Расчёт опорных плит по AISC в RFEM 6

Моделирование соединения основания пластины

1) Вкладка Главная, назначьте новый стальной узел соответствующему узлу. Просмотрите «Конфигурацию прочности», чтобы убедиться, что параметры по умолчанию подходят, и при необходимости внесите изменения (Изображение 01).

1 Создание нового стального соединения

2) Во вкладке Компоненты выберите «Вставить компонент в начало» и выберите «Основание пластины» (Изображение 02).

2 Вставка компонента опорной пластины

3) В «Настройках компонента» укажите материалы, размеры и размещение для основания пластины, бетонного блока, раствора, анкеров и сварочных швов (Изображение 03).

3 Настроить параметры компонентов

Раствор моделируется с использованием жестких связей в подмодели, что изменяет геометрию узла и впоследствии влияет на внутренние силы (Изображение 04).

4 Инъекциооный раствор в подпорной стене культуры

Также предоставлены опции для учета трещиноватого бетона. По умолчанию ACI предполагает наличие трещин. Если можно доказать, что бетон не трескается, снятие этой опции предоставляет более высокую прочность на вырыв, выдергивание и разрушение на сдвиг для анкеров. Также доступны передача сдвига через анкеры, шлицы на сдвиг и трение. Дополнительную информацию можно найти в следующей статье.

• Проектирование базового соединения AISC на растяжение и срез в RFEM 6

Проверка проектирования в соответствии с AISC 360 и ACI 318

Силы в анкерных стержнях основываются на анализе методом конечных элементов (FEA), который учитывает жесткости соединительных элементов (анкерных стержней, оснований пластин, бетонного блока и т. д.). Прогиб может возникнуть, когда гибкость основания пластины вызывает деформацию, увеличивая натяжение в анкерных стержнях. Эти прогибные силы также учитываются в расчете FEA.

Обеспечены следующие проверки проектирования для встроенных анкерных стержней:

• Несущая способность основания пластины в отверстиях под болты, ϕ_bR_nb
• Прочность на растяжение анкерного стержня, ϕ_atN_sa
• Прочность на растяжение при вырыве бетона, ϕ_cbtN_cbg
• Прочность на сдвиг стального анкера, ϕ_avV_sa
• Прочность на сдвиг при вырыве бетона, ϕ_cbvV_cbg
• Прочность на сдвиг при выломе бетона, ϕ_cpvV_cpg

В будущем будут добавлены следующие проверки проектирования:

• Прочность на растяжение при вырыве бетона для анкеров с 11 дюймами ≤ h_ef ≤ 25 дюймов
• Прочность на выдергивание
• Прочность на разрушение поверхности бетона стороне

Также предоставлены другие проверки проектирования, включая прочность на сжатие бетона, прочность сварочных швов и пластические деформации оснований пластин и элементов.

Пример

Пример 4.7-11 из Рекомендации по проектированию AISC 1 представлен для проверки результатов из модели RFEM. В этом примере разработано соединение основы пластины для колонны W12x96, подверженной сжатию и моменту. Колонна прикреплена к бетонному фундаменту с заданной прочностью на сжатие, ƒ'_c = 4000 psi. Основа пластины имеет толщину 2,0 дюйма при предполагаемой толщине раствора 1,0 дюйм. Эффективная длина закладного конца, h_ef, равна 18,0 дюймов. Нагрузки и свойства материалов показаны на Изображении 05.

В примере фактические размеры бетона не указаны, и предполагается, что имеется достаточная площадь для формирования конусов вырыва анкерных стержней с учетом расстояния до края. Для удовлетворения этого предположения используются размеры бетонного блока, равные 1,5h_ef + расстояние между стержнями +1,5h_ef (66,0 дюймов x 72,5 дюйма). Полный ввод для Стального Узла показан выше на Изображении 03.

5 Пример из AISC DG1

Результаты

После запуска расчета Стального Узла результат для каждого компонента представлен на вкладке Отношения проектирования по компонентам. Далее выберите Анкер 1,1, чтобы просмотреть детали проверки проектирования (Изображение 06).

