Modelowanie połączenia z płytą bazową
1) W karcie Główna, przypisz nowy węzeł stalowy do odpowiedniego węzła. Przejrzyj konfigurację wytrzymałości, aby potwierdzić, że ustawienia domyślne są odpowiednie, wprowadzając niezbędne zmiany (Obraz 01).
2) W karcie Komponenty wybierz „Wstaw komponent na początku” i wybierz „Płyta bazowa” (Obraz 02).
3) W „Ustawieniach komponentu” określ materiały, wymiary i rozmieszczenia płyty bazowej, bloczka betonowego, zaprawy, kotew i spawów (Obraz 03).
Zaprawa modelowana jest przy użyciu sztywnych połączeń w podmodelu, co zmienia geometrię węzła i w konsekwencji wpływa na siły wewnętrzne (Obraz 04).
Dostępne są również opcje uwzględniające pęknięcia betonu. Domyślnie, ACI zakłada, że takie pęknięcia istnieją. Jeżeli można wykazać, że beton nie pęka, odznaczenie tej opcji zwiększy wytrzymałość na rozciąganie/pękanie, wyciąganie i ścinanie dla kotew. Dostępne są również możliwości przenoszenia ścinania przez kotwy, klocki polepne i tarcie. Dodatkowe informacje znajdują się w następującym artykule.
Kontrole projektowe zgodnie z AISC 360 i ACI 318
Siły w prętach kotwiących są oparte na analizie elementów skończonych (MES), która uwzględnia sztywności elementów łączących (prętów kotwiących, płyt bazowych, bloczka betonowego itp.). Pachnięcie kotew może wystąpić, gdy elastyczność płyty bazowej powoduje odkształcenia zwiększające naprężenie w prętach kotwiących. Te siły pachnące są również uwzględniane w obliczeniach MES.
Przewidziano następujące kontrole projektowe dla zamocowanych prętów kotwiących:
- Oporność na nacisk płyty bazowej w otworach śrubowych, ϕbRnb
- Wytrzymałość na rozciąganie stali w kotwie, ϕatNsa
- Oporność na rozciąganie w betonowym zerwaniu, ϕcbtNcbg
- Wytrzymałość na ścinanie stali w kotwie, ϕavVsa
- Oporność na ścinanie w betonowym zerwaniu, ϕcbvVcbg
- Oporność na ścinanie w betonowym wypchnięciu, ϕcpvVcpg
W przyszłości zostaną dodane następujące kontrole projektowe:
- Oporność na rozciąganie w betonowym zerwaniu dla kotew z 11 in ≤ hef ≤ 25 in
- Oporność na wyciąganie
- Oporność na wypłukanie boczne betonu
Dostępne są również inne kontrole projektowe, w tym wytrzymałość na ściskanie betonu, wytrzymałość na spawanie oraz odkształcenia plastyczne płyt i elementów.
Przykład
Przykład 4.7-11 z AISC Design Guide 1 jest przedstawiony, aby zweryfikować wyniki z modelu RFEM. W tym przykładzie projektowane jest połączenie płyt bazowych dla kolumny W12x96 poddanej ściskaniu i momentowi. Kolumna jest przymocowana do betonowego fundamentu o określonej wytrzymałości na ściskanie, ƒ'c = 4000 psi. Płyta bazowa ma grubość 2,0 cala, a założona grubość zaprawy wynosi 1,0 cala. Długość efektywnego osadzenia, hef, wynosi równo 18,0 cala. Obciążenia i właściwości materiałowe pokazano na Obraz 05.
W tym przykładzie nie podano faktycznych wymiarów betonu, zakładając, że jest wystarczająca przestrzeń na stożki zerwania naprężeniowego pręta kotwiącego z uwzględnieniem odległości krawędziowej. Aby spełnić to założenie, wymiary bloku betonowego równe 1,5hef + odstęp prętów +1,5hef zostały użyte (66,0 in x 72,5 in). Kompletny input dla Węzłów Stalowych pokazano powyżej na Obrazie 03.
Wyniki
Po uruchomieniu obliczeń Węzłów Stalowych wynik dla każdego komponentu prezentowany jest w karcie Wskaźników Projektowych według Komponentów. Następnie wybierz Kotwę 1,1, aby zobaczyć szczegóły kontroli projektowej (Obraz 06).
