Modelado de la conexión de la placa base
1) En la pestaña Principal, asigna la nueva junta de acero al nodo relevante. Revisa la 'Configuración de resistencia' para confirmar que los ajustes predeterminados son apropiados, haciendo los ajustes necesarios (Imagen 01).
2) En la pestaña Componentes, selecciona 'Insertar componente al inicio' y elige 'Placa base' (Imagen 02).
3) Bajo 'Configuración del componente', especifica los materiales, dimensiones y colocaciones para la placa base, bloque de concreto, mortero, anclajes y soldaduras (Imagen 03).
El mortero se modela usando enlaces rígidos en el submodelo, lo que modifica la geometría de la junta y posteriormente afecta las fuerzas internas (Imagen 04).
También se ofrecen opciones para considerar el concreto agrietado. Por defecto, ACI asume que existen grietas. Si se puede demostrar que el concreto no se agrieta, desmarcar esta opción proporciona mayores valores de ruptura por tracción, deslizamiento por tracción y ruptura por cortante para los anclajes. La transferencia de cortante a través de anclajes, lengüetas de cortante y fricción también están disponibles. Se proporciona información adicional en el siguiente artículo.
Verificaciones de diseño según AISC 360 y ACI 318
Las fuerzas en los pernos de anclaje se basan en un análisis de elementos finitos (FEA), que tiene en cuenta las rigideces de los elementos de conexión (pernos de anclaje, placas base, bloque de concreto, etc.). La acción de palanca puede ocurrir cuando la flexibilidad de la placa base causa deformación que aumenta la tensión en los pernos de anclaje. Estas fuerzas de palanca también se consideran en el cálculo FEA.
Se proporcionan las siguientes verificaciones de diseño para pernos de anclaje empotrados:
- Resistencia de soporte de la placa base en los agujeros de los pernos, ϕbRnb
- Resistencia a la tracción del acero del anclaje, ϕatNsa
- Resistencia a la ruptura por tracción del concreto, ϕcbtNcbg
- Resistencia al cortante del acero del anclaje, ϕavVsa
- Resistencia a la ruptura por cortante del concreto, ϕcbvVcbg
- Resistencia al cortante por desprendimiento del concreto, ϕcpvVcpg
Las siguientes verificaciones de diseño se añadirán en el futuro:
- Resistencia a la ruptura por tracción del concreto para anclajes con 11 in ≤ hef ≤ 25 in
- Resistencia al deslizamiento por tracción
- Resistencia al estallido de la cara lateral del concreto
Otras verificaciones de diseño, incluidas la resistencia a la compresión por soporte del concreto, la resistencia de la soldadura y la deformación plástica de las placas base y los miembros también se proporcionan.
Ejemplo
Se presenta el Ejemplo 4.7-11 de la Guía de Diseño 1 de AISC para verificar los resultados del modelo RFEM. En este ejemplo se diseña una conexión de placa base para una columna W12x96 sujeta a compresión y momento. La columna está unida a una base de concreto con una resistencia a la compresión especificada, ƒ'c = 4,000 psi. La placa base tiene un grosor de 2.0 in con un grosor de mortero asumido de 1.0 in. La longitud efectiva de embebido, hef, es igual a 18.0 in. Las cargas y propiedades del material se muestran en la Imagen 05.
En el ejemplo, las dimensiones reales del concreto no se dan, y se asume que hay un área suficiente para que se formen conos de ruptura debido a la tensión de los pernos de anclaje con respecto a la distancia al borde. Para satisfacer esta suposición, se usan dimensiones del bloque de concreto iguales a 1.5hef + espaciado de los pernos + 1.5hef (66.0 in x 72.5 in). La entrada completa para la junta de acero se muestra arriba en la Imagen 03.
Resultados
Después de ejecutar el cálculo de la junta de acero, el resultado para cada componente se presenta en la pestaña de Razones de Diseño por Componente. A continuación, selecciona Ancla 1,1 para ver los detalles de verificación de diseño (Imagen 06).
