Vérification des plaques d’assise selon l’AISC dans RFEM 6

Modélisation de la connexion de la plaque de base

1) Dans l'onglet Principal, attribuez le nouveau joint d'acier au nœud concerné. Vérifiez la ‘configuration de la résistance’ pour confirmer que les paramètres par défaut sont appropriés, en apportant les ajustements nécessaires (Image 01).

1 Création d’un nouvel assemblage en acier

2) Dans l'onglet Composants, sélectionnez ‘Insérer un composant au début’ et choisissez ‘Plaque de base’ (Image 02).

2 Insertion du composant plaque de base

3) Dans ‘Paramètres du composant’, spécifiez les matériaux, dimensions et emplacements pour la plaque de base, le bloc de béton, le mortier, les ancrages et les soudures (Image 03).

3 Ajuster les paramètres des composantes

Le mortier est modélisé à l'aide de liens rigides dans le sous-modèle, ce qui modifie la géométrie de l'assemblage et affecte par la suite les efforts internes (Image 04).

4 Coulis dans sous-modèle

L'option de considérer le béton fissuré est également disponible. Par défaut, l'ACI suppose que des fissures existent. S'il peut être démontré que le béton ne se fissure pas, désactiver cette option offre des résistances plus élevées à la rupture par traction, à l'arrachage par traction et à la rupture par cisaillement pour les ancrages.

L'option ‘Renforcement pour contrôler la fissuration’, conformément à la Section 17.3.5 de l'ACI, peut être activée lorsque le renforcement supplémentaire est fourni pour contrôler l'échec de fissuration causé par les forces d'installation et/ou le serrage subséquent. Lorsque cette option est désactivée, le programme affiche la note suivante : “Aucun renforcement pour contrôler la fissuration n'est fourni. Vérifiez les espacements minimaux, les distances au bord, et l'épaisseur minimale du béton.”

Le transfert de cisaillement par des ancrages, des lugs de cisaillement et par friction est également disponible. Des informations supplémentaires sont fournies dans l'article suivant.

• Vérification de l’assemblage de base selon l’AISC sous traction et cisaillement dans RFEM 6

Quatre types d'ancrages sont disponibles : 1 après installation et 3 coulés en place (tête hexagonale, boulon coudé en L et boulon coudé en J). L'ancrage à tête hexagonale coulé en place est sélectionné pour cet exemple. L'option d'ajouter une rondelle est également disponible. La forme (circulaire ou carrée), le diamètre et l'épaisseur de la rondelle sont les paramètres requis. Ces paramètres sont utilisés pour calculer la zone de roulement nette de l'ancrage pour calculer la résistance à l'arrachement et la résistance à la rupture latérale.

Vérifications de conception selon AISC 360 & ACI 318

Les forces dans les tiges d'ancrage sont basées sur l'analyse par éléments finis (FEA), qui prend en compte les rigidités des éléments de connexion (tiges d'ancrage, plaques de base, bloc de béton, etc.). Une action de cliquetis peut se produire lorsque la flexibilité de la plaque de base provoque une déformation qui augmente la tension dans les tiges d'ancrage. Ces forces de cliquetis sont également prises en compte dans le calcul FEA.

Les vérifications de conception suivantes pour les tiges d'ancrage coulées sont fournies :

• Résistance au roulement de la plaque de base aux trous de boulon, ϕ_bR_nb
• Résistance à la traction de l'acier de l'ancrage, ϕ_atN_sa
• Résistance à la rupture de traction du béton, ϕ_cbtN_cbg
• Résistance à l'arrachement par traction de l'ancrage, ϕ_pnN_pn
• Résistance à la rupture latérale du béton, ϕ_cbtN_sbg
• Résistance au cisaillement de l'acier de l'ancrage, ϕ_avV_sa
• Résistance à la rupture par cisaillement du béton, ϕ_cbvV_cbg
• Résistance à l'arrachement par cisaillement du béton, ϕ_cpvV_cpg

D'autres vérifications de conception, y compris la résistance à la compression par roulement du béton, la résistance des soudures et la déformation plastique des plaques de base et des membres sont également fournies.

Exemple

L'exemple 4.7-11 du Guide de conception AISC 1 est présenté pour vérifier les résultats du modèle RFEM. Une connexion de plaque de base pour une colonne W12x96 soumise à la compression et au moment est conçue dans cet exemple. La colonne est fixée à une fondation en béton avec une résistance à la compression spécifiée, ƒ'_c = 4 000 psi. La plaque de base fait 2,0 pouces d'épaisseur avec une épaisseur de mortier supposée de 1,0 pouce. La longueur d'ancrage efficace, h_ef, est égale à 18,0 pouces. Les charges et propriétés des matériaux sont présentées dans l'Image 05.

Dans l'exemple, les dimensions réelles du béton ne sont pas données, et il est supposé qu'il y a une surface suffisante pour que les cônes de rupture de tension des tiges d'ancrage puissent se former par rapport à la distance au bord. Pour satisfaire à cette hypothèse, des dimensions de bloc de béton égales à 1,5h_ef + espacement des tiges + 1,5h_ef sont utilisées (66,0 pouces x 72,5 pouces). L'entrée complète pour le joint en acier est montrée ci-dessus dans l'Image 03.

