Die Gestaltung von Basisverbindungen gemäß AISC 360 [1] und ACI 318 [2] kann mit dem Steel Joints Add-on durchgeführt werden. Der unten angegebene vorherige Wissensdatenbankartikel bietet den Modellierungsworkflow, eine Liste der anwendbaren Nachweise und ein Bemessungsbeispiel für eine Basisplattenverbindung, die "Druck und Moment" ausgesetzt ist.
In diesem Artikel wird ein Basisverbindungsentwurf vorgestellt, der Zug und Scherung ausgesetzt ist. Beispiel 4.7-7 des AISC Design Guide 1 [3] wird verwendet, um die Ergebnisse aus dem RFEM-Modell zu überprüfen.
Scherübertragung
Wie wird bei einer freiliegenden Basisverbindung die Scherlast von der Säule in den Beton übertragen? Gemäß AISC Design Guide 1 [3] gibt es drei Möglichkeiten, Scherkräfte von der Säule und/oder der Knotenblech in den Beton zu übertragen:
1) Durch Reibung, wenn Druck vorhanden ist, wie in Beispiel 4.7-8 von DG 1 gezeigt.
- Die Drucklast erzeugt Reibung zwischen der Basisplatte und der Fugen-/Betonoberfläche, die verwendet werden kann, um Scherung in den Beton zu übertragen. Diese Druckkraft wird als Klemmlast betrachtet, die eine Scherfestigkeit in der senkrechten Richtung erzeugt. Die Scherfestigkeit aufgrund von Reibung kann in Übereinstimmung mit AISC DG 1 Gleichung 4-30 berechnet werden.
- In RFEM wird der Betonblock mit einer Flächenunterstützung dargestellt, die im Teilmodell betrachtet werden kann. Das Aktivieren der Option "Reibung berücksichtigen" aktiviert Reibung innerhalb der Flächenunterstützung und ermöglicht es, einen Teil der Scherkraft zu übertragen (Bild 1). Die verbleibende Scherkraft wird von Ankerstäben oder Scherdübeln getragen. Eine Nachweisprüfung zur Begrenzung der Bemessungs-Scherfestigkeit gemäß Gleichung 4-30 wird in RFEM nicht durchgeführt.
2) Durch Scherdübel, wie in den Beispielen 4.7-4 und 4.7-5 von DG 1 gezeigt.
3) Durch Scherung in den Ankerstäben. Die folgenden Konstruktionsmethoden stehen zur Verfügung:
- Ankerstäbe allein mit übergroßen Löchern (ungleichmäßige Scherverteilung).
- Plattenunterlegscheiben mit Standardlöchern sind an der Oberseite der Basisplatte verschweißt, um eine gleichmäßige Scherübertragung sicherzustellen, wie in Beispiel 4.7-6 von DG 1 gezeigt. Diese Konfiguration ermöglicht signifikantes Biegemoment in den Ankerstäben, welches derzeit in RFEM nicht berücksichtigt wird. Zukünftige Updates werden Prüfungen für Ankerstabbiegung beinhalten.
- Eine Einstellplatte mit Standardlöchern, die vor Ort an die Unterseite der Basisplatte geschweißt wird, um eine gleichmäßige Scherverteilung auf alle Ankerstäbe zu gewährleisten. Eine Einstellplatte verhindert Biegung in den Ankerstäben, was die in RFEM angenommene Bedingung ist.
Beispiel
Beispiel 4.7-7 aus dem AISC Design Guide 1 wird verwendet, um die Ergebnisse des RFEM-Modells zu validieren. Eine Basisplattenverbindung für eine W21x83-Säule, die Zug- und Scherkräften ausgesetzt ist, wird in diesem Beispiel entworfen. Die Säule ist an ein Betonfundament mit einer angegebenen Druckfestigkeit von ƒ'c = 5.000 psi befestigt. Die tatsächlichen Abmessungen des Betons sind nicht angegeben, und es wird davon ausgegangen, dass die Basisplatte nicht in der Nähe von Betonrändern befindet. Um diese Annahme widerzuspiegeln, wird ein großer Betonblock mit den Maßen 175 in × 175 in × 100 in modelliert.
Die Scherübertragung im Beispiel erfolgt durch eine geschweißte Einstellplatte (nicht modelliert), die Biegung in den Ankerstäben verhindert. Das Zugband und die Verbindung sind im Modell enthalten, um das reale Verhalten der Verbindung besser darzustellen. Die Basisplatte ist 1.75 in dick mit einer angenommenen Mörteldicke von 1.0 in. Die effektive Einbindungslänge, hef, beträgt 24.0 in. Lasten und Materialeigenschaften sind in Bild 3 dargestellt.
Ergebnisse
Nach dem Ausführen der Berechnung in Steel Joints wird das Ergebnis für jede Komponente im Reiter "Bemessungsverhältnisse nach Komponente" präsentiert. Die relevanten Nachweise werden skizziert. Wählen Sie anschließend Anker 1.2 aus, um die Details der Nachweisprüfung zu sehen (Bild 4).
Die Details der Nachweisprüfung enthalten alle Formeln und Verweise auf AISC 360 und ACI 318 Standards (Bild 5). Eine Notiz über ausgeschlossene Nachweise wird ebenfalls zur Klarstellung gegeben.
Die Ergebnisse aus AISC und Steel Joints sind unten zusammengefasst, einschließlich der Gründe für Abweichungen.
Anker
Basisplatte
In diesem Beispiel wird das Design der Basisplattendicke durch Zug in den Ankerstäben bestimmt. Laut AISC-Berechnungen ist die verfügbare Biegfestigkeit (207 kip-in) viel größer als die erforderliche Biegfestigkeit (51.9 kip-in). Dies deutet darauf hin, dass die Dicke der 1.75-in Basisplatte reduziert werden kann.
In Steel Joints erfolgt die Plattenbemessung mittels plastischer Analyse, indem die tatsächliche plastische Verformung mit der zulässigen Grenze von 5 % verglichen wird, die in der Festigkeitskonfiguration angegeben ist. Die 1.75-in dicke Basisplatte hat eine äquivalente plastische Verformung von 0.00 %, was darauf hinweist, dass eine dünnere Platte verwendet werden kann. Allerdings könnte die Verringerung der Plattendicke die Zugkräfte in den Ankern erhöhen.
Fazit
Im Steel Joints Add-on wird angenommen, dass die Scherübertragung durch Ankerstäbe durch die Verwendung einer Einstellplatte gleichmäßig verteilt wird, was die Biegung in den Ankerstäben eliminiert. Während die Biegung der Ankerstäbe derzeit nicht berücksichtigt wird, ist dies für eine zukünftige Version geplant.
Dieser Artikel bestätigt, dass die Ergebnisse aus dem Steel Joints Add-on mit denen des AISC Design Guide 1 Beispiels übereinstimmen und die Genauigkeit des RFEM-Modells für die Basisverbindungsbemessung unter Zug- und Scherbelastung validieren.
