El diseño de conexiones base según AISC 360 [1] y ACI 318 [2] se puede ejecutar con el complemento Steel Joints. El artículo anterior de la base de conocimientos que se proporciona a continuación ofrece el flujo de trabajo de modelado, una lista de verificaciones de diseño aplicables y un ejemplo de diseño de una conexión de placa base sometida a "compresión y momento".
En este artículo, se presenta un diseño de conexión base sometida a tracción y corte. Se utiliza el Ejemplo 4.7-7 de la Guía de Diseño 1 de AISC [3] para verificar los resultados del modelo RFEM.
Transferencia de Corte
Para una conexión base expuesta, ¿cómo se transfiere la carga cortante desde la columna al concreto? Según la Guía de Diseño 1 de AISC [3], hay tres maneras de transferir el corte desde la columna y/o la placa gusset al concreto:
1) A través de la fricción cuando hay compresión presente, como se muestra en el Ejemplo 4.7-8 de la DG 1.
- La carga de compresión genera fricción entre la placa base y la superficie del grout/concreto que se puede usar para transferir el corte al concreto. Esta compresión se considera una fuerza de sujeción que genera una resistencia al corte en la dirección perpendicular. La resistencia al corte debido a la fricción se puede calcular de acuerdo con la Ecuación 4-30 de la DG 1 de AISC.
- En RFEM, el bloque de concreto se representa con un apoyo superficial que se puede ver en el submodelo. Activando la opción "Considerar fricción" se activa la fricción dentro del apoyo superficial, permitiendo que transfiera una porción de la fuerza cortante (Imagen 1). La fuerza cortante restante es llevada por varillas de anclaje o salientes de corte. No se realiza una verificación de diseño para limitar la resistencia al corte de acuerdo con la Ecuación 4-30 en RFEM.
2) Usando salientes de corte, como se muestra en los Ejemplos 4.7-4 y 4.7-5 de la DG 1.
3) A través del corte en las varillas de anclaje. Los siguientes métodos de construcción están disponibles:
- Varillas de anclaje solas con agujeros sobredimensionados (distribución de corte desigual).
- Placas de arandelas con agujeros estándar están soldados encima de la placa base para asegurar una transferencia de corte igual, como se muestra en el Ejemplo 4.7-6 de la DG 1. Esta configuración permite una flexión significativa en las varillas de anclaje, lo cual no se considera actualmente en RFEM. Futuras actualizaciones incluirán verificaciones para la flexión de las varillas de anclaje.
- Una placa ajustable con agujeros estándar soldada en campo en la parte inferior de la placa base para una distribución igual del corte a todas las varillas de anclaje. Una placa ajustable previene la flexión en las varillas de anclaje, que es la condición asumida en RFEM.
Ejemplo
Se utiliza el Ejemplo 4.7-7 de la Guía de Diseño 1 de AISC para validar los resultados del modelo RFEM. En este ejemplo, se diseña una conexión de placa base para una columna W21x83 sometida a tracción y corte. La columna está unida a una base de concreto con una resistencia a compresión especificada, ƒ'c = 5,000 psi. Las dimensiones reales del concreto no se dan, y se asume que la placa base no está ubicada cerca de ningún borde de concreto. Para reflejar esto, se modela un bloque de concreto grande con un tamaño de 175 in × 175 in × 100 in.
En el ejemplo, se asume que la transferencia de corte ocurre a través de una placa ajustable soldada (no modelada), que previene la flexión en las varillas de anclaje. El miembro de refuerzo y la conexión se incluyen en el modelo para representar mejor el comportamiento realista del conjunto. La placa base tiene un grosor de 1.75 in con un espesor asumido de grout de 1.0 in. La longitud de embebido efectiva, hef, es igual a 24.0 in. Las cargas y propiedades del material se muestran en la Imagen 3.
Resultados
Después de ejecutar el cálculo de Steel Joints, el resultado para cada componente se presenta en la pestaña "Relaciones de Diseño por Componente". Se describen las verificaciones relevantes. A continuación, seleccione Anclaje 1.2 para ver los detalles de verificación de diseño (Imagen 4).
Los detalles de verificación de diseño proporcionan todas las fórmulas y referencias a las normas AISC 360 y ACI 318 (Imagen 5). También se proporciona una nota sobre las verificaciones de diseño excluidas para aclaración.
Los resultados de AISC y Steel Joints se resumen a continuación, incluidos los motivos de las discrepancias.
Anclajes
Placa Base
En este ejemplo, el diseño del grosor de la placa base está gobernado por la tracción en las varillas de anclaje. Según los cálculos de AISC, la resistencia a flexión disponible (207 kip-in) es mucho mayor que la requerida (51.9 kip-in). Esto sugiere que el grosor de la placa base de 1.75 in se puede reducir.
En Steel Joints, el diseño de la placa se realiza mediante un análisis plástico comparando la deformación plástica real con el límite permitido del 5% especificado en la Configuración de Resistencia. La placa base de 1.75 in de grosor tiene una deformación plástica equivalente de 0.00%, indicando que se puede usar una placa más delgada. Sin embargo, reducir el grosor de la placa puede incrementar las fuerzas de tracción en los anclajes.
Conclusión
En el complemento Steel Joints, se asume que la transferencia de corte a través de las varillas de anclaje se distribuye de manera equitativa mediante el uso de una placa ajustable, lo cual elimina la flexión en las varillas de anclaje. Aunque actualmente no se considera la flexión de las varillas de anclaje, está planeado para una futura actualización.
Este artículo confirma que los resultados del complemento Steel Joints son consistentes con los del ejemplo de la Guía de Diseño 1 de AISC, validando la precisión del modelo RFEM para el diseño de conexiones base bajo tracción y corte.
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