5 Exemple AISC DG1

Résultats

Après avoir exécuté le calcul du joint en acier, le résultat pour chaque composant est présenté dans l'onglet Rapports de Conception par Composant. Ensuite, sélectionnez Ancrage 1,1 pour voir les détails des vérifications de conception (Image 06).

6 Ratios de vérification par composant

Les détails des vérifications de conception fournissent toutes les formules et références aux normes AISC 360 et ACI 318 (Image 07). Une note sur les vérifications de conception exclues est également fournie pour clarifications. Ensuite, sélectionnez ‘Résultats dans le Joint en Acier’ pour afficher graphiquement les forces internes des ancrages (Image 08).

7 Détails de vérification d'une ancre

8 Résultats dans Assemblages acier

Les résultats de l'AISC et des joints en acier sont résumés ci-dessous, y compris les raisons des divergences.

Ancrages

9 Comparaison des vérifications d’ancrage

Béton (Résistance au Roulement)

La contrainte de roulement de 2,21 ksi est tirée de l'Exemple 4.7-10 avec l'hypothèse A₁ = A₂, fournissant la résistance minimale possible. La zone de la plaque de base est calculée comme 22 po × 24 po = 528 po², donnant une résistance à la compression du béton par roulement, ϕP_p = 2,2 ksi × 528 po² = 1166,9 kips, en supposant que toute la zone de la plaque de base résiste à la compression.

Dans l'add-on Joints en acier, A₂ ≫ A₁ est supposé pour satisfaire la résistance à la rupture par traction. La zone de compression effective de la plaque de base, A_eff, peut être déterminée en utilisant soit une analyse FEM soit le Guide de conception AISC 1, Appendix B.3 où A_eff s'étend à une distance c = 1.5*épaisseur de la plaque de base à l'extérieur des semelles et des âmes. La valeur rapportée ϕP_p = 1242.3 kips est basée sur A_eff calculée selon le Guide de conception 1. Alternativement, lors de l'utilisation de l'analyse FEM, A_eff dépend du seuil de contrainte de contact spécifié dans la Configuration de Résistance ; réduire ce seuil (à aussi bas que 1%) augmente la zone de compression effective.

10 Détail de vérification des blocs en béton

Plaque de Base

La conception de l'épaisseur de la plaquette de base est gouvernée par la surface de roulement ou la surface d'interface en traction. Selon les calculs AISC, l'épaisseur requise sur la base du roulement est de 1,92 po (arrondie à 2,0 po), ce qui contrôle la conception, tandis que l'épaisseur de traction est calculée comme 0,755 po.

Dans l'add-on Joints en acier, la conception de la plaque est effectuée en utilisant l'analyse plastique en comparant la déformation plastique réelle avec la limite admissible de 5% spécifiée dans la Configuration de Résistance. La plaque de base de 2,0 pulgadas d'épaisseur a une déformation plastique équivalente maximale de 0.09%, indiquant qu'une plaque plus mince peut être suffisante. Cependant, réduire l'épaisseur de la plaque peut augmenter les efforts de traction dans les ancrages.

Dans la plupart des cas, l'add-on Joints en acier entraîne une plaque de base nettement plus mince car il prend en compte la flexibilité de la plaque de base, contrairement à l'approche du Guide de conception AISC 1, Chapitre 4.3.1, qui suppose une plaque de base rigide.

Le Guide de conception AISC 1, Annexe B.3 [3] explique comment la prise en compte de la flexibilité de la plaque de base peut réduire considérablement l'épaisseur requise. L'état limite du fluage de la plaque correspond au pliage vers le haut de la plaque de base aux emplacements supposés des lignes de fluage sous la pression de roulement vers le haut. Cette pression, à son tour, est supposée être constante, ce qui suggère implicitement que la plaque de base est rigide. Cependant, pour les plaques de base plus grandes avec une empreinte importante, cette hypothèse peut mener à des moments excessivement grands aux lignes de fluage, entraînant des plaques de base trop épaisses. Il s'agit d'une hypothèse conservatrice car une grande plaque de base est également flexible, de sorte que les contraintes de roulement sont concentrées sous les semelles et les âmes de la colonne. En réalité, ce type de distribution des contraintes résulte en des moments considérablement réduits dans la plaque de base, réduisant l'épaisseur requise.

Conclusion

L'add-on Joints en acier de RFEM 6 offre une approche avancée pour la conception des plaques de base en tenant compte de la flexibilité de la plaque de base et des actions de cliquetis qui peuvent se produire. Par rapport aux méthodes traditionnelles décrites dans le Guide de conception AISC 1, cette approche aboutit souvent à des conceptions optimisées avec des plaques de base plus minces. En comparant les résultats avec l'exemple AISC, l'add-on démontre sa capacité à fournir des solutions précises et économiques pour les connexions de plaques de base.