Projektowanie połączeń podstawy zgodnie z AISC 360 [1] i ACI 318 [2] może być wykonane przy użyciu dodatku Połączenia stalowe. Poniżej podany artykuł z bazy wiedzy przedstawia przepływ modelowania, listę dostępnych kontroli projektowych oraz przykład projektowy połączenia płyty podstawy poddanego "ściskaniu i momentowi".
W tym artykule przedstawiono projekt połączenia podstawy poddanego "rozciąganiu i ścinaniu". Wyniki z modelu RFEM są weryfikowane przy użyciu przykładu 4.7-7 z AISC Design Guide 1 [3].
Przeniesienie siły ścinającej
Dla odsłoniętego połączenia podstawy, w jaki sposób siła ścinająca jest przenoszona z kolumny do betonu? Zgodnie z AISC Design Guide 1 [3], istnieją trzy sposoby przenoszenia siły ścinającej z kolumny i/lub płyty węzłowej do betonu:
1) Poprzez tarcie, gdy występuje ściskanie, jak pokazano w Przykładzie 4.7-8 z DG 1.
- Obciążenie ściskające generuje tarcie pomiędzy płytą podstawy a powierzchnią zaprawy/betonu, które może być wykorzystane do przenoszenia siły ścinającej do betonu. To ściskanie jest traktowane jako siła zaciskająca, która generuje odporność na ścinanie w kierunku prostopadłym. Wytrzymałość na ścinanie z powodu tarcia można obliczyć zgodnie z równaniem 4-30 AISC DG 1.
- W RFEM, blok betonowy jest reprezentowany przez podporę powierzchniową, którą można zobaczyć w podmodelu. Włączenie opcji "Uwzględnij tarcie" aktywuje tarcie w wsparciu powierzchniowym, co pozwala na przeniesienie części siły ścinającej (obraz 1). Pozostała siła ścinająca jest przenoszona przez pręty kotwiące lub kołnierze ścinania. W RFEM nie przeprowadza się kontroli projektowej, aby ograniczyć projektową wytrzymałość na ścinanie zgodnie z równaniem 4-30.
2) Z użyciem kołnierzy ścinających, jak pokazano w Przykładach 4.7-4 i 4.7-5 z DG 1.
3) Poprzez ścinanie w prętach kotwiących. Dostępne są następujące metody konstrukcji:
- Pręty kotwiące z samymi nadwymiarowymi otworami (nierówne rozkładanie siły ścinającej).
- Podkładki pod płyty ze standardowymi otworami są spawane do górnej części płyty podstawy, aby zapewnić równomierne przeniesienie siły ścinającej, jak pokazano w Przykładzie 4.7-6 z DG 1. Ta konfiguracja pozwala na znaczne wyginanie się prętów kotwiących, które obecnie nie jest uwzględniane w RFEM. Przyszłe aktualizacje będą zawierały kontrole wyginania prętów kotwiących.
- Płyta montażowa ze standardowymi otworami spawana polowo do dolnej części płyty podstawy dla równomiernego rozkładania siły ścinającej do wszystkich prętów kotwiących. Płyta montażowa zapobiega wyginaniu się prętów kotwiących, co jest zakładanym stanem w RFEM.
Przykład
Przykład 4.7-7 z AISC Design Guide 1 jest używany do weryfikacji wyników modelu RFEM. W tym przykładzie zaprojektowano połączenie płyty podstawy dla kolumny W21x83 poddanej rozciąganiu i ścinaniu. Kolumna jest przymocowana do betonowego fundamentu o określonej wytrzymałości na ściskanie, ƒ'c = 5 000 psi. Rzeczywiste wymiary betonu nie są podane, a zakłada się, że płyta podstawy nie znajduje się w pobliżu żadnych krawędzi betonu. Aby to odzwierciedlić, modelowany jest duży blok betonowy o wymiarach 175 cali × 175 cali × 100 cali.
Przeniesienie siły ścinającej w przykładzie zakłada użycie spawanej płyty montażowej (niemodelowane), która zapobiega wyginaniu się prętów kotwiących. Element wzmacniający i połączenie są uwzględnione w modelu, aby lepiej odwzorować realistyczne zachowanie węzła. Płyta podstawy ma grubość 1,75 cala z zakładaną grubością zaprawy wynoszącą 1,0 cala. Efektywna długość zakotwienia, hef, wynosi 24,0 cala. Obciążenia i właściwości materiałowe przedstawiono na obrazie 3.
Wyniki
Po uruchomieniu obliczeń połączeń stalowych, wynik dla każdego elementu jest prezentowany w zakładce "Wskaźniki projektowe według elementu". Wymienione są istotne kontrole. Następnie wybierz Anchor 1.2, aby zobaczyć szczegóły kontroli projektowej (obraz 4).
Szczegóły kontroli projektowej zawierają wszystkie wzory i odniesienia do standardów AISC 360 i ACI 318 (obraz 5). Dla przejrzystości podano również informację na temat pominiętych kontroli projektowych.
Wyniki z AISC i Połączeń stalowych są podsumowane poniżej, wraz z powodami rozbieżności.
Kotwy
Płyta podstawy
W tym przykładzie, projekt grubości płyty podstawy jest ograniczony przez rozciąganie prętów kotwiących. Zgodnie z obliczeniami AISC, dostępna wytrzymałość na zginanie (207 kip-cale) jest znacznie większa niż wymagana wytrzymałość na zginanie (51,9 kip-cale). To sugeruje, że grubość płyty podstawy 1,75 cala można zmniejszyć.
W Połączeniach stalowych projekt płyty jest wykonywany przy użyciu analizy plastycznej poprzez porównanie rzeczywistego odkształcenia plastycznego do dopuszczalnego limitu wynoszącego 5% określonego w Konfiguracji Wytrzymałości. Płyta podstawy o grubości 1,75 cala ma równoważne odkształcenie plastyczne wynoszące 0,00%, co wskazuje, że można użyć cieńszej płyty. Jednak zmniejszenie grubości płyty może zwiększyć siły rozciągające w kotwach.
Wniosek
W dodatku Połączenia stalowe przyjmuje się, że przeniesienie siły ścinającej przez pręty kotwiące jest równomiernie rozłożone dzięki użyciu płyty montażowej, co eliminuje wyginanie się prętów kotwiących. Chociaż wyginany pręt kotwiący nie jest obecnie uwzględniany, planowane jest uwzględnienie tego w przyszłej wersji.
Niniejszy artykuł potwierdza, że wyniki z dodatku Połączenia stalowe są spójne z tymi z przykładu AISC Design Guide 1, co potwierdza dokładność modelu RFEM dla projektowania połączeń podstawy pod rozciąganie i ścinanie.
