Posouzení základové desky podle AISC v programu RFEM 6

Modelování přípoje základové desky

1) V záložce Hlavní přiřaďte nový ocelový přípoj ke příslušnému uzlu. Zkontrolujte „Konfiguraci pevnosti“ a ujistěte se, že výchozí nastavení je vhodné, případně proveďte potřebné úpravy (Obrázek 01).

1 Vytvoření nového ocelového přípoje

2) V záložce Komponenty vyberte „Vložit komponentu na začátek“ a zvolte „Základová deska“ (Obrázek 02).

2 Vložení komponenty základové desky

3) V části „Nastavení komponenty“ specifikujte materiály, rozměry a umístění pro základovou desku, betonový blok, mazaninu, kotvy a svary (Obrázek 03).

3 Úprava nastavení komponent

Mazanina je v submodelu modelována pomocí tuhých spojení, což modifikuje geometrii spoje a následně ovlivňuje vnitřní síly (Obrázek 04).

4 Malta v dílčím modelu

Dostupné jsou také možnosti zohlednění praskání betonu. Podle výchozího nastavení ACI se předpokládá, že praskání existuje. Pokud lze prokázat, že beton nepraská, odznačením této možnosti se poskytují vyšší pevnosti v tahu při výtržku, vytržení a smyku pro kotvy. Také je k dispozici přenos smyku skrz kotvy, smykové čepy a tření. Další informace naleznete v následujícím článku.

• AISC návrh spojení patky ve stavu tahu a smyku v programu RFEM 6

Kontroly návrhu podle AISC 360 a ACI 318

Síly v kotvících tyčích jsou založeny na analýze konečných prvků (FEA), která bere v úvahu tuhosti spojovacích prvků (kotvy, základové desky, betonový blok atd.). Případná "posuvná" akce může nastat, když přizpůsobivost základové desky způsobí deformaci, která zvyšuje napětí v kotevních tyčích. Tyto síly jsou také zohledněny při výpočtu FEA.

Jsou poskytovány následující kontroly návrhu pro zapuštěné kotvící tyče:

• Odolnost základové desky v tlaku v otvoru šroubů, ϕ_bR_nb
• Pevnost kotvy v tahu, ϕ_atN_sa
• Pevnost v přetržení betonu v tahu, ϕ_cbtN_cbg
• Pevnost kotvy ve smyku, ϕ_avV_sa
• Pevnost betonu ve smyku v přetržení, ϕ_cbvV_cbg
• Pevnost betonu ve smyku při "vylupování", ϕ_cpvV_cpg

Následující kontroly návrhu budou přidány v budoucnu:

• Pevnost v přetržení betonu v tahu pro kotvy s 11 in ≤ h_ef ≤ 25 in
• Pevnost při vytržení
• Odolnost betonu proti výtržné síle po straně

Jsou poskytovány také další kontroly návrhu, včetně odolnosti betonu v tlaku, odolnosti svárů a plastické deformace základových desek a členů.

Příklad

Příklad 4.7-11 z AISC Design Guide 1 je představen pro ověření výsledků z modelu RFEM. V tomto příkladu je navrženo spojení základové desky pro sloup W12x96 vystavený tlaku a momentu. Sloup je připevněn k betonovému základu se specifikovanou pevností v tlaku, ƒ'_c = 4000 psi. Základová deska má tloušťku 2.0 in s předpokládanou tloušťkou mazaniny 1.0 in. Efektivní délka zapuštění, h_ef, je rovna 18.0 in. Zatížení a materiálové vlastnosti jsou zobrazeny na Obrázku 05.

V příkladu nejsou uvedeny skutečné rozměrové rozsahy betonu a předpokládá se, že je dostatečná plocha pro vytvoření kuželů rozpětí kotevní tyče s ohledem na vzdálenost od okraje. K uspokojení tohoto předpokladu jsou použity rozměry betonového bloku rovné 1.5h_ef + rozteč tyčí +1.5h_ef (66.0 in x 72.5 in). Kompletní vstupy pro Ocelový přípoj jsou zobrazeny výše na Obrázku 03.

5 Příklad AISC DG1

Výsledky

Po spuštění výpočtu Ocelového přípoje je výsledek pro každou komponentu prezentován v záložce Návrhové poměry podle komponenty. Dále vyberte Kotvu 1,1 pro zobrazení podrobností kontroly návrhu (Obrázek 06).

