Projektowanie połączeń podstawy zgodnie z AISC 360 [1] i ACI 318 [2] może być wykonane za pomocą dodatku Węzły stalowe. Poprzedni artykuł w bazie wiedzy podany poniżej zawiera przebieg modelowania, listę odpowiednich sprawdzeń projektowych oraz przykład projektowania połączenia płyty podstawy poddanej "ściskaniu i momentowi".
W tym artykule przedstawiono projektowanie połączenia podstawy poddanego rozciąganiu i ścinaniu. Do weryfikacji wyników z modelu RFEM wykorzystano przykład 4.7-7 z AISC Design Guide 1 [3].
Przenoszenie siły ścinającej
Dla odsłoniętego połączenia podstawy, jak przenoszone jest obciążenie ścinające z kolumny na beton? Zgodnie z AISC Design Guide 1 [3], istnieją trzy sposoby przenoszenia siły ścinającej z kolumny i/lub z płyty węzłowej na beton:
1) Poprzez tarcie w przypadku obecności ściskania, 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 przeniesienia siły ścinającej na beton. To ściskanie jest traktowane jak siła dociskająca, która generuje wytrzymałość na ścinanie w kierunku prostopadłym. Wytrzymałość na ścinanie wynikającą z tarcia można obliczyć zgodnie z równaniem 4-30 z AISC DG 1.
- W RFEM blok betonowy jest reprezentowany przez podporę powierzchniową, która może być widoczna w submodelu. Włączenie opcji 'Uwzględnij tarcie' aktywuje tarcie w obrębie podpory powierzchniowej, co pozwala na przeniesienie części siły ścinającej (Obraz 1). Pozostała siła ścinająca jest przenoszona przez pręty kotwiące lub bolce ścinające. W RFEM nie jest przeprowadzana kontrola projektowa w celu ograniczenia wytrzymałości na ścinanie zgodnie z Równaniem 4-30.
2) Przy użyciu bolców ścinających, jak pokazano w Przykładach 4.7-4 i 4.7-5 z DG 1.
3) Poprzez ścianie w prętach kotwiących. Dostępne są następujące metody konstrukcji:
- Pręty kotwiące same w sobie z przewymiarowanymi otworami (nierówne rozmieszczenie sił ścinających).
- Podkładki płytowe ze standardowymi otworami są przyspawane do górnej części płyty podstawy, aby zapewnić równomierne przenoszenie sił ścinających, jak pokazano w Przykładzie 4.7-6 z DG 1. Ta konfiguracja umożliwia znaczne zginanie w prętach kotwiących, co nie jest obecnie uwzględniane w RFEM. Przyszłe aktualizacje będą zawierały kontrole dla zginania prętów kotwiących.
- Płyta ustawiona ze standardowymi otworami spawana w polu do dolnej części płyty podstawy w celu równomiernego rozdziału sił ścinających na wszystkie pręty kotwiące. Płyta ustawiona zapobiega zginaniu w prętach kotwiących, co jest przyjętym założeniem w RFEM.
Przykład
Przykład 4.7-7 z AISC Design Guide 1 jest użyty do weryfikacji wyników modelu RFEM. W tym przykładzie zaprojektowano połączenie płyty podstawy dla kolumny W21x83 poddanej rozciąganiu i ścinaniu. Kolumna jest przymocowana do fundamentu betonowego 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 krawędzi betonu. Aby to odzwierciedlić, modeluje się duży blok betonowy o wymiarach 175 in × 175 in × 100 in.
Przenoszenie siły ścinającej w przykładzie zakłada się przez spawaną płytę ustawioną (nie modelowaną), co zapobiega zginaniu w prętach kotwiących. Członnik wzmocnienia i połączenie są uwzględnione w modelu, aby lepiej odzwierciedlać realistyczne zachowanie węzła. Płyta podstawy ma grubość 1.75 in z założoną grubością zaprawy 1.0 in. Efektywna długość osadzenia, hef, wynosi 24.0 in. Obciążenia i właściwości materiałowe są przedstawione na Obrazie 3.
Wyniki
Po uruchomieniu obliczeń dla Węzłów stalowych, wynik dla każdego komponentu jest przedstawiony w zakładce 'Współczynniki bezpieczeństwa projektowego według komponentów'. Wymieniono odpowiednie sprawdzenia. Następnie należy wybrać Kotwę 1.2, aby zobaczyć szczegóły sprawdzenia projektowego (Obraz 4).
Szczegóły sprawdzenia projektowego dostarczają wszystkich wzorów i odniesień do norm AISC 360 i ACI 318 (Obraz 5). Dla jasności podana jest także uwaga dotycząca wykluczonych sprawdzeń projektowych.
Wyniki z AISC i Węzłów stalowych są podsumowane poniżej, wraz z powodami rozbieżności.
Kotwy
Płyta Podstawy
W tym przykładzie projektowanie grubości płyty podstawy jest kontrolowane przez rozciąganie w prętach kotwiących. Zgodnie z obliczeniami AISC, dostępna wytrzymałość na zginanie (207 kip-in) jest znacznie większa niż wymagana wytrzymałość na zginanie (51.9 kip-in). To sugeruje, że grubość płyty podstawy 1.75-in może być zredukowana.
W Węzłach stalowych projektowanie płyty jest przeprowadzane za pomocą analizy plastycznej poprzez porównanie rzeczywistego odkształcenia plastycznego z dopuszczalnym limitem 5% określonym w Konfiguracji Wytrzymałości. Płyta podstawy o grubości 1.75-in ma równoważne odkształcenie plastyczne wynoszące 0.00%, wskazując, że można użyć cieńszej płyty. Jednak zmniejszenie grubości płyty może zwiększyć siły rozciągające w kotwach.
Wnioski
W dodatku Węzły stalowe zakłada się równomierne rozłożenie przenoszenia siły ścinającej przez pręty kotwiące przy użyciu płyty ustawionej, co eliminuje zginanie w prętach kotwiących. Chociaż zginanie prętów kotwiących nie jest obecnie uwzględniane, planowane jest to w przyszłym wydaniu.
Artykuł potwierdza, że wyniki z dodatku Węzły stalowe są zgodne z przykładami z AISC Design Guide 1, co potwierdza dokładność modelu RFEM dla projektowania połączeń podstawy poddanej rozciąganiu i ścinaniu.
