbij het effect van inelastische paneelzone-vervormingen op de stabiliteit van het raamwerk niet in de raamwerkanalyse is verdisconteerd, en voor het geval waarbij dit effect wel is verdisconteerd. Paneelzonevloei beïnvloedt de totale raamwerkstijfheid en kan de tweede-orde-effecten aanzienlijk vergroten. Als de inelasticiteit van de paneelzone niet in de analyse is verdisconteerd bij het bepalen van de vereiste sterkten van het raamwerk, beperkt de AISC Specification (2016a) het paneelzonegedrag tot het elastische bereik. Als de inelasticiteit van de paneelzone wel is verdisconteerd bij het bepalen van de vereiste sterkten van het raamwerk, wordt de aanvullende inelastische afschuifsterkte van de paneelzone erkend.
In het geval waarbij paneelzone-inelasticiteit niet in de analyse is verdisconteerd, bepaalt de afschuifsterkte van de paneelzone de sterkte van de verbinding, met een maximaal aangebracht moment van 4.649 kip-in. In het geval waarbij paneelzone-inelasticiteit wel in de analyse is verdisconteerd, bepaalt de treksterkte van de bouten de sterkte van de verbinding met een maximaal aangebracht moment van 5.490 kip-in. (let op: het maximaal aangebrachte moment voor paneelzonevloei is slechts iets hoger op 5.495 kip-in.).
De maatgevende grens voor IDEA StatiCa is de plastische rekgrens in de kopplaat voor zeer dunne kopplaten (t ≤ 0,5 in.) en boutspanning voor de overige gevallen. Het maximaal aangebrachte moment is groter voor IDEA StatiCa dan voor de traditionele berekeningen. De maatgevende grentoestanden verschillen ook, zodat aanvullende analyses zijn uitgevoerd om het aangebrachte moment te kwantificeren waarbij de plastische rekgrens wordt bereikt voor de kolomlijf-paneelzone, weergegeven in Fig. 7 voor een plaatdikte van 1,25 in. Deze waarden zijn als gestippelde lijn uitgezet in Fig. 8 (let op: de boutsterktegrenzen werden overschreden voor deze analyses).
Fig. 7 Plastische rek in paneelzone voor tp = 1,25 in.
IDEA StatiCa legt de paneelzonevloei-grenstoestand vast, zij het met een grotere sterkte dan toegestaan door de AISC Specification (2016a) wanneer het effect van inelastische paneelzone-vervormingen op de stabiliteit van het raamwerk in de analyse is verdisconteerd. Verbindingen kunnen in IDEA StatiCa worden ontworpen om vloei van de paneelzone te beperken door eenvoudigweg een plastische rekgrens van minder dan 5% op te leggen. Zo is de maximaal aangebrachte belasting voor de verbinding met een 1,75 in. dikke kopplaat om nagenoeg elastisch gedrag (d.w.z. grens van 0,1% plastische rek) van het kolomlijf te bereiken 4.418 kip-in., wat goed overeenkomt met het maximaal aangebrachte moment van 4.649 kip-in. uit de traditionele berekeningen wanneer het effect van inelastische paneelzone-vervormingen op de stabiliteit van het raamwerk niet in de analyse is verdisconteerd.
Interessant is dat wrikkracht wordt geïdentificeerd en de verbinding als gedeeltelijk ingeklemd (flexibel) wordt geclassificeerd in IDEA StatiCa voor kopplaatdikten tot 1,5 in. De traditionele berekeningen staan een kopplaatdikte toe van minimaal 1 in. met de aanname dat er geen wrikkracht optreedt.
Fig. 8 Maximaal aangebracht moment vs. kopplaatdikte
Tabel 2. Maatgevende grenstoestand voor resultaten weergegeven in Fig. 8
| Kopplaatdikte, in. | IDEA StatiCa | Traditioneel 1 | Traditioneel 2 |
| 0,375 | Plastische rek (kopplaat) | N.v.t. | N.v.t. |
| 0,500 | Plastische rek (kopplaat) | N.v.t. | N.v.t. |
| 0,625 | Boutspanning | N.v.t. | N.v.t. |
| 0,750 | Boutspanning | N.v.t. | N.v.t. |
| 0,875 | Boutspanning | N.v.t. | N.v.t. |
| 1,000 | Boutspanning | Paneelzone afschuiving | Boutspanning |
| 1,250 | Boutspanning | Paneelzone afschuiving | Boutspanning |
| 1,500 | Boutspanning | Paneelzone afschuiving | Boutspanning |
| 1,750 | Boutspanning | Paneelzone afschuiving | Boutspanning |
| 2,000 | Boutspanning | Paneelzone afschuiving | Boutspanning |
| 2,250 | Boutspanning | Paneelzone afschuiving | Boutspanning |
| 2,500 | Boutspanning | Paneelzone afschuiving | Boutspanning |
1 Effect van inelastische paneelzone-vervormingen op de stabiliteit van het raamwerk niet verdisconteerd in de analyse
2 Effect van inelastische paneelzone-vervormingen op de stabiliteit van het raamwerk verdisconteerd in de analyse
3 Verticale boutafstand
Dikte is niet de enige parameter die het gedrag van de kopplaat beïnvloedt. Naarmate de verticale afstand tussen de hartlijnen van de bouten toeneemt, neemt ook de steek toe (afstand van het vlak van de balkflens tot de hartlijn van de dichtstbijzijnde bout). Over het algemeen is de kleinst mogelijke boutsteek het meest economisch (Murray en Sumner 2003), maar grotere waarden kunnen noodzakelijk zijn vanwege uitvoerbaarheid of andere redenen.
Een reeks analyses wordt uitgevoerd met variërende verticale boutafstand. Voor deze vergelijkingen is de balk een W21×55 en de kolom een W14×109. Beide voldoen aan ASTM A992 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). De kopplaat heeft een hoogte van 28,5 in., een breedte van 9,0 in., een dikte van 1 in. en voldoet aan ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). De verbinding heeft vier bouten nabij elke balkflens (8 bouten in totaal) en de kopplaat is niet verstijfd. De bouten zijn 1 in. diameter A325 met een horizontale hartafstand van 5,5 in. De verticale hartafstand tussen de bouten varieert van 3,5 in. tot 6 in. en de afstand van de hartlijn van de bouten tot de rand van de kopplaat varieert van 2,5 in. tot 1,25 in. Het zwaartepunt van de boutgroep werd constant gehouden. Belastingen werden aangebracht zoals beschreven in de vorige paragraaf, inclusief 25 kips dwarskracht in de kolom.
Het verloop van het maximaal aangebrachte moment met de verticale boutafstand is weergegeven in Fig. 9. De maatgevende grenstoestand voor zowel de traditionele berekeningen als IDEA StatiCa was trekbreuk van de bout voor alle gevallen. Voor verticale boutafstanden kleiner dan of gelijk aan 5 in. is er een goede overeenkomst tussen de traditionele berekeningen en IDEA StatiCa. Voor grotere verticale boutafstanden neemt de maximaal aangebrachte belasting uit IDEA StatiCa af. De maximaal aangebrachte belasting uit de traditionele berekeningen is constant over het gehele bereik. De reden voor de discrepantie is wrikkracht. De plaatdikte voldoet aan de minimale dikte-eis van de traditionele berekeningen om geen wrikkracht aan te nemen. Wrikkracht wordt echter waargenomen in de IDEA StatiCa-resultaten voor verticale boutafstanden van 5,5 in. en 6 in., waardoor het maximaal aangebrachte moment afneemt.
Fig. 9 Maximaal aangebracht moment vs. verticale boutafstand
4 Capaciteitsontwerp
Verlengde kopplaat momentverbindingen zijn een van de verbindingstypen die vooraf gekwalificeerd zijn voor gebruik in speciale en tussenliggende stalen momentraamwerken (AISC 2016b). Ze zijn echter alleen vooraf gekwalificeerd als ze voldoen aan de beperkingen en zijn ontworpen volgens de sterk voorschrijvende procedure van AISC 358. De ontwerpcriteria van AISC 358 zijn bedoeld om te waarborgen dat inelastische vervorming van de verbinding wordt bereikt door balkvloei.
