O design de conexão de base de acordo com a AISC 360 [1] e ACI 318 [2] pode ser executado com o add-on Steel Joints. O artigo da base de conhecimento anterior fornecido abaixo apresenta 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 utilizado para verificar os resultados do modelo RFEM.
Transferência de Cisalhamento
Para uma conexão de base exposta, como é transferida a carga de cisalhamento 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 fricção quando há compressão, como mostrado no Exemplo 4.7-8 do DG 1.
- A carga de compressão gera fricção entre a chapa 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 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 com um apoio de superfície que pode ser visto no submodelo. Ativar a opção "Considerar fricção" ativa fricção dentro do apoio de superfície, permitindo que ele transfira uma parte da força de cisalhamento (Imagem 1). A força de cisalhamento restante é carregada por barras de ancoragem ou elementos de cisalhamento. Uma verificação de design para limitar a resistência ao cisalhamento de acordo com a Equação 4-30 não é realizada no RFEM.
2) Usando elementos 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 superdimensionados (distribuição de cisalhamento desigual).
- Arruelas de placa com furos padrão são soldadas ao topo da chapa de base para garantir 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 flexão das barras de ancoragem.
- Uma placa base com furos padrão soldada no campo à parte inferior da chapa de base para distribuição igual de cisalhamento a todas as barras de ancoragem. Uma placa base previne 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 fixada a uma fundação de concreto com uma resistência à compressão especificada, ƒ'c = 5.000 psi. As dimensões reais do concreto não são dadas, e assume-se que a chapa de base não está localizada próxima a bordas de concreto. Para refletir isso, um grande bloco de concreto medindo 175 in × 175 in × 100 in é modelado.
A transferência de cisalhamento no exemplo é assumida ocorrer através de uma placa base soldada (não modelada), que previne flexão nas barras de ancoragem. O membro de reforço e a conexão são incluídos no modelo para melhor representar o comportamento realista da junção. A chapa de base tem 1,75 in de espessura com espessura de argamassa assumida de 1,0 in. O comprimento efetivo de embutimento, hef, é igual a 24,0 in. Cargas e propriedades materiais são mostradas na Imagem 3.
Resultados
Após executar o cálculo Steel Joints, o resultado para cada componente é apresentado na aba "Relações 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 fornecida para esclarecimento.
Os resultados do AISC e Steel Joints são resumidos abaixo, incluindo os motivos das discrepâncias.
Ancoragens
Placa Base
Neste exemplo, o design da espessura da placa base é governado pela tração nas barras de ancoragem. De acordo com os cálculos da AISC, a resistência flexural disponível (207 kip-in) é muito maior que a resistência flexural requerida (51,9 kip-in). Isso sugere que a espessura da chapa base de 1,75 in pode ser reduzida.
No Steel Joints, o design da chapa é realizado usando análise plástica comparando a deformação plástica real com o limite permitido de 5% especificado na Configuração de Resistência. A chapa base de 1,75 in de espessura tem uma deformação plástica equivalente de 0,00%, indicando que uma chapa mais fina pode ser usada. No entanto, reduzir a espessura da chapa pode aumentar as forças de tração nas ancoragens.
Conclusão
No add-on Steel Joints, a transferência de cisalhamento através das barras de ancoragem é assumida igualmente distribuída usando uma placa base, que elimina a flexão nas barras de ancoragem. Enquanto a flexão da barra de ancoragem não é atualmente considerada, está planejada para uma versão futura.
Este artigo confirma que os resultados do add-on 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.
Base de dados de conhecimento