Civil Codes and Inspection - 0632 - Connections, Joints and Details.

59 Pages·2010·7.59 MB·English

by  Bilal Ayyub

66330000.. DDeessiiggnn ‐
66000000. SSTTEEEELL
6320. Structural Steel Connections, Joints and Details
• 6130 ‐Design Data, Principles and Tools
66110000 && 
• 6140 ‐Codes and Standards
6200 • General Provisions (Section NJ1)
• 6200 ‐Material
• TTyyppeess ooff SSttrruuccttuurraall WWeellddss aanndd TThheeiirr AApppplliiccaattiioonnss 
• 6310 ‐Members and Components
(Section NJ2 and AISC Manual Part 8)
6300 • 6320 ‐Connections, Joints and Details 
•• TTyyppeess ooff SSttrruuccttuurraall BBoollttss aanndd BBoolltteedd CCoonnnneeccttiioonnss 
• 6330 ‐Frames andd Assembblles 
(Section NJ3 and AISC Manual Part 7)
• 6410 ‐AISC Specifications for Structural Joints
6400
• 66442200 ‐AAIISSCC 330033 CCodde off SSttanddardd PPracttiice • AISC Connections ((Section NJ andd AISC Manuall Part 9))
• 6430 ‐AWS D1.1 Structural Welding Code 
• HSS and Box Member Connections (Section NK)
66550000 •• 66551100 ‐NNoonnddeessttrruuccttiivvee TTeessttiinngg MMeetthhooddss 
• Selecting Standard Connections from the AISC Manual 
• 6520 ‐AWS D1.1 Structural Welding Code Tests
((AISC Manual Parts 9 & 10))
•• 66661100 ‐SStteeeell CCoonnssttrruuccttiioonn
66660000
• 6620/6630 ‐NUREG‐0800 / RG 1.94 • Seismic Connection
BMA Engineering, Inc. –6000 1 BMA Engineering, Inc. –6000 2
6320. Structural Steel Connections, 
TTyyppeess ooff WWeellddss
Joints and Details –
MModdulle 11: WWelldds
This section of the module covers:
– Introduction 
– Basics of welding
– FFiilllleett wweelldd
– LRFD of welded connections
–– EEcccceennttrriicc sshheeaarr iinn wweellddss
– Welding problems
– PPrreeqquuaalliiffiieedd wweellddss
BMA Engineering, Inc. –6000 3 BMA Engineering, Inc. –6000 4
Complete and Partial Penetration 
UUsseess ooff FFiilllleett WWeellddss
Groove Welds
BMA Engineering, Inc. –6000 5 BMA Engineering, Inc. –6000 6
TTyyppeess ooff GGrroooovvee WWeellddss PPlluugg oorr SSlloott WWeelldd
BMA Engineering, Inc. –6000 7 BMA Engineering, Inc. –6000 8
SSttiittcchh oorr SSkkiipp WWeelldd BBaassiicc ooff WWeellddiinngg
• Structural welding is a process whereby the parts to be 
connected are heated and fused with a molten filler 
metal. 
• UUppoonn ccoooolliinngg, tthhee ssttrruuccttuurraall sstteeeell ((ppaarreenntt mmeettaall)) aanndd 
weld or filler metal will act as one continuous part. The 
ffiilllleerr mmeettaall iiss ddeeppoossiitteedd ffrroomm aa ssppeecciiaall eelleeccttrrooddee. AA 
number of welding processes are used, depending on 
tthhee aapppplliiccaattiioonn 
– Field welds
– SShhoopp wweellddss
BMA Engineering, Inc. –6000 9 BMA Engineering, Inc. –6000 10
Weelddingg Proocceessss aandd Meettaalluurggyy
WWeellddiinngg EElleeccttrrooddeess
The American Welding Society (AWS) has 
developed specifications for the filler metals 
to cover arc weldingg of the followingg steels:
• Carbon
•• AAllllooyy
• Stainless and corrosion‐resisting
BMA Engineering, Inc. –6000 11 BMA Engineering, Inc. –6000 12
AAWWSS EElleeccttrrooddee CCllaassssiiffiiccaattiioonn BBaassiicc ooff wweellddiinngg
AWS ELECTRODE CLASSIFICATION SYSTEM MMiinniimmuumm wweelldd ssiizzee, mmaaxxiimmuumm wweelldd ssiizzee, aanndd mmiinniimmuumm lleennggtthh::
Digit Significance Example • The minimum size of a fillet weld is a function of the 
1st two or Minimum tensile strenggth E-60xx = 60,,000 ppsi ((min)) thickness of the thicker connected ppart. See AISC Table J2.4 
1st three ( stress relieved ) E-110xx = 110,000 psi (min) for details.