6 Расчётные соотношения по компопентам

Детали проверки проектирования предоставляют все формулы и ссылки на стандарты AISC 360 и ACI 318 (Изображение 07). Примечание о исключенных проверках проектирования также предоставлено для пояснений. Далее выберите «Результаты в Стальном Узле», чтобы просмотреть внутренние силы анкерных стержней графически (Изображение 08).

7 Детали расчётной проверки анкера

8 Результаты в стальных соединениях

Результаты из AISC и Стальных Узлов суммированы ниже, включая причины расхождений.

Анкера

9 Сравнение расчётных проверок анкеров

Бетон (Несущая Способность)

Несущая нагрузка 2,21 ksi взята из Примера 4.7-10 с предположением, что A₁ = A₂, что обеспечивает наименьшую возможную прочность. Площадь основания пластины рассчитывается как 22 дюйма × 24 дюйма = 528 кв. дюймов, что дает несущую прочность на сжатие бетона, ϕP_p = 2,2 ksi × 528 кв. дюймов = 1166,9 килопаундов, предполагая, что вся площадь основания пластины противостоит сжатию.

В дополнении к Стальному Узлу, ϕP_p равно 885,7 килопаундов. Здесь предполагается, что A₂ >> A₁, чтобы удовлетворить прочность на вырыв. Кроме того, эффективная площадь основания пластины в сжатии = 200,438 кв. дюймов базируется на FEA с порогом контактного напряжения, установленным на 5% в Конфигурации Прочности. Понижение этого порога (до 1%) увеличивает эффективную площадь.

10 Подробности расчётной проверки бетонного блока

Основание Пластины

Конструкция толщины основания пластины определяется либо несущим интерфейсом, либо интерфейсом растяжения. Согласно расчетам AISC, требуемая толщина на основе несущего интерфейса составляет 1,92 дюйма (округленно до 2,0 дюйма), что и определяет конструкцию, тогда как толщина на основе растяжения рассчитывается как 0,755 дюйма.

В дополнении к Стальным Узлам, проектирование пластин выполняется с использованием пластического анализа, сравнивая фактическую пластическую деформацию с допустимым пределом в 5%, указанным в Конфигурации Прочности. Максимальная эквивалентная пластическая деформация для основания пластины толщиной 2,0 дюйма составляет 0,09%, что указывает на то, что более тонкая пластина может быть достаточной. Однако уменьшение толщины пластины может увеличить натяжение в анкерах.

В большинстве случаев дополнение к Стальным Узлам приводит к значительно более тонкой основе пластины, поскольку оно учитывает гибкость основания пластины, в отличие от подхода в Рекомендации по проектированию AISC 1, глава 4.3.1, которая предполагает жесткое основание пластины.

Приложение B.3 Рекомендации по проектированию AISC 1 [3] объясняет, как учет гибкости основания пластины может значительно уменьшить требуемую толщину. Предел состояния текучести пластины соответствует изгибу основания пластины вверх в предполагаемых местах линий текучести под действием восходящего давления. Это давление, в свою очередь, предполагается постоянным, что подразумевает жесткость основания пластины. Однако для больших оснований пластин с большой площадью эта предположение может привести к чрезмерно большим моментам в линиях текучести, что приводит к чрезмерно толстой пластине основания. Это консервативное предположение, потому что большое основание пластины также гибкое, что приводит к концентрации контактных напряжений под полками и стенками колонны. В результате этой конфигурации напряжений в реальности возникают значительно меньшие моменты в основании пластины, что уменьшает требуемую толщину.

Заключение

Дополнение к Стальным Узлам в RFEM 6 предлагает продвинутый подход к проектированию основы пластины, учитывая гибкость основания пластины и возможные действия прогиба. По сравнению с традиционными методами, изложенными в Рекомендации по проектированию AISC 1, этот подход часто приводит к оптимизированным проектам с более тонкими основаниями пластин. Сравнив результаты с примером AISC, дополнение демонстрирует свою способность обеспечивать точные и экономичные решения для соединений основания пластин.