Modelagem da Conexão da Base da Placa
1) Na aba Principal, atribua a nova conexão de aço ao nó relevante. Revise a ‘configuração de resistência’ para confirmar que as configurações padrão são apropriadas, fazendo os ajustes necessários (Imagem 01).
2) Na aba Componentes, selecione ‘Inserir componente no início’ e escolha ‘Placa Base’ (Imagem 02).
3) Sob ‘Configurações do Componente’, especifique os materiais, dimensões e disposições para a placa base, bloco de concreto, argamassa, âncoras e soldas (Imagem 03).
A argamassa é modelada usando conexões rígidas no submodelo, o que modifica a geometria da junta e, subsequentemente, afeta as forças internas (Imagem 04).
A opção para considerar concreto fissurado também é oferecida. Por padrão, o ACI assume que existe fissuração. Se puder ser demonstrado que o concreto não fissuou, desmarcar esta opção oferece maiores resistências de rompimento por tração, arrancamento por tração e cisalhamento de rompimento para as âncoras.
A opção 'Reforço para controlar fissuração', de acordo com a Seção 17.3.5 do ACI, pode ser ativada quando reforço suplementar é fornecido para controlar a falha de fissuração causada por forças de instalação e/ou torque subsequente. Quando esta opção está desativada, o programa exibe a seguinte nota: “Reforço para controlar fissuração não é fornecido. Verifique o espaçamento mínimo, distâncias até borda, e espessura mínima do concreto.”
A transferência de cisalhamento através de âncoras, sapatas de cisalhamento e fricção também está disponível. Informações adicionais são fornecidas no seguinte artigo.
Quatro tipos de âncoras estão disponíveis: 1 pós-instalada e 3 embutidas (cabeça hexagonal, parafuso em L e parafuso em J). A âncora embutida de cabeça hexagonal é selecionada para este exemplo. A opção para adicionar arruela também está disponível. A forma (circular ou quadrada), diâmetro e espessura da arruela são os parâmetros requeridos. Estes parâmetros são usados para calcular a área líquida de apoio da âncora para calcular a resistência ao arrancamento e resistência ao sopro na face lateral.
Verificações de Projeto de Acordo com AISC 360 & ACI 318
As forças nos tirantes das âncoras são baseadas na análise de elementos finitos (FEA), que considera a rigidez dos elementos de conexão (tirantes das âncoras, placas base, bloco de concreto, etc.). A ação de protrusão pode ocorrer quando a flexibilidade da placa base causa deformação que aumenta a tensão nos tirantes das âncoras. Essas forças de protrusão também são consideradas no cálculo do FEA.
As seguintes verificações de projeto para tirantes de âncoras embutidos são fornecidas:
- Resistência de apoio da placa base nos furos dos parafusos, ϕbRnb
- Resistência à tração do aço da âncora, ϕatNsa
- Resistência ao rompimento por tração do concreto, ϕcbtNcbg
- Resistência ao arrancamento por tração da âncora, ϕpnNpn
- Resistência ao sopro na face lateral do concreto, ϕcbtNsbg
- Resistência ao cisalhamento do aço da âncora, ϕavVsa
- Resistência ao rompimento por cisalhamento do concreto, ϕcbvVcbg
- Resistência ao cisalhamento por protrusão do concreto, ϕcpvVcpg
Outras verificações de projeto, incluindo resistência à compressão de apoio do concreto, resistência à soldagem e deformação plástica de placas base e membros também são fornecidas.
Exemplo
O Exemplo 4.7-11 do Guia de Design 1 do AISC é apresentado para verificar os resultados do modelo RFEM. Uma conexão de placa base para uma coluna W12x96 sujeita a compressão e momento é projetada neste exemplo. A coluna é anexada a uma fundação de concreto com uma resistência à compressão especificada, ƒ'c = 4.000 psi. A placa base tem 2,0 pol de espessura com espessura de argamassa assumida de 1,0 pol. O comprimento efetivo de embutimento, hef, é igual a 18,0 pol. As cargas e propriedades dos materiais são mostradas na Imagem 05.
No exemplo, as extensões reais do concreto não são fornecidas, e assume-se que há área suficiente para que os cones de ruptura por tração dos tirantes de âncora se formem em relação à distância até a borda. Para atender a essa suposição, são utilizadas dimensões do bloco de concreto iguais a 1,5hef + espaçamento dos tirantes + 1,5hef (66,0 pol x 72,5 pol). A entrada completa para a Junta de Aço é mostrada acima na Imagem 03.
