Çelik birleşim kapasite tasarımı (AISC)

1 Yeni proje

IDEA StatiCa'yı başlatın (en yeni sürümü indirin) ve kaynak proje dosyasını açın. Birleşim tasarımı tamamlanmış ve standart Gerilme/Gerinim analizi için hazırlanmıştır.

2 Hesap ve kontrol

Şeritteki Hesapla düğmesiyle gerilme/gerinim analizini başlatın. Analiz modeli otomatik olarak oluşturulur, hesap gerçekleştirilir ve genel kontrol sonuçlarını sahnenin sol üst köşesinde görebilirsiniz. 

Gerilme/gerinim analizine göre birleşimin iyi tasarlandığını ve tüm kontrolleri geçtiğini görebilirsiniz.

Bu sonuçları korumak için, Proje öğeleri altındaki sol üst köşedeki bu proje öğesini kopyalayın. 

3 Kapasite kontrolü

Yeni proje öğesinde (CON2), AISC 358 ön yeterlilik sınırı kontrollerini etkinleştirmek için aşağıdaki girdileri değiştirin:

• Analiz türü: Kapasite Tasarımı
• Ön yeterlikli birleşim: Aktif
• Sistem: Özel moment çerçevesi
• Birleşim türü: Azaltılmış kiriş kesiti (RBS)

Dissipatif öğe seçilmelidir. Plastik mafsal oluşması beklenen bir eleman veya plaka dissipatif öğe olarak seçilmelidir. Malzeme aşırı dayanım katsayısı ve gerinim pekleşmesi katsayısı seçilen öğeye uygulanır. Bu örnekte, dissipatif öğe olarak W16x31 elemanını seçin. Üst şeritten komutla eklenebilir ve seçimi boşluk tuşu/enter tuşu/sağ tıklama ile onaylayın.

Elemanlar özelliklerinde, W16x31 parametreleri ayarlanmalıdır: Birleşim yalnızca düşey düzlemdeki eğilme momentine karşı koyduğundan ve kirişin zayıf ekseni etrafındaki eğilme sınırlandırılması gerektiğinden, Model türünü N-Vz-My olarak ayarlayın. 

Dissipatif öğe seçildikten sonra, Ön yeterlilik sınırları model alanının ekranın sol üst tarafında gösterilir: 

İlk uyarı AISC 341-16: Bölüm D.1.1b ve Tablo D1.1 ile ilgilidir. Sınırlayıcı Genişlik-Kalınlık Oranları. İlk uyarıyı gidermek için, kolona sağ tıklayıp artı simgesine tıklayarak Kolon profil kesitini W14X68 olarak değiştirin: 

Geniş başlıklı kesit seçin, W (AISC 15.0) bulana kadar aşağı kaydırın, arama kutusunu kullanın, W14X68'e tıklayın ve Tamam'a tıklayın.

W12X65 adına tıklayıp F2 tuşuna basarak veya sağ tıklayıp Yeniden Adlandır'ı seçerek elemanın adını Kolon olarak değiştirin: 

Giderilecek bir sonraki uyarı, kirişin gövdesinin kolon başlığına kaynağıyla ilgilidir: 

Kaynak CUT1 işleminde değiştirilebilir; kaynağı çift köşe kaynağından alın kaynağı seçeneğine değiştirin: 

Bir sonraki uyarı, Özel moment çerçeveleri için AISC 358 Bölüm 5.6 (2)'de belirtilen kayma plakası gereksinimini kapsamaktadır.

Yeni işlem'e tıklayın ve Kanat plakası işlemini seçin; gösterildiği gibi ayrıntıları girin: 

Son uyarı, AISC 358 5.5 (2)'deki kaynak erişim delikleri gereksinimiyle ilgilidir. Bu detaylandırma kontrolüne uymak için bir Açıklık işlemi ekleyin, sonraki girdiyi seçin ve çentikler için Ön tasarım seçeneğini kullanın: 

Bu işlemin ardından birleşim, AISC 358 ve 341 Standartlarından ön yeterlilik sınırlarını karşılamaktadır. 

Kuvvetler parametresini Konum olarak değiştirin; böylece tam etki eden kuvvet konumu tanımlanabilir. Plastik mafsal konumu, etki eden kuvvet konumuna benzerdir: X = 17 inç. 

Plastik mafsalın doğru konumu nasıl bilinir? Mühendis nerede oluşacağına karar vermelidir. Genellikle plastik mafsal kirişte belirlenir. Bu örnekte, köpek kemiği işleminin ortasında oluşacaktır. Konumu uygulamadan okumak (tel kafes görünümü) pratiktir.

Bir sonraki adımda, yük etkileri tanımlanmalıdır. Sismik analiz için yükler yönetmeliğe bağlıdır (malzeme aşırı dayanım katsayısı, gerinim pekleşmesi katsayısı) ve aynı zamanda akma dayanımı, kesit geometrik özellikleri vb. tarafından da etkilenir.

