El diseño de conexiones de base según AISC 360 [1] y ACI 318 [2] puede ejecutarse con el complemento Steel Joints. El artículo de base de conocimientos anterior proporciona el flujo de trabajo de modelado, una lista de verificaciones de diseño aplicables y un ejemplo de diseño de una conexión de placa base sujeta a "compresión y momento".
En este artículo, se presenta un diseño de conexión de base sujeto a tracción y corte. Se utiliza el Ejemplo 4.7-7 de la Guía de Diseño AISC 1 [3] para verificar los resultados del modelo RFEM.
Transferencia de Corte
Para una conexión de base expuesta, ¿cómo se transfiere la carga de corte desde la columna al concreto? Según la Guía de Diseño AISC 1 [3], hay tres maneras de transferir el corte desde la columna y/o la placa de refuerzo al concreto:
1) A través de fricción cuando hay compresión, como se muestra en el Ejemplo 4.7-8 de DG 1.
- La carga de compresión genera fricción entre la placa base y la superficie de lechada/concreto que puede utilizarse para transferir corte al concreto. Esta compresión se considera una fuerza de sujeción que genera una resistencia al corte en dirección perpendicular. La resistencia al corte debido a la fricción puede calcularse de acuerdo con la Ecuación 4-30 del DG AISC 1.
- En RFEM, el bloque de concreto se representa con un soporte de superficie que puede visualizarse en el submodelo. Al habilitar la opción 'Considerar fricción', se activa la fricción dentro del soporte de superficie, permitiendo que transfiera una parte de la fuerza de corte (Imagen 1). La fuerza de corte restante es llevada por barras de anclaje o garras de corte. No se realiza una verificación de diseño para limitar la resistencia al corte de diseño según la Ecuación 4-30 en RFEM.
2) Usando garras de corte, como se muestra en los Ejemplos 4.7-4 y 4.7-5 de DG 1.
3) A través de corte en las barras de anclaje. Los siguientes métodos de construcción están disponibles:
- Barras de anclaje solas con agujeros de gran tamaño (distribución desigual de corte).
- Arandelas de placa con agujeros estándar están soldadas a la parte superior de la placa base para asegurar una transferencia de corte igual, como se muestra en el Ejemplo 4.7-6 de DG 1. Esta configuración permite una flexión significativa en las barras de anclaje, lo cual no se considera actualmente en RFEM. Las actualizaciones futuras incluirán verificaciones para la flexión de las barras de anclaje.
- Una placa de ajuste con agujeros estándar soldada en campo al fondo de la placa base para una distribución de corte igual a todas las barras de anclaje. Una placa de ajuste previene la flexión en las barras de anclaje, que es la condición asumida en RFEM.
Ejemplo
El Ejemplo 4.7-7 de la Guía de Diseño AISC 1 se utiliza para validar los resultados del modelo RFEM. En este ejemplo, se diseña una conexión de placa base para una columna W21x83 sujeta a tracción y corte. La columna está fijada a una base de hormigón con una resistencia a la compresión especificada, ƒ'c = 5,000 psi. No se dan las dimensiones reales del concreto, y se asume que la placa base no está ubicada cerca de ningún borde de concreto. Para reflejar esto, se modela un gran bloque de concreto que mide 175 in × 175 in × 100 in.
Se asume que la transferencia de corte en el ejemplo ocurre a través de una placa de ajuste soldada (no modelada), que previene la flexión en las barras de anclaje. El miembro del tirante y la conexión se incluyen en el modelo para representar mejor el comportamiento realista de la junta. La placa base tiene un grosor de 1.75 in con un grosor de lechada asumido de 1.0 in. La longitud de empotramiento 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 'Relación de Diseño por Componente'. Se describen las verificaciones relevantes. A continuación, seleccione el Ancla 1.2 para ver los detalles de la verificación de diseño (Imagen 4).
Los detalles de la verificación de diseño proporcionan todas las fórmulas y referencias a los estándares AISC 360 y ACI 318 (Imagen 5). También se da una nota sobre las verificaciones de diseño excluidas para clarificación.
Los resultados de AISC y Steel Joints se resumen a continuación, incluyendo las razones de las discrepancias.
Anclas
Placa Base
En este ejemplo, el diseño del grosor de la placa base está gobernado por la tracción en las barras de anclaje. Según los cálculos de AISC, la resistencia a la flexión disponible (207 kip-in) es mucho mayor que la resistencia a la flexión requerida (51.9 kip-in). Esto sugiere que el grosor de la placa base de 1.75 in puede reducirse.
En Steel Joints, el diseño de placas se realiza utilizando un análisis plástico comparando la deformación plástica real con el límite permitido de 5 % especificado en la Configuración de Resistencia. La placa base de 1.75 in de grosor tiene una deformación plástica equivalente de 0.00 %, lo que indica que se puede usar una placa más delgada. Sin embargo, reducir el grosor de la placa puede aumentar las fuerzas de tracción en los anclajes.
Conclusión
En el complemento Steel Joints, se asume que la transferencia de corte a través de las barras de anclaje se distribuye igualmente al usar una placa de ajuste, lo que elimina la flexión en las barras de anclaje. Aunque la flexión de la barra de anclaje no se considera actualmente, está prevista para una versión futura.
Este artículo confirma que los resultados del complemento Steel Joints son consistentes con los del ejemplo de la Guía de Diseño AISC 1, validando la precisión del modelo RFEM para el diseño de conexiones de base bajo tracción y corte.
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