6 Využití podle součástí

Podrobnosti kontroly návrhu poskytují všechny vzorce a odkazy na standardy AISC 360 a ACI 318 (Obrázek 07). Je také uvedena poznámka k vyloučeným kontrolám návrhu pro upřesnění. Dále vyberte "Výsledky v Ocelovém přípoji" pro grafické zobrazení vnitřních sil kotev (Obrázek 08).

7 Detaily posouzení ukotvení

8 Výsledky v ocelových přípoji

Výsledky z AISC a Ocelových přípojů jsou shrnuty níže, včetně důvodů nesrovnalostí.

Kotvy

9 Porovnání posouzení pro kotvy

Beton (Pevnost v tlaku)

Tlakové napětí 2.21 ksi je převzato z Příkladu 4.7-10 s předpokladem A₁ = A₂, poskytující nejnižší možnou pevnost. Plocha základové desky se vypočítá jako 22 in × 24 in = 528 in², což dává odolnost betonové plošné podpory v tlaku, ϕP_p =2.2 ksi × 528 in² = 1166.9 kips, za předpokladu, že celá plocha základové desky odolává tlaku.

V doplňku Ocelový přípoj je ϕP_p 885.7 kips. Zde se předpokládá, že A₂ >> A₁ pro splnění pevnosti v přetržení v tahu. Kromě toho je efektivní plocha základové desky v tlaku = 200.438 in² zjistěna na základě FEA s kontaktním napětím nastaveným na práh 5 % v Konfiguraci pevnosti. Snížení tohoto prahu (až na 1 %) zvyšuje efektivní plochu.

10 Detaily posouzení betonového bloku

Základová deska

Návrh tloušťky základové desky je řízen buď rozhraním v tlaku nebo v tahu. Podle výpočtů AISC je požadovaná tloušťka na základě tlaku 1.92 in (zaokrouhleno na 2.0 in), což ovládá návrh, zatímco tloušťka z tahu je vypočítána jako 0.755 in.

Ve doplňku Ocelové přípoje je návrh desky prováděn pomocí plastické analýzy porovnáním skutečné plastické deformace s přípustným limitem 5 % stanoveným v Konfiguraci pevnosti. 2.0-in-tlustá základová deska má maximální ekvivalentní plastickou deformaci 0.09 %, což naznačuje, že by mohla stačit tenčí deska. Nicméně, snížení tloušťky desky může zvýšit napětí v kotevních tyčích.

Ve většině případů doplněk Ocelové přípoje výsledkuje v podstatně tenčí základové desce, protože bere v úvahu pružnost základové desky, na rozdíl od přístupu v AISC Design Guide 1, Kapitola 4.3.1, který předpokládá tuhou základovou desku.

AISC Design Guide 1 Příloha B.3 [3] vysvětluje, jak zohlednění pružnosti základové desky může podstatně snížit požadovanou tloušťku. Stav deformace desky odpovídá ohybu základové desky nahoru na předpokládaných místech linií výtěžnosti pod vzestupným tlakem. Tento tlak je zase předpokládán jako konstantní, což implicitně naznačuje, že základová deska je tuhá. Nicméně, pro větší základové desky s velkou stopou může tento předpoklad vést k přehnaně velkým momentům na liniích výtěžnosti, což vede k nadměrně silným základovým deskám. Toto je konzervativní předpoklad, protože velká základová deska je také pružná, takže tlakové napětí se koncentruje pod přírubami a pásnicemi sloupů. Ve skutečnosti tento typ rozložení napětí vede k podstatně nižším momentům v základové desce, což snižuje požadovanou tloušťku.

Závěr

Doplněk Ocelové přípoje v RFEM 6 nabízí pokročilý přístup k návrhu základových desek tím, že zohledňuje pružnost základové desky a případné "zvedací" akce. Ve srovnání s tradičními metodami, popsanými v AISC Design Guide 1, tento přístup často vede k optimalizovaným návrhům s tenčími základovými deskami. Porovnáním výsledků s příkladem AISC, doplněk demonstruje svou schopnost poskytovat přesná a ekonomická řešení pro spoje základových desek.