Columnas sometidas al esfuerzo tensor en RF- / JOINTS Steel - Column Base

Artículo técnico

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La gama de productos de Dlubal Software contiene varios módulos para el cálculo de conexiones de acero y madera. El módulo adicional RF- / JOINTS Steel - Column Base le permite analizar zapatas de bases de columnas articuladas o articuladas. Para el cálculo rentable y seguro de la base de la columna, la selección de la fijación, la geometría de la cimentación y la calidad del material son cruciales.

Este artículo describe los diseños de una columna restringida con placa base que afecta el área de tensión de la conexión. El modelo se basa en un ejemplo en la literatura [1] .

Sistema

La columna consta de una sección HEB 280 de acero S 235 JR.

En la ventana 1.4 de RF-/JOINTS, las dimensiones de la base se establecen en 140 ∙ 120 ∙ 80 cm. La clase concreta es C20/25.

Los parámetros de la placa base se definen en la ventana 1.5 de acuerdo con la figura 02.

En la ventana 1.6, se definen las dimensiones y posiciones de los anclajes (ver Figura 03).

Esfuerzos internos

En RF-/JOINTS, es posible definir las fuerzas internas manualmente y, por lo tanto, independientemente del modelo RFEM/RSTAB.

Las siguientes fuerzas internas de diseño se especifican en la ventana 1.3:

N Ed = -396.0 kN
V Ed = 21,5 kN
M Ed = -110.0 kN

Fuerzas de anclaje

Para determinar las fuerzas de anclaje relevantes para el diseño, se debe hacer la siguiente distinción de casos:

Figura 04 - Case Distinction According to [1]

Se supone que el "Caso F1 <0 y F2 ≥ 0" rige el análisis de la conexión en el área de tensión.

$${\mathrm F}_1\;=\;\frac{{\mathrm N}_\mathrm{Ed}}2\;-\;\frac{{\mathrm M}_{\mathrm y,\mathrm{Ed}}}{2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm D}\;=\;\frac{396}2\;-\;\frac{11.000}{2\;\cdot\;13,1}\;=\;-221,84\;\mathrm{kN}$$

$${\mathrm Z}_1\;=\;\frac{-2\;\cdot\;{\mathrm F}_1}{1\;+\;\frac{{\mathrm a}_\mathrm Z}{{\mathrm a}_\mathrm D}}\;=\;\frac{-2\;\cdot\;-221,84}{1\;+\;\frac{24,0}{13,1}}\;=\;156,7\;\mathrm{kN}$$

A continuación, se presentan los diseños de la conexión en el área de tensión que afectan el anclaje y el hormigón.

Tensión del ancla

Con el anclaje M30 (resistencia 5.6, A S = 5.61 cm²), el diseño según [2] Tabla 3.4 es el siguiente:

$${\mathrm F}_{\mathrm t,\mathrm{Rd}}\;=\;\frac{{\mathrm k}_2\;\cdot\;{\mathrm f}_\mathrm{ub}\;\cdot\;{\mathrm A}_\mathrm S}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\;=\;\frac{0,9\;\cdot\;50,0\;\cdot\;5,61}{1,25}\;=\;201,96\;\mathrm{kN}$$

Figura 05 - Window '3.1 Design - Summary' Including Details of Anchor in Tension

Extracción de anclaje

La resistencia a la extracción de la armadura se determina de acuerdo con [4], Capítulo 15.1.2.3, como sigue:

$${\mathrm F}_{\mathrm t,\mathrm{bond},\mathrm{Rd}}\;=\;11\;\cdot\;{\mathrm f}_\mathrm{ck}\;\cdot\;\frac{{\mathrm d}_\mathrm h\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm h\;-\;\frac{\mathrm\pi\;\cdot\;\mathrm d^2}4}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mc}}\;=\;11\;\cdot\;20,0\;\cdot\;\frac{80\;\cdot\;80\;-\;\frac{\mathrm\pi\;\cdot\;30^2}4}{1,50}\;=\;834,99\;\mathrm{kN}$$

Figura 01 - Tabla '3.1 Cálculo - Resumen' que incluye detalles del anclaje extraíble

Fallo del cono de hormigón

La falla del concreto da como resultado un cuerpo de fractura cónica desde el extremo del elemento de anclaje. La verificación contra la falla del cono de hormigón se realiza de acuerdo con [4], Capítulo 9.2.4.

$${\mathrm F}_{\mathrm t,\mathrm{kegel},\mathrm{Rd}}\;=\;\frac{{\mathrm N}_{\mathrm{Rk},\mathrm c}}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mc}\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{{\mathrm M}_2}}\;=\;\frac{290,09}{1,5\;\cdot\;1,2}\;=\;161,16\;\mathrm{kN}$$

Figura 02 - Tabla '3.1 Cálculo - Resumen' que incluye detalles de la falla del cono de hormigón

Fallo por división

Las fuerzas de división conducen a grietas en el hormigón. Surgen radialmente alrededor de los anclajes y, por lo tanto, son perpendiculares a la fuerza de tracción. La falla de división también se analiza de acuerdo con [4], Capítulo 9.2.4.

$${\mathrm F}_{\mathrm t,\mathrm{sp},\mathrm{Rd}}\;=\;\frac{{\mathrm N}_{\mathrm{Rk},\mathrm{sp}}}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mc}\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{{\mathrm M}_2}}\;=\;\frac{278,05}{1,5\;\cdot\;1,2}\;=\;154,47\;\mathrm{kN}$$

Figura 03 - Ventana '3.1 Cálculo - Resumen' que incluye detalles de la falla de división

La capacidad de tracción del hormigón se supera ligeramente. Por lo tanto, la falla de división demuestra ser la que gobierna el diseño en el área de tensión de la conexión.

En el programa, los análisis para el área de tensión se completan con el diseño de la transferencia de la fuerza de tensión a la columna, pero no se detallan más. Las partes de la conexión en el área de compresión, la resistencia a la flexión de la conexión, la resistencia al corte y Las soldaduras deben ser verificadas.

Resumen

RF-/JOINTS Steel - Column Base realiza los diseños para los puntos de base de columnas articuladas o restringidas. Para una columna con placa base sometida a tensión, deben tenerse en cuenta las tensiones de tensión causadas en el hormigón por la introducción de las cargas a través de los elementos de fijación. La resistencia a la tracción del hormigón a menudo demuestra ser la que rige las cargas que la conexión puede transferir.

Bibliografía

[1]Kahlmeyer, E .; Hebestreit, K .; Vogt, W .: Estructuras de acero según CE 3, 6. Edición Colonia: Werner, 2012
[2] Eurocódigo 3: Diseño de estructuras de acero. Parte 1-8: Diseño de conexiones; EN 1993-1-8: 2005 + AC: 2009
[3] Eurocódigo 2: Diseño de hormigón armado y estructuras de hormigón pretensado. Parte 1-1: Reglas generales y reglas para edificios; EN 1992-1-1: 2004+ AC: 2010
[4]Comité del Euro-International du Béton (CEB): Diseño de fijaciones en hormigón - DesignGuide. Londres ICE Publishing, 1997
[5]Manual RF-/JUNTAS. Tiefenbach: Dlubal Software, enero de 2017. Descargar

Palabras clave

Columna restringida FOUNDATION Zapata Placa base Anclajes Fuerza de anclaje Fallo del cono de hormigón Fallo por división

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