Projektowanie połączenia podstawy słupa według AISC 360 [1] i ACI 318 [2] można wykonać za pomocą rozszerzenia Połączenia stalowe. W poniższym artykule bazy wiedzy przedstawiono przepływ pracy modelowania, listę obowiązujących kontroli obliczeniowych oraz przykład obliczeniowy połączenia blachy podstawy poddanego „ściskaniu i momentowi”.
W tym artykule przedstawiono projektowanie połączenia podstawy poddanego rozciąganiu i ścinaniu. Przykład 4.7-7 z AISC Design Guide 1 [3] służy do weryfikacji wyników z modelu RFEM.
Przenoszenie ścinania
W przypadku odsłoniętego połączenia podstawy, w jaki sposób obciążenie ścinające jest przenoszone ze słupa na beton? Według AISC Design Guide 1 [3] istnieją trzy sposoby przenoszenia ścinania ze słupa i/lub blachy węzłowej na beton:
1) Poprzez tarcie, gdy występuje ściskanie, jak pokazano w przykładzie 4.7-8 DG 1.
- Obciążenie ściskające generuje tarcie między blachą podstawy a powierzchnią podlewki/betonu, które może być wykorzystane do przeniesienia ścinania na beton. To ściskanie jest traktowane jako siła dociskowa, która generuje nośność na ścinanie w kierunku prostopadłym. Wytrzymałość na ścinanie wynikającą z tarcia można obliczyć zgodnie z równaniem 4-30 AISC DG 1.
- W RFEM blok betonowy jest reprezentowany przez podparcie powierzchniowe, które można wyświetlić w modelu podrzędnym. Włączenie opcji „Uwzględnij tarcie” aktywuje tarcie w podparciu powierzchniowym, umożliwiając przeniesienie części siły ścinającej (Rysunek 1). Pozostała siła ścinająca jest przenoszona przez śruby kotwiące lub listwy ścinane. Kontrola obliczeniowa ograniczająca obliczeniową wytrzymałość na ścinanie zgodnie z równaniem 4-30 nie jest wykonywana w RFEM.
2) Za pomocą listew ścinanych, jak pokazano w przykładach 4.7-4 i 4.7-5 DG 1.
3) Poprzez ścinanie śrub kotwiących. Dostępne są następujące metody konstrukcyjne:
- Same śruby kotwiące z otworami przewymiarowanymi (nierównomierny rozdział ścinania).
- Podkładki płytowe z otworami standardowymi przyspawane do górnej powierzchni blachy podstawy w celu zapewnienia równomiernego przenoszenia ścinania, jak pokazano w przykładzie 4.7-6 DG 1. Ta konfiguracja umożliwia znaczne zginanie śrub kotwiących, co nie jest obecnie uwzględniane w RFEM. Przyszłe aktualizacje będą obejmować kontrole zginania śrub kotwiących.
- Blacha montażowa z otworami standardowymi przyspawana warsztatowo do dolnej powierzchni blachy podstawy w celu równomiernego rozdziału ścinania na wszystkie śruby kotwiące. Blacha montażowa zapobiega zginaniu śrub kotwiących, co jest warunkiem przyjętym w RFEM.
Przykład
Przykład 4.7-7 z AISC Design Guide 1 służy do walidacji wyników modelu RFEM. W tym przykładzie zaprojektowano połączenie blachy podstawy dla słupa W21x83 poddanego rozciąganiu i ścinaniu. Słup jest przymocowany do fundamentu betonowego o określonej wytrzymałości na ściskanie, ƒ'c = 5000 psi. Rzeczywiste wymiary betonu nie są podane i zakłada się, że blacha podstawy nie znajduje się w pobliżu żadnych krawędzi betonowych. Aby to odzwierciedlić, zamodelowano duży blok betonowy o wymiarach 175 cali × 175 cali × 100 cali.
W przykładzie zakłada się, że przenoszenie ścinania odbywa się przez spawaną blachę montażową (niezamodelowaną), co zapobiega zginaniu śrub kotwiących. Element stężenia i połączenie są uwzględnione w modelu, aby lepiej odwzorować rzeczywiste zachowanie węzła. Blacha podstawy ma grubość 1,75 cala, a zakładana grubość podlewki wynosi 1,0 cala. Efektywna długość zakotwienia, hef, wynosi 24,0 cale. Obciążenia i właściwości materiałowe pokazano na Rysunku 3.
Wyniki
Po uruchomieniu obliczeń Połączeń stalowych wynik dla każdego węzła jest prezentowany w zakładce Współczynniki wytężenia według węzłów. Następnie należy wybrać Kotew 1,2, aby wyświetlić szczegóły kontroli obliczeniowej (Rysunek 4).
Szczegóły kontroli obliczeniowej zawierają wszystkie wzory i odniesienia do norm AISC 360 i ACI 318 (Rysunek 5).
Wyniki z AISC i Połączeń stalowych podsumowano poniżej, wraz z przyczynami rozbieżności.
Kotwy
Blacha podstawy
W tym przykładzie projektowanie grubości blachy podstawy jest determinowane przez rozciąganie śrub kotwiących. Według obliczeń AISC dostępna nośność na zginanie (207 kip-in) jest znacznie większa niż wymagana nośność na zginanie (51,9 kip-in). Sugeruje to, że grubość blachy podstawy 1,75 cala można zmniejszyć.
W Połączeniach stalowych projektowanie blachy jest wykonywane za pomocą analizy plastycznej poprzez porównanie rzeczywistego odkształcenia plastycznego z dopuszczalnym limitem 5% określonym w konfiguracji wytrzymałości. Blacha podstawy o grubości 1,75 cala ma równoważne odkształcenie plastyczne równe 0,00%, co wskazuje, że można zastosować cieńszą blachę. Jednak zmniejszenie grubości blachy może zwiększyć siły rozciągające w kotwach.
Wnioski
W rozszerzeniu Połączenia stalowe zakłada się, że przenoszenie ścinania przez śruby kotwiące jest równomiernie rozdzielone dzięki zastosowaniu blachy montażowej, co eliminuje zginanie śrub kotwiących. Chociaż zginanie śrub kotwiących nie jest obecnie uwzględniane, jest to planowane w przyszłej wersji.
Ten artykuł potwierdza, że wyniki z rozszerzenia Połączenia stalowe są zgodne z wynikami z przykładu AISC Design Guide 1, co waliduje dokładność modelu RFEM dla projektowania połączenia podstawy poddanego rozciąganiu i ścinaniu.
