Modellazione della Connessione della Piastra Base
1) Nella scheda Principale, assegna il nuovo giunto in acciaio al nodo rilevante. Controlla la ‘Configurazione della resistenza’ per confermare che le impostazioni predefinite siano appropriate, apportando eventuali modifiche se necessario (Immagine 01).
2) Nella scheda Componenti, seleziona ‘Inserisci componente all'inizio’ e scegli ‘Piastra Base’ (Immagine 02).
3) Sotto ‘Impostazioni Componente’, specifica i materiali, le dimensioni e le posizioni per la piastra base, il blocco di calcestruzzo, il riempimento, gli ancoraggi e le saldature (Immagine 03).
Il riempimento è modellato utilizzando collegamenti rigidi nel sottomodello, che modifica la geometria del giunto e successivamente influenza le forze interne (Immagine 04).
Sono disponibili opzioni per considerare il calcestruzzo fessurato. Di default, l'ACI presume che esista una fessurazione. Se si può dimostrare che il calcestruzzo non fessura, deselezionando questa opzione si ottengono resistenze maggiori allo strappo in tensione, allo sfilamento in tensione e alla rottura per taglio per gli ancoraggi. È disponibile anche il trasferimento del taglio tramite ancoraggi, pastiglie di taglio e attrito. Maggiori informazioni sono fornite nel seguente articolo.
Verifiche Progettuali Secondo AISC 360 & ACI 318
Le forze nei tiranti di ancoraggio si basano sull'analisi agli elementi finiti (FEA), che tiene conto delle rigidezze degli elementi di connessione (tiranti di ancoraggio, piastre di base, blocco di calcestruzzo, ecc.). L'azione delle leve può verificarsi quando la flessibilità della piastra di base provoca una deformazione che aumenta la tensione nei tiranti di ancoraggio. Queste forze di leva sono considerate anche nel calcolo FEA.
Sono fornite le seguenti verifiche progettuali per i tiranti di ancoraggio incorporati:
- Resistenza al contatto della piastra di base nei fori dei bulloni, ϕbRnb
- Resistenza a trazione dell'acciaio dell'ancoraggio, ϕatNsa
- Resistenza alla rottura del calcestruzzo in trazione, ϕcbtNcbg
- Resistenza al taglio dell'acciaio dell'ancoraggio, ϕavVsa
- Resistenza alla rottura del calcestruzzo per taglio, ϕcbvVcbg
- Resistenza al distacco del calcestruzzo per taglio, ϕcpvVcpg
Le seguenti verifiche progettuali verranno aggiunte in futuro:
- Resistenza alla rottura del calcestruzzo in trazione per ancoraggi con 11 in ≤ hef ≤ 25 in
- Resistenza allo stappo in trazione
- Resistenza alla rottura del calcestruzzo sul lato
Sono fornite anche altre verifiche progettuali, inclusa la resistenza alla compressione del calcestruzzo per appoggio, la resistenza delle saldature e la deformazione plastica delle piastre di base e dei componenti.
Esempio
Viene presentato l'esempio 4.7-11 della Guida Progettuale AISC 1 per verificare i risultati del modello RFEM. In questo esempio viene progettata una connessione della piastra base per una colonna W12x96 soggetta a compressione e momento. La colonna è fissata a una fondazione in calcestruzzo con una resistenza a compressione specificata, ƒ'c = 4,000 psi. La piastra base è spessa 2,0 in con uno spessore di malta presunto di 1,0 in. La lunghezza efficace di ancoraggio, hef, è pari a 18,0 in. I carichi e le proprietà dei materiali sono mostrati in Immagine 05.
Nell'esempio, le estensioni effettive del calcestruzzo non sono fornite, e si presume che ci sia una sufficiente area per formarsi i coni di rottura per tensione dei tiranti di ancoraggio rispetto alla distanza dal bordo. Per soddisfare questa ipotesi, sono utilizzate dimensioni del blocco di calcestruzzo pari a 1,5hef + spaziatura dei tiranti +1,5hef (66,0 in x 72,5 in). L'input completo per il Giunto in Acciaio è mostrato sopra in Immagine 03.
Risultati
Dopo aver eseguito il calcolo del Giunto in Acciaio, il risultato per ciascun componente viene presentato nella scheda Rapporto di Progetto per Componente. Successivamente, seleziona Ancoraggio 1,1 per visualizzare i dettagli delle verifiche di progetto (Immagine 06).
I dettagli delle verifiche progettuali forniscono tutte le formule e i riferimenti agli standard AISC 360 e ACI 318 (Immagine 07). Viene dato anche un appunto sulle verifiche di progetto escluse per chiarimenti. Successivamente, seleziona ‘Risultati nel Giunto in Acciaio’ per visualizzare graficamente le forze interne degli ancoraggi (Immagine 08).
I risultati di AISC e Giunti in Acciaio sono riassunti di seguito, inclusi i motivi delle discrepanze.
Ancoraggi
Calcestruzzo (Resistenza all'Appoggio)
La tensione di appoggio di 2,21 ksi è presa dall'Esempio 4.7-10 con l'assunto A1 = A2, fornendo la resistenza più bassa possibile. L'area della piastra di base è calcolata come 22 in × 24 in = 528 in2, dando una resistenza compressiva per appoggio del calcestruzzo, ϕPp = 2,2 ksi × 528 in2 = 1166,9 kips, assumendo che l'intera area della piastra di base resista alla compressione.
Nell'add-on Giunto in Acciaio, ϕPp è 885,7 kips. Qui si presume che A2 >> A1 per soddisfare la resistenza alla rottura in tensione. Inoltre, l'area effettiva della piastra di base in compressione = 200,438 in2 si basa sul FEA con una soglia di tensione di contatto impostata al 5% nella Configurazione della Resistenza. Abbassando questa soglia (fino a 1%) si incrementa l'area effettiva.
Piastra Base
Il progetto dello spessore della piastra base è regolato o dall'interfaccia di appoggio oppure di tensione. Secondo i calcoli AISC, lo spessore richiesto basato sull'appoggio è di 1,92 in (arrotondato a 2,0 in), che controlla il progetto, mentre lo spessore da tensione è calcolato come 0,755 in.
Nell'add-on Giunti in Acciaio, la progettazione delle piastre è eseguita utilizzando l'analisi plastica confrontando la deformazione plastica reale con il limite ammissibile del 5% specificato nella Configurazione della Resistenza. La piastra base di 2,0 in di spessore ha una deformazione plastica equivalente massima dello 0,09%, indicando che una piastra più sottile può essere sufficiente. Tuttavia, ridurre lo spessore della piastra può aumentare le forze di tensione negli ancoraggi.
Nella maggior parte dei casi, l'add-on Giunti in Acciaio porta a una piastra base significativamente più sottile perché tiene conto della flessibilità della piastra base, a differenza dell'approccio nella Guida Progettuale AISC 1, Capitolo 4.3.1, che presume una piastra base rigida.
La Guida Progettuale AISC 1 Appendice B.3 [3] spiega come tenere conto della flessibilità della piastra di base può ridurre significativamente lo spessore richiesto. Lo stato limite di snervamento della piastra corrisponde alla flessione verso l'alto della piastra base nelle posizioni presunte delle linee di snervamento sotto la pressione di appoggio verso l'alto. Questa pressione, a sua volta, è assunta costante, il che implicitamente suggerisce che la piastra di base sia rigida. Tuttavia, per piastre base più grandi con un'impronta maggiore, questa assunzione può portare a momenti eccessivamente grandi alle linee di snervamento, risultando in piastre base eccessivamente spesse. Questa è un'assunzione conservativa perché una piastra base grande è anche flessibile, tale che le tensioni di appoggio si concentrano sotto le flange e le anime della colonna. In realtà, questo tipo di distribuzione delle tensioni risulta in momenti significativamente più bassi nella piastra base, riducendo lo spessore richiesto.
Conclusione
L'add-on Giunti in Acciaio in RFEM 6 offre un approccio avanzato alla progettazione delle piastre base considerando la flessibilità della piastra e le azioni di leva che possono verificarsi. Rispetto ai metodi tradizionali delineati nella Guida Progettuale AISC 1, questo approccio spesso porta a progetti ottimizzati con piastre base più sottili. Confrontando i risultati con l'esempio AISC, l'add-on dimostra la sua capacità di fornire soluzioni precise ed economiche per le connessioni delle piastre base.