O design da conexão de base de acordo com o AISC 360 [1] e ACI 318 [2] pode ser executado com o complemento Steel Joints. O artigo anterior da base de conhecimento fornecido abaixo oferece o fluxo de trabalho de modelagem, uma lista de verificações de design aplicáveis e um exemplo de design de uma conexão de placa de base sujeita a "compressão e momento".
Neste artigo, é apresentado um design de conexão de base sujeito a tração e cisalhamento. O Exemplo 4.7-7 do AISC Design Guide 1 [3] é usado para verificar os resultados do modelo RFEM.
Transferência de Cisalhamento
Para uma conexão de base exposta, como a carga de cisalhamento é transferida da coluna para o concreto? De acordo com o AISC Design Guide 1 [3], há três maneiras de transferir cisalhamento da coluna e/ou da chapa de reforço para o concreto:
1) Através de atrito quando a compressão está presente, como mostrado no Exemplo 4.7-8 do DG 1.
- A carga de compressão gera atrito entre a placa de base e a superfície de argamassa/concreto, que pode ser usada para transferir cisalhamento para o concreto. Esta compressão é considerada uma força de fixação que gera uma resistência ao cisalhamento na direção perpendicular. A resistência ao cisalhamento devido ao atrito pode ser calculada de acordo com a Equação 4-30 do AISC DG 1.
- No RFEM, o bloco de concreto é representado com um suporte de superfície que pode ser visualizado no submodelo. Habilitar a opção 'Considerar atrito' ativa o atrito dentro do suporte de superfície, permitindo que ele transfira uma parte da força de cisalhamento (Imagem 1). A força de cisalhamento restante é suportada por barras de ancoragem ou linguetas de cisalhamento. Um cheque de design para limitar a resistência ao cisalhamento de acordo com a Equação 4-30 não é realizado no RFEM.
2) Usando linguetas de cisalhamento, como mostrado nos Exemplos 4.7-4 e 4.7-5 do DG 1.
3) Através de cisalhamento nas barras de ancoragem. Os seguintes métodos de construção estão disponíveis:
- Barras de ancoragem sozinhas com furos sobredimensionados (distribuição de cisalhamento desigual).
- Arruelas de placa com furos padrão são soldadas ao topo da placa de base para garantir a transferência de cisalhamento igual, como mostrado no Exemplo 4.7-6 do DG 1. Esta configuração permite flexão significativa nas barras de ancoragem, o que atualmente não é considerado no RFEM. Atualizações futuras incluirão verificações para a flexão das barras de ancoragem.
- Uma placa de ajuste com furos padrão soldados em campo à parte inferior da placa de base para distribuição igual de cisalhamento a todas as barras de ancoragem. Uma placa de ajuste evita a flexão nas barras de ancoragem, que é a condição assumida no RFEM.
Exemplo
O Exemplo 4.7-7 do AISC Design Guide 1 é usado para validar os resultados do modelo RFEM. Uma conexão de placa de base para uma coluna W21x83 sujeita a tração e cisalhamento é projetada neste exemplo. A coluna é conectada a uma fundação de concreto com uma resistência à compressão especificada, ƒ'c = 5,000 psi. As dimensões reais do concreto não são fornecidas, e presume-se que a placa de base não está localizada perto de qualquer borda do concreto. Para refletir isso, um grande bloco de concreto medindo 175 pol × 175 pol × 100 pol é modelado.
A transferência de cisalhamento no exemplo é assumida ocorrer através de uma placa de ajuste soldada (não modelada), que impede a flexão nas barras de ancoragem. O membro de reforço e a conexão são incluídos no modelo para melhor representar o comportamento realista da junta. A placa de base tem 1.75 pol de espessura com espessura de argamassa assumida de 1.0 pol. O comprimento efetivo de embutimento, hef, é igual a 24.0 pol. Cargas e propriedades do material são mostradas na Imagem 3.
Resultados
Após rodar o cálculo do Steel Joints, o resultado para cada componente é apresentado na aba 'Design Ratios by Component'. As verificações relevantes são descritas. Em seguida, selecione Anchor 1.2 para ver os detalhes do cheque de design (Imagem 4).
Os detalhes do cheque de design fornecem todas as fórmulas e referências aos padrões AISC 360 e ACI 318 (Imagem 5). Uma nota sobre cheques de design excluídos também é dada para esclarecimento.
Os resultados do AISC e Steel Joints são resumidos abaixo, incluindo as razões para discrepâncias.
Ancoragens
Placa de Base
Neste exemplo, o design da espessura da placa de base é governado pela tração nas barras de ancoragem. Conforme cálculos do AISC, a resistência à flexão disponível (207 kip-in) é muito maior que a resistência à flexão necessária (51.9 kip-in). Isto sugere que a espessura da placa de base de 1.75 pol pode ser reduzida.
No Steel Joints, o design da placa é realizado usando análise plástica comparando a deformação plástica real com o limite permitido de 5% especificado na Configuração de Resistência. A placa de base de 1.75 pol tem uma deformação plástica equivalente de 0.00%, indicando que uma placa mais fina pode ser usada. No entanto, reduzir a espessura da placa pode aumentar as forças de tração nas ancoragens.
Conclusão
No complemento Steel Joints, assume-se que a transferência de cisalhamento através das barras de ancoragem seja distribuída igualmente usando uma placa de ajuste, o que elimina a flexão nas barras de ancoragem. Embora a flexão das barras de ancoragem não seja atualmente considerada, está previsto para uma futura atualização.
Este artigo confirma que os resultados do complemento Steel Joints são consistentes com aqueles do exemplo do AISC Design Guide 1, validando a precisão do modelo RFEM para o design de conexão de base sob tração e cisalhamento.
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