• The maximum size of a fillet weld is as follows:
22nndd llaasstt WWeellddiinngg ppoossiittiioonn EE-xxxx11xx == aallll ppoossiittiioonnss
– Along the edge of a connected part less than ¼‐inch thick, the maximum 
E-xx2x = horizontal and flat
fillet weld size (w) equals the plate thickness
E-xx3x = flat
– FFoorr ootthheerr vvaalluueess ooff ppllaattee tthhiicckknneessss, tt, tthhee mmaaxxiimmuumm wweelldd ssiizzee iiss tt ‐11//1166 iinn.
Last Power supply, type of slag,
type of arc, amount of
ppeenneettrraattiioonn,, pprreesseennccee ooff
iron powder in coating
NNOOTTEE:: PPrreeffiixx “EE” (( ttoo lleefftt ooff 44 oorr 55-ddiiggiitt nnuummbbeerr)) ssiiggnniiffiieess aarrcc wweellddiinngg eelleeccttrrooddee
BMA Engineering, Inc. –6000 13 BMA Engineering, Inc. –6000 14
Effective Area of Welds
BBaassiicc ooff wweellddiinngg
• The minimum permissible lengthof a fillet weld is 4 times its size. 
If only a shorter length is available, w = L/4. For the welds in the 
ccoonnnneeccttiioonn sshhoowwnn bbeellooww, LL WWttoo aaddddrreessss sshheeaarr llaagg iinn ssuucchh 
connections.
• WWhheenn aa wweelldd eexxtteennddss ttoo tthhee ccoorrnneerr ooff aa mmeemmbbeerr, iitt mmuusstt bbee
continued around the corner (an end return)
– Prevent stress concentrationsat the corner of the weld
– Minimum length of return is 2w
BMA Engineering, Inc. –6000 15 BMA Engineering, Inc. –6000 16
FFiilllleett WWeelldd FFiilllleett WWeelldd
• The design and analysis of fillet welds is based on the assumption  • The critical shearing stress on a weld of length Lis given by 
that the geometry of the weld is a 45‐degree right triangle f = P/(0.707wL)
• SSttanddardd welldd siizes are expressedd iin siixtteentthhs off an iinchh. •• IIff tthhe ullttiimatte shheariing sttress iin tthhe welldd iis ttermedd FF , tthhe nomiinall ddesiign 
W
strength of the weld can be written as
• Failure of fillet welds is assumed to occur in shear on the throat.
R = 0.707wL(F )= 0.707wL(0.75[0.6F ])=0.32wLF
nn ww EEXXXX EEXXXX
• For E70XX and E80XX electrodes, the design stresses are F , or 31.5 ksi and 
w
36 ksi, respectively.
•• IInn aaddddiittiioonn, tthhee ffaaccttoorreedd llooaadd sshheeaarr oonn tthhee bbaassee mmeettaall sshhaallll nnoott pprroodduuccee aa 
stress in excess of F , where F is the nominal shear strength of the 
BM BM
connected material. The factored load on the connection is thus subjected to 
thhe llimit off
R = F A = 0.90(0.6F )A = 0.54F A
n BM g y g y g
BMA Engineering, Inc. –6000 17 BMA Engineering, Inc. –6000 18
Eccentric  Eccentric Shear in Welds
SShhear iin 
•Eccentricity in the plane of the faying surface
WWeellddss •IInnssttaannttaanneeoouuss cceenntteerr ooff rroottaattiioonn mmeetthhoodd
•Elastic method
•Eccentricity normal to the plane of the faying surface
BMA Engineering, Inc. –6000 19 BMA Engineering, Inc. –6000 20
WWeellddiinngg PPrroobblleemmss LLaammeellllaarr TTeeaarrss
•Lamellar tears
••WWeelldd sshhrriinnkkaaggee aanndd
structural distortion
•Residual stresses
•Fatigue sensitivity
BMA Engineering, Inc. –6000 21 BMA Engineering, Inc. –6000 22
AAIISSCC SSttaannddaarrdd CCoonnnneeccttiioonnss 
PPrree‐bbeennddiinngg ffoorr WWeelldd SShhrriinnkkaaggee
and Suggested Details
This last section of the module
covers the following:
•• PPrreeqquuaalliiffiieedd wweellddss
•• SSuuggggeesstteedd ddeettaaiillss 
BMA Engineering, Inc. –6000 23 BMA Engineering, Inc. –6000 24
Prequalified Complete Penetration 
Groove Welds
Prequalified  Welds
BMA Engineering, Inc. –6000 25 BMA Engineering, Inc. –6000 26
Prequalified Complete Penetration  Prequalified Partial Penetration 
Groove Welds (Cont’d.) Groove Welds