Bu örnek için yükler aşağıdaki prosedürle hesaplanmıştır:

M_y = C_pr .R_y .F_y .Z_pl,y(RBS) ve karşılık gelen kesme kuvveti V_z = –2 M_y / L_h, burada:

• R_y – olası ile minimum akma dayanımı oranı – AISC 341-16 – Tablo A3.1; A992 için – R_y = 1.1
• \( C_{pr}=\frac{F_y+F_u}{2\cdot F_y} \le 1.2 \) – gerinim pekleşmesi katsayısı; A992 için – C_pr = 1.15
• F_y – karakteristik akma dayanımı; A992 için – F_y = 50.0 ksi
• F_u – karakteristik kopma dayanımı; A992 için – F_u = 65.0 ksi
• Z_pl,y(RBS) – plastik kesit modülü; azaltılmış kiriş kesiti için değer – Z_pl,y,(RBS) = 44.80 in³
• L_h – kirişteki plastik mafsallar arasındaki mesafe; 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

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

Hesaplanan kesme kuvvetini ve eğilme momentini yeni Yük etkisi (LE) olarak ekleyin.

Kesme kuvveti ve eğilme momenti, eğilme momentinin düğüm noktasından uzaklaşan yönde kirişte azalacağı şekilde uygun işaretlerle girilmelidir.

Artık kapasite analizi Hesapla komutuyla başlatılabilir.

Sonuçlarda ve plastik gerinim görünümünde görüldüğü üzere, kolonda aşırı plastik gerinim mevcuttur. AISC 358 tasarım sürecinden ön yeterlikli birleşimlerle birlikte Kapasite tasarımının temel amacı, güçlü kolon-zayıf kiriş sistemi tasarlamaktır. Bu nedenle, akma ve plastik mafsal oluşumunun dissipatif öğede (seçilen kiriş) gerçekleşmesi amaçlanmakta olup Azaltılmış kiriş kesiti türü birleşimde maksimum plastik gerinim, kirişin azaltılmış kesitinin orta bölümünde oluşmalıdır. 

Tasarım yaklaşımı, göçmeyi kirişe yönlendirmektir. Aşağıdaki adımlar, kolonun panel bölgesi dayanımını artırmaya yöneliktir.

Kiriş başlıklarıyla hizalı olarak kolona dört takviye levhası ekleyerek başlayabiliriz. Takviye levhalarının kalınlığını 5/8" olarak ayarlayın.

Kolon yük kapasitesini artırmak için gövdenin her iki tarafına da dublör ekleyin (Rijitleştirme plakası imalat işlemi ekleyin). 

Kolon gövdesindeki takviye levhalarının Plaka kesme imalat işlemiyle kesilmesi ve dublörlere kaynatılması gerekmektedir.

Diğer ön/arka takviye levhalarını dublörlere bağlamak için plaka kesme işlemini dört kez tekrarlayın.
*İpucu: İlk kesme işlemine sağ tıklayın, gerektiği kadar kopyalayın ve kesilecek plakaların adlarını görmek için fareyi plakaların üzerine getirin. 

Tüm tasarım değişiklikleri tamamlandı; Kontrol sekmesinde Hesapla'yı çalıştırın. Tüm bileşenlerin (kaynak ve cıvatalar gibi) yönetmelik kontrolünü geçtiğini görebilirsiniz. Dissipatif öğe plakalarının plastik geriniminin genel sonuçları etkilemediği görülmektedir. 

Plastik mafsalın oluşumu Plastik gerinim analiz penceresinde incelenebilir.

Plastik mafsal beklenen konumda oluşmuş ve bu birleşim kapasite tasarımı tarafından gerektirilen kontrolleri geçmiştir.

Sonuçları daha iyi anlamak için Teorik Arka Plan'a bakın.

4 Rapor

Son olarak, Raporu inceleyebilirsiniz. IDEA StatiCa, yazdırmak veya düzenlenebilir formatta kaydetmek için tam özelleştirilebilir bir rapor sunar.

Ayrıntılı raporun sonunda, referansı ve durumu ile birlikte ön yeterlikli birleşim detaylandırma kontrollerinin listesi yer almaktadır: 

AISC 358 ve AISC 341'e göre ön yeterlikli yapısal bir birleşimin kapasite tasarımı kontrolünü gerçekleştirdiniz.

Dayanım katsayıları

'Ön yeterlikli' birleşim için tasarım gereksinimleri karşılandığından ve mevcut dayanımlar AISC 358-16'ya uygun olarak hesaplandığından, ϕ dayanım katsayıları aşağıdaki gibi alınmalıdır: 

                         Sünek sınır durumlar için ϕ_d = 1.00 

                         Sünek olmayan sınır durumlar için ϕ_n = 0.90

Bu katsayılar IDEA StatiCa Connection 'Kod kurulumu'nda düzenlenebilir: