Dimensionamento de placa de base AISC no RFEM 6

Modelação da ligação da placa de base

1) No separador Geral, atribua a nova ligação de aço ao nó relevante. Avalie a ‘Configuração de resistência’ para confirmar que as configurações definidas por defeito são adequadas, fazendo qualquer ajuste necessário (Imagem 01).

1 Criar nova ligação de aço

2) No separador Componentes, selecione ‘Inserir componente no início’ e escolha ‘Placa base’ (Imagem 02).

2 Inserir componente de laje base

3) Em ‘Parâmetros do componente’, especifique os materiais, dimensões e posicionamentos para a placa de base, bloco de betão, argamassa, âncoras e soldaduras (Imagem 03).

3 Ajustar configuração de componente

A argamassa é modelada usando links rígidos no submodelo, o que modifica a geometria da ligação e, subsequentemente, afeta as forças internas (Imagem 04).

4 Argamassa no submodelo

Também são fornecidas opções para a consideração de betão fendilhado. Por defeito, o ACI assume a existência fissuras. Se puder ser demonstrado que o betão não está fissurado, desmarcar essa opção proporciona maior resistência ao arrancamento, tração ao corte das âncoras.
Também se encontra disponível a transferência de forças de corte através de âncoras, grampos de resistência ao corte e fricção. Informações adicionais são fornecidas no seguinte artigo.

• Dimensionamento de ligação de base segundo a AISC sujeita a tração e corte no RFEM 6

Verificações de dimensionamento de acordo com AISC 360 & ACI 318

As forças nos tirantes de ancoragem baseiam-se na análise por elementos finitos (FEA), que considera as rigidezes dos elementos de ligação (tirantes de ancoragem, placas de base, bloco de betão, etc.). A ação de alavancagem pode ocorrer quando a flexibilidade da placa de base causa deformação que aumenta a tensão nos tirantes de ancoragem. Essas forças de alavancagem também são consideradas no cálculo FEA.

São providenciadas as seguintes verificações de dimensionamento para tirantes de ancoragem embutidos:

• Capacidade resistente da placa de base nos orifícios dos parafusos, ϕ_bR_nb
• Resistência à tração do aço da âncora, ϕ_atN_sa
• Resistência ao arrancamento por tração do betão, ϕ_cbtN_cbg
• Resistência ao corte do aço da âncora, ϕ_avV_sa
• Resistência ao arrancamento por corte do betão, ϕ_cbvV_cbg
• Resistência ao arrancamento por corte (pry-out) do betão, ϕ_cpvV_cpg

As seguintes verificações de dimensionamento serão adicionadas no futuro:

• Resistência ao arrancamento por tração do betão para âncoras com 11 in ≤ h_ef ≤ 25 in
• Resistência ao arrancamento por tração
• Resistência à rotura lateral do betão

Outras verificações do dimensionamento, incluindo resistência ao esmagamento do betão, resistência das soldas e deformação plástica das placas de base e barras também são fornecidas.

Exemplo

O exemplo 4.7-11 do Guia de Dimensionamento AISC 1 é apresentado para verificar os resultados do modelo RFEM. Uma ligação de placa de base para um pilar W12x96 sujeita à compressão e momento é projetada neste exemplo. O pilar encontra-se anexado a uma fundação de betão com uma resistência à compressão especificada, ƒ'_c = 4000 psi. A placa de base tem 2,0 polegadas de espessura com uma espessura da argamassa assumida de 1,0 polegada. O comprimento de encobrimento efetivo, h_ef, é igual a 18,0 in. As cargas e as propriedades dos materiais são apresentadas na Imagem 05.

No exemplo, as extensões reais do betão não são fornecidas, e é assumido que há uma área suficiente para que os cones de rompimento por tração do tirante da ancoragem se formem em relação à distância da borda. Para satisfazer essa suposição, são usadas dimensões do bloco de betão iguais a 1,5h_ef + espaçamento dos tirantes + 1,5h_ef (66,0 in x 72,5 in).
A introdução de dados completa para a Ligação de Aço é apresentada acima na Imagem 03.