Szczegóły kontroli projektowej dostarczają wszystkie formuły i odniesienia do norm AISC 360 i ACI 318 (Obraz 07). Podana jest również uwaga dotycząca wykluczonych kontroli projektowych w celu ich wyjaśnienia. Następnie wybierz „Wyniki w Węzłach Stalowych”, aby zobaczyć siły wewnętrzne kotew w sposób graficzny (Obraz 08).
Wyniki z AISC i Węzłów Stalowych są podsumowane poniżej, w tym przyczyny rozbieżności.
Kotwy
Beton (Wytrzymałość na Ściskanie)
Naprężenie dociskowe wynoszące 2,21 ksi jest przyjęte z przykładu 4.7-10 z założeniem, że A1 = A2, co zapewnia najniższą możliwą wytrzymałość. Obszar płyty bazowej obliczono jako 22 cale × 24 cale = 528 cali kwadratowych, co daje betonową odporność na docisk, ϕPp =2,2 ksi × 528 cali kwadratowych = 1166,9 kips, zakładając, że cały obszar płyty bazowej opiera się ściskaniu.
W dodatku Węzły Stalowe, ϕPp wynosi 885,7 kips. Tutaj zakłada się, że A2 >> A1, aby spełnić oporność na rozciąganie zerwanie . Dodatkowo, efektywny obszar płyty bazowej w kompresji = 200.438 cali kwadratowych jest oparty na MES z progiem stresu kontaktowego ustawionym na 5% w Konfiguracji Wytrzymałości. Obniżenie tego progu (do wartości nawet 1%) zwiększa obszar efektywny.
Płyta bazowa
Projektowanie grubości płyty bazowej jest regulowane przez interfejs nośny lub naprężeniowy. Zgodnie z obliczeniami AISC, wymagana grubość na podstawie podłoża wynosi 1,92 cala (zaokrąglona do 2,0 cala), co kontroluje projekt, podczas gdy grubość ze względu na naprężenia wynosi 0,755 cala.
W dodatku Węzły Stalowe, projektowanie płyt odbywa się przy użyciu analizy plastycznej porównując rzeczywiste odkształcenia plastyczne z dopuszczalnym limitem 5% określonym w Konfiguracji Wytrzymałości. Płyta bazowa o grubości 2,0 cala ma maksymalne równoważne odkształcenie plastyczne 0,09%, co wskazuje, że cieńsza płyta może być wystarczająca. Jednak zmniejszenie grubości płyty może zwiększyć siły naprężeniowe w kotwach.
W większości przypadków, dodatek Węzły Stalowe skutkuje znacznie cieńszą płytą bazową, ponieważ uwzględnia elastyczność płyty bazowej, w przeciwieństwie do podejścia w AISC Design Guide 1, Rozdział 4.3.1, który zakłada sztywną płytę bazową.
AISC Design Guide 1 Dodatek B.3 [3] wyjaśnia, jak uwzględnianie elastyczności płyty bazowej może znacznie zmniejszyć wymaganą grubość. Stan graniczny ugięcia płyty bazowej odpowiada górnemu zgięciu płyty bazowej w przypuszczanych lokalizacjach linii plastycznych pod wpływem siły nośnej skierowanej ku górze. Ten nacisk z kolei zakłada się, że jest stały, co sugeruje, że płyta bazowa jest sztywna. Jednak dla większych płyt bazowych z dużą powierzchnią to założenie może prowadzić do nadmiernie dużych momentów na liniach plastycznych, skutkując nadmiernie grubymi płytami bazowymi. Jest to konserwatywne założenie, ponieważ duża płyta bazowa jest również elastyczna, tak że siły dociskowe skupiają się pod kołnierzami i w ramiakach kolumn. W rzeczywistości, ten rodzaj rozkładu naprężeń skutkuje znacznie mniejszymi momentami w płycie bazowej, zmniejszając wymaganą grubość.
Wniosek
Dodatek Węzły Stalowe w RFEM 6 oferuje zaawansowane podejście do projektowania płyt bazowych poprzez uwzględnienie elastyczności płyty bazowej oraz działań pachnących, które mogą wystąpić. W porównaniu do tradycyjnych metod określonych w AISC Design Guide 1, to podejście często prowadzi do zoptymalizowanych projektów z cieńszymi płytami bazowymi. Porównując wyniki z przykładem AISC, dodatek demonstruje swoją zdolność do zapewnienia precyzyjnych i ekonomicznych rozwiązań dla połączeń płyt bazowych.