O design de conexão de base de acordo com AISC 360 [1] e ACI 318 [2] pode ser executado com o complemento Steel Joints. O artigo anterior da base de conhecimento fornecido abaixo apresenta o fluxo 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 é transmitida a carga de cisalhamento da coluna para o concreto? De acordo com o AISC Design Guide 1 [3], existem três maneiras de transferir cisalhamento da coluna e/ou da placa de apoio para o concreto:
1) Através da fricção, quando há compressão, como mostrado no Exemplo 4.7-8 do DG 1.
- A carga de compressão gera fricção entre a placa de base e a superfície do grout/concreto que pode ser usada para transferir cisalhamento para o concreto. Esta compressão é considerada uma força de aperto que gera uma resistência ao cisalhamento na direção perpendicular. A resistência ao cisalhamento devido à fricção pode ser calculada de acordo com a Equação 4-30 do AISC DG 1.
- No RFEM, o bloco de concreto é representado por um apoio de superfície que pode ser visualizado no submodelo. Ativar a opção "Considerar fricção" ativa a fricção dentro do apoio de superfície, permitindo transferir uma parte da força de cisalhamento (Imagem 1). A força de cisalhamento restante é transportada por hastes de ancoragem ou estrias de cisalhamento. Não é realizada uma verificação de design para limitar a resistência de cisalhamento de acordo com a Equação 4-30 no RFEM.
2) Usando estrias de cisalhamento, como mostrado nos Exemplos 4.7-4 e 4.7-5 do DG 1.
3) Através do cisalhamento nas hastes de ancoragem. Os seguintes métodos de construção estão disponíveis:
- Hastes de ancoragem sozinhas com furos superdimensionados (distribuição de cisalhamento desigual).
- Arruelas de placa com furos padrão são soldadas ao topo da placa de base para garantir uma transferência de cisalhamento igual, como mostrado no Exemplo 4.7-6 do DG 1. Esta configuração permite flexão significativa nas hastes de ancoragem, que atualmente não é considerada no RFEM. Atualizações futuras incluirão verificações para flexão das hastes de ancoragem.
- Uma placa de ajuste com furos padrão soldada em campo na parte inferior da placa de base para uma distribuição igual de cisalhamento para todas as hastes de ancoragem. Uma placa de ajuste evita a flexão nas hastes 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 está fixada 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 assume-se que a placa de base não está próxima de nenhuma borda de 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 como ocorrendo através de uma placa de ajuste soldada (não modelada), que evita a flexão nas hastes de ancoragem. O membro de contraventamento e a conexão estão incluídos no modelo para melhor representar o comportamento realista da junta. A placa de base tem 1,75 pol de espessura com uma espessura de grout assumida de 1,0 pol. O comprimento efetivo de embutimento, hef, é igual a 24,0 pol. As cargas e propriedades do material são mostradas na Imagem 3.
Resultados
Após executar o cálculo do Steel Joints, o resultado para cada componente é apresentado na aba "Razões de Design por Componente". As verificações relevantes são delineadas. Em seguida, selecione Anchor 1.2 para visualizar os detalhes da verificação de design (Imagem 4).
Os detalhes da verificação de design fornecem todas as fórmulas e referências aos padrões AISC 360 e ACI 318 (Imagem 5). Uma nota sobre verificações de design excluídas também é dada para esclarecimento.
Os resultados do AISC e Steel Joints são resumidos abaixo, incluindo as razões para as discrepâncias.
Âncoras
Placa de Base
Neste exemplo, o design da espessura da placa de base é governado pela tração nas hastes de ancoragem. De acordo com os cálculos do AISC, a resistência à flexão disponível (207 kip-in) é muito maior do que a resistência à flexão necessária (51,9 kip-in). Isso 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 de espessura tem uma deformação plástica equivalente de 0,00%, indicando que pode ser usada uma placa mais fina. No entanto, a redução da espessura da placa pode aumentar as forças de tração nas âncoras.
Conclusão
No complemento Steel Joints, assume-se que a transferência de cisalhamento através das hastes de ancoragem é igualmente distribuída usando uma placa de ajuste, que elimina a flexão nas hastes de ancoragem. Enquanto a flexão das hastes de ancoragem atualmente não é considerada, está planejado para uma versão futura.
Este artigo confirma que os resultados do complemento Steel Joints são consistentes com os do exemplo do AISC Design Guide 1, validando a precisão do modelo RFEM para design de conexão de base sob tração e cisalhamento.
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