Modelação da ligação da placa de base
1) No separador Geral, atribui a nova ligação de aço ao nó relevante. Analise a ‘Configuração de resistência’ para confirmar que as configurações definidas por defeito são apropriadas, faça os ajustes necessários (Imagem 01).
2) No separador Componentes, selecione ‘Inserir componente no início’ e escolha ‘Placa Base’ (Imagem 02).
3) Na secção ‘Parâmetros do componente’, especifique os materiais, dimensões e disposições para a placa base, bloco de betão, argamassa, âncoras e soldadura (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 defeito, a ACI assume que existe fissuração. Se puder ser demonstrado que o betão não fissurou, desmarcar esta opção oferece maiores resistências de rompimento por tração, arrancamento por tração e corte por rompimento para as âncoras.
A opção 'Armadura para controlar divisão', de acordo com a Seção 17.3.5 do ACI, pode ser ativada quando a armadura suplementar é fornecida 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:
“Armadura para controlar divisão não é fornecida. Verifique o espaçamento mínimo, distâncias até borda, e espessura mínima do betão.”
A transferência de corte através de âncoras, sapatas de corte 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 anilha também está disponível. A forma (circular ou quadrada), diâmetro e espessura da anilha são os parâmetros requeridos. Estes parâmetros são utilizados para calcular a área líquida de apoio da âncora para calcular a resistência ao arrancamento e resistência à rotura lateral.
Verificações de dimensionamento 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 betão, 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 da AEF.
As seguintes verificações de dimensionamento para os tirantes das 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 à rotura lateral do betão, ϕcbtNsbg
- Resistência ao corte do aço da âncora, ϕavVsa
- Resistência ao rompimento por corte do betão, ϕcbvVcbg
- Resistência ao corte por protrusão do betão, ϕcpvVcpg
Outras verificações de projeto, incluindo resistência à compressão de apoio do betão, resistência à soldagem e deformação plástica de placas base e barras também são fornecidas.
Exemplo
O Exemplo 4.7-11 do Guia de dimensionamento 1 do AISC é apresentado para verificar os resultados do modelo RFEM. Uma ligação de placa base para uma coluna W12x96 sujeita a compressão e momento é dimensionada neste exemplo. A coluna é anexada a uma fundação de betão 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 apresentadas na Imagem 05.
No exemplo, as extensões reais do betão 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 betão iguais a 1,5hef + espaçamento dos tirantes + 1,5hef (66,0 pol x 72,5 pol). A entrada completa para a ligação de aço é apresentada acima na Imagem 03.
Resultados
Após executar o cálculo da ligação de aço, o resultado para cada componente é apresentado no separador relações de cálculo por componente. Em seguida, selecione Âncora 1,1 para ver os detalhes da verificação de dimensionamento (Imagem 06).
Os detalhes da verificação de dimensionamento fornece todas as fórmulas e referências para a norma AISC 360 e ACI 318 (Imagem 07). Uma nota sobre verificações de dimensionamento excluídas também é fornecida para esclarecimentos. Em seguida, selecione ‘Resultados na ligação de aço’ para visualizar as forças internas das âncoras graficamente (Imagem 08).
Os resultados da norma AISC e das ligações de aço são resumidos abaixo, incluindo as razões para as discrepâncias.
Âncoras
Betão (Capacidade resistente)
A tensão resistente 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 do concreto, ϕPp =2,2 ksi × 528 pol2 = 1166,9 kips, assumindo que toda a área da placa base resiste à compressão.
No módulo de ligações de aço, assume-se A2 ≫ A1 para satisfazer a resistência ao rompimento por tração. A área efetiva de compressão da placa base, Aeff, pode ser determinada usando análise FEM ou o Guia de dimensionamento 1, Apêndice B.3 do AISC, onde Aeff estende uma distância c = 1,5*espessura da placa base para fora dos banzos e da alma. O valor relatado ϕPp =1242,3 kips é baseado em Aeff calculada pelo guia de dimensionamento 1. Alternativamente, ao utilizar as análises do MEF, Aeff depende do limiar de tensão de contato especificado na Configuração de Resistência; reduzir esse limiar (tão baixo quanto 1%) aumenta a área efetiva de compressão.
Placa Base
O dimensionamento da espessura da placa base é determinado pela interface da resistência ou da tensão. Segundo os cálculos do AISC, a espessura exigida com base na capacidade resistente é 1,92 pol (arredondada para 2,0 pol), que controla o dimensionamento, enquanto a espessura a partir da tensão é calculada como 0,755 pol.
No módulo de ligações de aço, o dimensionamento da placa é realizado usando análise plástica ao comparar a deformação plástica real com o limite permitido de 5% utilizando 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 tração nas âncoras.
Na maioria dos casos, o módulo das ligações de aço resulta numa placa base significativamente mais fina porque considera a flexibilidade da placa base, ao contrário da abordagem do Guia de dimensionamento 1 do AISC, Capítulo 4.3.1, que assume uma placa base rígida.
O Apêndice B.3 [3] do Guia de dimensionamento 1 do AISC explica como considerar a flexibilidade da placa base pode reduzir significativamente a espessura necessária. O estado limite de cedência da placa corresponde à flexão ascendente da placa base nas localizações assumidas das linhas de cedência sob a pressão resistente 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 área, essa suposição pode levar a momentos excessivamente grandes nas linhas de cedência, resultando em placas base excessivamente espessas.
Essa é uma suposição conservadora porque uma placa base grande também é flexível, de modo que as tensões resistentes se concentram sob os banzos e a alma do pilar. Na realidade, esse tipo de distribuição de tensão resulta em momentos significativamente mais baixos na placa base, reduzindo a espessura necessária.
Conclusão
O módulo de ligações de aço no RFEM 6 oferece uma abordagem avançada para o dimensionamento de placas base, considerando a flexibilidade da placa base e ações de protrusão que podem ocorrer. Comparado aos métodos tradicionais descritos no Guia de dimensionamento 1 da AISC, essa abordagem frequentemente resulta em dimensionamentos otimizados com placas base mais finas.
Comparando os resultados com o exemplo da AISC, o módulo demonstra a sua capacidade de fornecer soluções precisas e económicas para ligações de placas base.