Het gebruik van IDEA StatiCa in plaats van de in AISC 358 gespecificeerde ontwerpprocedure is niet toegestaan voor het aantonen van conformiteit met de eisen voor balk-kolomverbindingen voor speciale en tussenliggende stalen momentraamwerken. IDEA StatiCa heeft echter wel de mogelijkheid om capaciteitsontwerp uit te voeren en vergelijkbare resultaten te produceren.
Voor capaciteitsontwerp in IDEA StatiCa worden specifieke elementen aangewezen als dissiperende componenten. De spanning-rek-respons van deze componenten wordt overschreven op basis van de verwachte materiaalsterkten en omvat rekversteviging. Vervolgens worden belastingen aangebracht die overeenkomen met de maximale waarschijnlijke belastingseffecten. Voor de verlengde kopplaat momentverbinding is de balk de dissiperende component en worden de maximale waarschijnlijke belastingseffecten berekend conform AISC 358.
In dit onderzoek wordt een reeks verbindingen capaciteitsontworpen volgens de AISC 358-procedure en IDEA StatiCa om resultaten te vergelijken. Let op dat de standaard rekenwaarde-factoren in IDEA StatiCa zijn overschreven om overeen te komen met die gespecificeerd in AISC 358. De balk varieert van een W18×35 tot een W18×60, de kolom is een W14×211. Alle breedflensprofielen voldoen aan ASTM A992 (Fy = 50 ksi, Ry = 1,1, Fu = 65 ksi). De kopplaat voldoet aan ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi) en heeft een hoogte van 28 in. De breedte van de plaat was 7 in. voor de W18x35-, W18x40- en W18x46-balken en 8,5 in. voor de W18x50-, W18x55- en W18x60-balken. De dikte van de kopplaat werd bepaald tijdens het ontwerpproces. Een vier-bout onverstijfde, 4E, configuratie werd gebruikt met A490-bouten. De diameter van de bouten werd bepaald tijdens het ontwerpproces. De horizontale hartafstand was 5,5 in., de verticale boutafstand was 5,5 in. en de verticale afstand van de hartlijn van de bouten tot de rand van de kopplaat was lev = 2 in.
Het aangebrachte moment en de aangebrachte balkdwarskracht voor elk balkprofiel zijn vermeld in Tabel 3. De aangebrachte balkdwarskracht was gebaseerd op een aangenomen balkdwarskracht als gevolg van permanente belastingen van 30 kips en een balklengte (tussen kolomhartlijnen) van 30 ft. De belastingen werden aangebracht op de "X-positie" (d.w.z. de afstand van de hartlijn van de kolom tot de aangenomen plastische scharnierpositie). Een dwarskracht van 30 kips werd ook aangebracht op de kolom. Interessant is dat de plastische rekken in de balk een maximum bereikten van ongeveer 10% in deze analyses. Dit hoge niveau van plastische rek overschrijdt echter geen grenzen, omdat de balk is geclassificeerd als de dissiperende component.
Tabel 3. Aangebrachte belastingen voor het capaciteitsontwerp-voorbeeld
| Balkprofiel | Aangebracht moment, kip-in | Aangebrachte balkdwarskracht, kip | X-positie, in |
| W18X35 | 4.206 | 55,8 | 16,70 |
| W18X40 | 4.959 | 60,4 | 16,80 |
| W18X46 | 5.737 | 65,2 | 16,90 |
| W18X50 | 6.388 | 69,2 | 16,85 |
| W18X55 | 7.084 | 73,4 | 16,90 |
| W18X60 | 7.780 | 77,7 | 16,95 |
De ontworpen kopplaatdikte en boutdiameter zijn weergegeven als functie van het balkgewicht in respectievelijk Fig. 10 en Fig. 11. Voor de traditionele berekeningen wordt één ontwerp getoond voor elke balkafmeting, omdat de AISC 358-procedure wrikkracht verhindert en resulteert in een uniek efficiënt ontwerp. Voor IDEA StatiCa worden twee ontwerpen getoond voor elke balkafmeting. Met de mogelijkheid om wrikkracht expliciet te beschouwen in IDEA StatiCa zijn een reeks efficiënte ontwerpen mogelijk, afhankelijk van de relatieve prioriteit van boutdiameter en plaatdikte. Een informele optimalisatie werd uitgevoerd om één ontwerp te bepalen waarbij de plaatdikte werd geminimaliseerd en één waarbij de boutdiameter werd geminimaliseerd.