Los detalles de verificación de diseño proporcionan todas las fórmulas y referencias a los estándares AISC 360 y ACI 318 (Imagen 07). También se proporciona una nota sobre verificaciones de diseño excluidas para aclaraciones. A continuación, selecciona 'Resultados en Junta de Acero' para ver las fuerzas internas de los anclajes gráficamente (Imagen 08).
Los resultados de AISC y Juntas de Acero se resumen a continuación, incluidas las razones de las discrepancias.
Anclajes
Concreto (resistencia de soporte)
El esfuerzo de soporte de 2.21 ksi se toma del Ejemplo 4.7-10 con la suposición A1 = A2, proporcionando la resistencia más baja posible. El área de la placa base se calcula como 22 in × 24 in = 528 in2, dando una resistencia a la compresión por soporte del concreto, ϕPp = 2.2 ksi × 528 in2 = 1166.9 kips, asumiendo que toda el área de la placa base resiste la compresión.
En el complemento de Juntas de Acero, ϕPp es 885.7 kips. Aquí se asume que A2 >> A1 para satisfacer la resistencia a la ruptura por tracción. Además, el área efectiva de la placa base en compresión = 200.438 in2 se basa en el FEA con un umbral de esfuerzo de contacto establecido en 5% en la Configuración de Resistencia. Reducir este umbral (a tan solo 1%) aumenta el área efectiva.
Placa Base
El diseño del grosor de la placa base está gobernado ya sea por la interfaz de soporte o de tracción. Según los cálculos de AISC, el grosor requerido basado en el soporte es de 1.92 in (redondeado a 2.0 in), el cual controla el diseño, mientras que el grosor por tracción se calcula como 0.755 in.
En el complemento de Juntas de Acero, el diseño de la placa se realiza usando análisis plástico comparando la deformación plástica real con el límite permisible del 5% especificado en la Configuración de Resistencia. La placa base de 2.0 in de grosor tiene una deformación plástica equivalente máxima de 0.09%, indicando que una placa más delgada puede ser suficiente. Sin embargo, reducir el grosor de la placa puede incrementar las fuerzas de tracción en los anclajes.
En la mayoría de los casos, el complemento de Juntas de Acero resulta en una placa base significativamente más delgada porque considera la flexibilidad de la placa base, a diferencia del enfoque de la Guía de Diseño 1 de AISC, Capítulo 4.3.1, que asume una placa base rígida.
La Guía de Diseño 1 de AISC, Apéndice B.3 [3] explica cómo al considerar la flexibilidad de la placa base se puede reducir significativamente el grosor requerido. El estado límite de fluencia de la placa corresponde a la flexión ascendente de la placa base en las ubicaciones asumidas de las líneas de fluencia bajo la presión de soporte ascendente. Esta presión, a su vez, se asume constante, lo cual sugiere implícitamente que la placa base es rígida. Sin embargo, para placas base más grandes con una gran huella, esta suposición puede llevar a momentos excesivamente grandes en las líneas de fluencia, resultando en placas base excesivamente gruesas. Esta es una suposición conservadora porque una placa base grande también es flexible, de manera que los esfuerzos de soporte se concentran bajo las alas y almas de la columna. En realidad, este tipo de distribución de esfuerzos resulta en momentos significativamente menores en la placa base, reduciendo el grosor requerido.
Conclusión
El complemento de Juntas de Acero en RFEM 6 ofrece un enfoque avanzado para el diseño de la placa base considerando la flexibilidad de la placa base y las acciones de palanca que pueden ocurrir. En comparación con los métodos tradicionales descritos en la Guía de Diseño 1 de AISC, este enfoque a menudo resulta en diseños optimizados con placas base más delgadas. Comparando los resultados con el ejemplo de AISC, el complemento demuestra su capacidad para proporcionar soluciones precisas y económicas para conexiones de placas base.