Project 1 - Design a simple double cleat angle shear connection
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Project 1- Challenge
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| Part 1: |
Considering 4.6 Grade Bolts in double shear
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Given Data
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For Fe410(E250) Grade of Steel ,
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Ultimate strength (fu)
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= | 410 | Mpa | ||||||||||||||||||||||||||||||
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The yield strength (fy )
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= | 250 | Mpa | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Bolts | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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Grade of Bolts
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= | 4.6 | Grade | ||||||||||||||||||||||||||||||
| fub | = | 400 | MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Assuiming dia. Of bolt
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= | 16 | mm | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Stress area, Anb
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= | 202 | mm2 |
Anb = 0.78x Asb
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ssd | ||||||||||||||||||||||||||||
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Minimum pitch, p = 2.5x dia.
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= | 40 | mm | ~ | 40 | mm | (Say) | ||||||||||||||||||||||||||
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Edge Distance, e
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= | 44 | mm | ~ | 45 | mm | (Say) | ||||||||||||||||||||||||||
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Diameter of bolt hole, do
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= | 18 | mm | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Considering angle section of L 80x80x8
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Thickness of Connecting Angle
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= | 10 | mm | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Shear Strength of Bolt
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Double Shear case
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Since the gusset is connected on angle section on eiter side of gusset plate , the shear force on bolts acts on a double
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plane on the bolts. Therefore it’s a double shear case
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Shear Strength of Bolt
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Design Shear strength of bolt is given by
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Vnsb= Nominal shear capacity of boly
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fub = Ultimate tensile stress of the bolt
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nn = Number of shearing planes with threads within the shear plane
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ns= Number of shear planes without threads intercepting the shear plane
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Asb = Nominal shank area
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Anb= Net tensile stress area of the bolt in each shear plane
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γmb= Partial safety factor for bolt material
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= | 1.25 | |||||||||||||||||||||||||||||||
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Assuming the shear plane of the bolt lies in the shank of the bolt (i.e the threads excluded from the shear plane)
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Refer sketch below:
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| fub = | 800 | MPa | |||||||||||||||||||||||||||||||
| nn = | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ns= | 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Asb = | 157.8 | mm2 |
(Anb = 0.78x Asb)
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| Anb= | 201.1 | mm2 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| γmb= | 1.25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Vdsb= | 132613.4 | N | = | 132.6 | kN | ||||||||||||||||||||||||||||
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Bearing Strength of Bolt
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kb is small of following :
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| 1 | e/3do = | 0.815 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 |
p/3do - 0.25 =
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0.741 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | fub / fu = | 1.640 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | 1 | 1.000 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| kb = | 0.741 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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fub = Ultimate tensile stress of the bolt
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fu = Ultimate tensile strength of plate
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t = Aggregate thickness of connected plates
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| Vđť‘‘đť‘ťđť‘Ź= | 97185.18519 | N | = | 97.2 | kN | ||||||||||||||||||||||||||||
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Strength of bolt is the lower value of shear strength and bearing strength of bolt
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Therefore, Strength of bolt,
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| Vs = | 97.2 | kN | |||||||||||||||||||||||||||||||
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Reaction from secondary beam =
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150 | kN | |||||||||||||||||||||||||||||||
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No. of Bolts required
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= | 1.5 | Nos | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Providing 2 Nos of bolts of 16mm dia.
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ISMB 400 Main Beam
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ISMB200 Beam
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| 40 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| 45 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| 40 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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Total Length of angle cleat =
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125 | mm | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Part 2: |
Considering 4.6 Grade Bolts in single shear
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Given Data
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For Fe410(E250) Grade of Steel ,
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Ultimate strength (fu)
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= | 410 | Mpa | ||||||||||||||||||||||||||||||
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The yield strength (fy )
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= | 250 | Mpa | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Bolts | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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Grade of Bolts
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= | 4.6 | Grade | ||||||||||||||||||||||||||||||
| fub | = | 400 | MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Assuiming dia. Of bolt
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= | 16 | mm | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Stress area, Anb
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= | 202 | mm2 |
Anb = 0.78x Asb
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ssd | ||||||||||||||||||||||||||||
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Minimum pitch, p = 2.5x dia.
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= | 40 | mm | ~ | 40 | mm | (Say) | ||||||||||||||||||||||||||
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Edge Distance, e
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= | 44 | mm | ~ | 45 | mm | (Say) | ||||||||||||||||||||||||||
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Diameter of bolt hole, do
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= | 18 | mm | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Considering angle section of L 80x80x8
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Thickness of Connecting Angle
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= | 10 | mm | ||||||||||||||||||||||||||||||
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Shear Strength of Bolt
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Single Shear case
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Since the gusset is connected on angle section on only one side of gusset plate , the shear force on bolts acts on a single
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plane on the bolts. Therefore it’s a single shear case
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Shear Strength of Bolt
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Design Shear strength of bolt is given by
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Vnsb= Nominal shear capacity of boly
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fub = Ultimate tensile stress of the bolt
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nn = Number of shearing planes with threads within the shear plane
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ns= Number of shear planes without threads intercepting the shear plane
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Asb = Nominal shank area
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Anb= Net tensile stress area of the bolt in each shear plane
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γmb= Partial safety factor for bolt material
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= | 1.25 | |||||||||||||||||||||||||||||||
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Assuming the shear plane of the bolt lies in the shank of the bolt (i.e the threads excluded from the shear plane)
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Refer sketch below:
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