Wanneer de boutdiameter wordt geminimaliseerd, is de resulterende boutdiameter gelijk voor de traditionele berekeningen en IDEA StatiCa, maar is de plaatdikte groter voor het IDEA StatiCa-ontwerp. De dikkere platen zijn in IDEA StatiCa nodig om het effect van wrikkracht te elimineren en de belasting op de bouten te minimaliseren.
Wanneer de plaatdikte wordt geminimaliseerd, is de resulterende plaatdikte voor het IDEA StatiCa-ontwerp ongeveer gelijk aan die van de traditionele berekeningen, waarbij sommige ontwerpen gelijk zijn, sommige één maat dikkere plaat hebben en sommige één maat dunnere plaat. De bouten voor het IDEA StatiCa-ontwerp zijn in deze gevallen groter dan vereist volgens de traditionele berekeningen vanwege de verhoogde belastingen door wrikkracht.
Deze resultaten geven aan dat de modelleringsaannames in IDEA StatiCa resulteren in een conservatievere beoordeling van wrikkracht dan de traditionele berekeningen en dat IDEA StatiCa dienovereenkomstig een conservatief ontwerp biedt voor deze twee componenten van de verlengde kopplaat momentverbinding.
Fig. 10 Plaatdikte vs. balkgewicht
Fig. 11 Boutdiameter vs. balkgewicht
5 Samenvatting
In deze studie werd het ontwerp van verlengde kopplaat momentverbindingen vergeleken met behulp van traditionele berekeningsmethoden die worden gebruikt in de Amerikaanse praktijk en IDEA StatiCa. Belangrijke bevindingen uit de studie zijn:
- IDEA StatiCa levert beschikbare sterkten voor verlengde kopplaat momentverbindingen die vergelijkbaar zijn met de traditionele berekeningen.
- Verschillen in sterkte zijn voornamelijk te wijten aan wrikkracht en de verdeling van de drukspanning, die beide worden behandeld met vereenvoudigde aannames in de traditionele berekeningen, maar expliciet worden gemodelleerd in IDEA StatiCa.
- Met standaardparameters is de lijf-paneelzonesterkte uit IDEA StatiCa vergelijkbaar met de sterkte uit de AISC Specification wanneer het effect van inelastische paneelzone-vervormingen op de stabiliteit van het raamwerk in de analyse is verdisconteerd bij het bepalen van de vereiste sterkten. De lagere sterkte uit de AISC Specification voor het geval waarbij het effect van inelastische paneelzone-vervormingen op de stabiliteit van het raamwerk niet in de analyse is verdisconteerd bij het bepalen van de vereiste sterkten, kan worden bereikt door de plastische rekgrens in IDEA StatiCa aan te passen.
- De capaciteitsontwerpmogelijkheden van IDEA StatiCa maken de selectie van boutdiameter en plaatdikte mogelijk die conservatief zijn ten opzichte van de procedure gedefinieerd in AISC 358.
6 Referenties
AISC. (2016a). Specification for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.
AISC. (2016b). Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.
AISC. (2017). Steel Construction Manual, 15th Edition. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.
Dowswell, B. (2011). "A Yield Line Component Method for Bolted Flange Connections." Engineering Journal, AISC, (2nd Quarter), 93–116.
Landolfo, R., D'Aniello, M., Costanzo, S., Tartaglia, R., Demonceau, J., Jaspart, J., Stratan, A., Jakab, D., Dubina, D., Elghazouli, A., en Bompa, D. (2018). Equaljoints PLUS – Volume with information brochures for 4 seismically qualified joints, European Convention for Constructional Steelwork (ECCS), Brussel, België.
Murray, T. M. en Sumner, E. A. (2003). Extended End-Plate Moment Connections: Seismic and Wind Applications, Second Edition. Design Guide 4, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.