Resultados
Após executar o cálculo da Junta de Aço, o resultado para cada componente é apresentado na aba Razões de Projeto por Componente. Em seguida, selecione Âncora 1,1 para ver os detalhes da verificação de projeto (Imagem 06).
Os detalhes da verificação de projeto fornecem todas as fórmulas e referências aos padrões AISC 360 e ACI 318 (Imagem 07). Uma nota sobre verificações de projeto excluídas também é fornecida para esclarecimentos. Em seguida, selecione ‘Resultados na Junta de Aço’ para visualizar as forças internas das âncoras graficamente (Imagem 08).
Os resultados do AISC e das Juntas de Aço são resumidos abaixo, incluindo as razões para as discrepâncias.
Âncoras
Concreto (Resistência de Apoio)
A tensão de apoio de 2,21 ksi é retirada do Exemplo 4.7-10 com a suposição A1 = A2, fornecendo a resistência mais baixa possível. A área da placa base é calculada como 22 pol × 24 pol = 528 pol2, fornecendo uma resistência à compressão de apoio do concreto, ϕPp =2,2 ksi × 528 pol2 = 1166,9 kips, assumindo que toda a área da placa base resiste à compressão.
No complemento Juntas de Aço, assume-se A2 ≫ A1 para satisfazer a resistência de rompimento por tração. A área efetiva de compressão da placa base, Aeff, pode ser determinada usando análise FEM ou o Guia de Design 1, Apêndice B.3 do AISC, onde Aeff estende uma distância c = 1,5*espessura da placa base para fora das cintas e das abas. O valor relatado ϕPp =1242,3 kips é baseado em Aeff calculada por guia de projeto 1. Alternativamente, ao usar análises FEM, Aeff depende do limiar de tensão de contato especificado na Configuração de Resistência; reduzir esse limiar (para tão baixo quanto 1%) aumenta a área efetiva de compressão.
Placa Base
O projeto da espessura da placa base é regido pelo interface de apoio ou tensão. Segundo os cálculos do AISC, a espessura exigida com base no apoio é 1,92 pol (arredondada para 2,0 pol), que controla o projeto, enquanto a espessura a partir da tensão é calculada como 0,755 pol.
No complemento Juntas de Aço, o design da placa é realizado usando análise plástica ao comparar a deformação plástica real com o limite permitido de 5% especificado na Configuração de Resistência. A placa base de 2,0 pol de espessura tem uma deformação plástica equivalente máxima de 0,09%, indicando que uma placa mais fina pode ser suficiente. No entanto, reduzir a espessura da placa pode aumentar as forças de tensão nas âncoras.
Na maioria dos casos, o complemento Juntas de Aço resulta em uma placa base significativamente mais fina porque considera a flexibilidade da placa base, ao contrário da abordagem do Guia de Design 1 do AISC, Capítulo 4.3.1, que assume uma placa base rígida.
O Apêndice B.3 [3] do Guia de Design 1 do AISC explica como considerar a flexibilidade da placa base pode reduzir significativamente a espessura necessária. O estado limite de escoamento da placa corresponde à flexão ascendente da placa base nas localizações assumidas das linhas de escoamento sob a pressão de apoio ascendente. Essa pressão, por sua vez, é assumida como constante, o que implicitamente sugere que a placa base é rígida. No entanto, para placas base maiores com uma grande pegada, essa suposição pode levar a momentos excessivamente grandes nas linhas de escoamento, resultando em placas base excessivamente espessas. Essa é uma suposição conservadora porque uma placa base grande também é flexível, de modo que as tensões de apoio se concentram sob as abas e cintas da coluna. Na realidade, esse tipo de distribuição de tensão resulta em momentos significativamente mais baixos na placa base, reduzindo a espessura necessária.
Conclusão
O complemento Juntas de Aço no RFEM 6 oferece uma abordagem avançada para o projeto de placas base, considerando a flexibilidade da placa base e ações de protrusão que podem ocorrer. Comparado aos métodos tradicionais descritos no Guia de Design 1 do AISC, essa abordagem frequentemente resulta em designs otimizados com placas base mais finas. Comparando os resultados com o exemplo do AISC, o complemento demonstra sua capacidade de fornecer soluções precisas e econômicas para conexões de placas base.