BMA Engineering, Inc. –6000 27 BMA Engineering, Inc. –6000 28
6320. Structural Steel Connections, 
66330000.. DDeessiiggnn ‐
Joints and Details –
6320. Structural Steel Connections, Joints and Details 
MModdulle 22: BBolltts
Objective and Scope Met
TThhiiss sseeccttiioonn ooff tthhee mmoodduullee ccoovveerrss::
• Moddulle 1: Welldds
– Introduction of Fasteners
– Introduction 
– Faillure moddes off bbolltedd shhear connections
– Basics of welding
– LRFD ‐ Fasteners
– Fillet weld
– LRFD of slip‐critical connections
– LRFD of welded connections
– Eccentric shear in bolts
– EEcccceennttrriicc sshheeaarr iinn wweellddss
– Fasteners in combined shear and tension
– DDeessiiggnn aanndd EErreeccttiioonn CCoonncceerrnnss
– Prequalified bolts
BMA Engineering, Inc. –6000 29 BMA Engineering, Inc. –6000 30
BBoolltteedd CCoonnnneeccttiioonnss RRiivveetteedd CCoonnnneeccttiioonnss
BMA Engineering, Inc. –6000 31 BMA Engineering, Inc. –6000 32
Propperties of Structural Bolts
PPiinnnneedd CCoonnnneeccttiioonnss
MMIINNIIMMUUMM
MINIMUM
YIELD
TENSILE
ASTM DESIGNATION BOLT DIAMETER, in. STRENGTH,
SSTTRREENNGGTTHH,,
ksi, 0.2%
ksi
OFFSET
AA330077, llow-carbbon stteell 11//44 tto 44 6600 _
High-strength
SSttrruuccttuurraall bboollttss::
A325, medium-carbon 1/2 to 1 120 92
sstteeeell 11-11//88 tto 11-11//22 110055 8811
A490, alloy steel 1/2 to 1-1/2 150 130
BMA Engineering, Inc. –6000 33 BMA Engineering, Inc. –6000 34
UUnnffiinniisshheedd BBoollttss ((AA330077)) HHiigghh‐SSttrreennggtthh BBoollttss ((AA332255))
• Made from low‐carbon steel • Most commonly used high‐strength bolt
• Minimum tensile strength of 60 ksi • Made of heat‐treated medium‐carbon steel
• Least expensive • Tensile strength decreases as the diameter
•• MMoorree aarree rreeqquuiirreedd iinn aa ppaarrttiiccuullaarr ccoonnnneeccttiioonn iinnccrreeaasseess
• Used in light structures • Available in Types 1, 2, and 3
• Manufactured in grades A and B
• Induced tension is relatively small and
unpredictable
BMA Engineering, Inc. –6000 35 BMA Engineering, Inc. –6000 36
High‐Strength Bolts 
HHiigghh‐SSttrreennggtthh BBoollttss ((AA449900))
(A325) and (A490)
•Made of heat‐treated alloy steel • 3//4 in. and 7//8 in. Most common
diameters in building construction
iinn oonnee tteennssiillee‐ssttrreennggtthh ggrraaddee
• Used for anchor bolts and threaded
rods
•AAvaiillabblle iin TTypes 11, 22, andd 33 
• Tightened to develop large tensions
• Sufficient ppre‐tension force reqquired
• Installed with initial tension 70% of
ssppeecciiffiieedd mmiinniimmuumm tteennssiillee ssttrreennggtthh 
BMA Engineering, Inc. –6000 37 BMA Engineering, Inc. –6000 38
CCoonnnneeccttiioonn TTyyppeess IInnttrroodduuccttiioonn ooff FFaasstteenneerrss
•Friction type:  where high‐slip • TTwo conddiitiions off bbollt iinstallllatiion are usedd wiithh hhiighh‐strengthh 
bolts
rreessiissttaannccee iiss ddeessiirreedd – SSnnuugg‐ttiigghhtt((pprroodduucciinngg aa bbeeaarriinnggccoonnnneeccttiioonn))
• Few impacts of an impact wrench
•Bearingg tyyppe:  where higgh‐slipp • Full effort of a worker with an ordinary spud wrench
– TTensiionedd((prodduciing a slliip‐criitiicallconnectiion))
resistance is unnecessary • Turn‐of‐nut method: specified number of rotations of the nut from snug 
tight (nut rotations correlated to bolt elongation)
• Calibrated wrench tightening
• Alternate design bolts: specially design bolts whose tops twist off when 
the ppropper tension has been achieved
• Direct tension indicators: compress washer (under bolt head or nut) 
with protrusions to a gap that is correlated to bolt tension
Ref: AISC LRFD p.16.4-46 thru -52
BMA Engineering, Inc. –6000 39 BMA Engineering, Inc. –6000 40