5 Exemplo AISC DG1

Resultados

Após executar o cálculo da Ligação de Aço, o resultado para cada componente é apresentado no separador de Relações de Dimensionamento por Componente. Em seguida, selecione Âncora 1,1 para ver os detalhes da verificação de dimensionamento (Imagem 06).

6 Relações de cálculo por componentes

Os detalhes da verificação de dimensionamento fornecem todas as fórmulas e referências para a norma AISC 360 e ACI 318 (Imagem 07). Uma nota sobre verificações de dimensionamento excluídas também é dada para clarificação.
De seguida, selecione ‘Resultados na Ligação de Aço’ para visualizar graficamente as forças internas das âncoras (Imagem 08).

7 Detalhes da verificação de âncora

8 Resultados em ligações de aço

Os resultados da AISC e das Ligações de Aço são resumidos abaixo, incluindo as razões para discrepâncias.

Âncoras

9 Comparação de verificações de ancoragem

Betão (Capacidade resistênte)

A tensão resistente de 2,21 ksi é tirada do Exemplo 4.7-10 com a suposição A₁ = A₂, proporcionando a menor resistência possível. A área da placa de base é calculada como 22 in × 24 in = 528 in², dando uma resistência ao esmagamento por compressão do betão , ϕP_p = 2.2 ksi × 528 in² = 1166,9 kips, assumindo que toda a área da placa de base resiste à compressão.

No módulo de Ligação de Aço, ϕP_p é 885,7 kips. É assumido que A₂ >> A₁ para satisfazer a resistência à tração. Além disso, a área efetiva da placa de base em compressão = 200,438 in² é baseada na AEF com um limite de tensão de contato definido para 5% na Configuração da Resistência. Reduzir esse limite (para até 1%) aumenta a área efetiva.

10 Detalhes da verificação de bloco de betão

Placa de base

O dimensionamento da espessura da placa de base é determinado pela interface de compressão ou tração. De acordo com os cálculos da norma AISC, a espessura necessária com base no esmagamento é de 1,92 in (arredondada para 2,0 in), que controla o dimensionamento, enquanto a espessura devido à tração é calculada como 0,755 in.

No módulo de Ligações de Aço, o dimensionamento da placa é realizado utilizando análise plástica comparando a deformação plástica real com o limite permitido de 5% especificado na Configuração de Resistência. A placa de base de 2,0 in 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 tração nas âncoras.

Na maioria dos casos, o módulo de Ligações de Aço resulta numa placa de base significativamente mais fina porque considera a flexibilidade da placa de base, ao contrário da abordagem no Guia de Dimensionamento AISC 1, Capítulo 4.3.1, que assume uma placa de base rígida.

O Apêndice B.3 do Guia de Dimensionamento AISC 1 [3] explica como considerar a flexibilidade da placa de base pode reduzir significativamente a espessura necessária. O estado limite de cedência da placa corresponde à flexão ascendente da placa de base nos locais assumidos das linhas de cedência sob a pressão de suporte ascendente. Essa pressão, por sua vez, é assumida constante, sugerindo implicitamente que a placa de base é rígida. No entanto, para placas de base maiores com uma grande área, essa suposição pode levar a momentos excessivamente grandes nas linhas de cedência, resultando em placas de base excessivamente grossas. Esta é uma suposição conservadora porque uma grande placa de base também é flexível, de modo que as tensões resistentes se concentram sob os banzos e almas dos pilares. Na realidade, esse tipo de distribuição de tensões resulta em momentos significativamente menores na placa de base, reduzindo a espessura requerida.

Conclusão

O módulo de Ligações de Aço no RFEM 6 oferece uma abordagem avançada para o dimensionamento de placas de base, considerando a flexibilidade da placa e ações de alavancagem que podem ocorrer. Comparado com métodos tradicionais descritos no Guia de Dimensionamento AISC 1, essa abordagem frequentemente resulta em dimensionamentos otimizados com placas de base mais finas.
Ao comparar os resultados com o exemplo da AISC, o módulo demonstra a sua capacidade de fornecer soluções precisas e econômicas para ligações de placas de base.