Проектирование базового соединения согласно AISC 360 [1] и ACI 318 [2] может быть выполнено с помощью дополнения Steel Joints. В предыдущей статье базы знаний, приведенной ниже, описан рабочий процесс моделирования, приведен список применимых проверок проектирования и приведен пример проектирования соединения базовой пластины, подверженного "сжатию и моменту".
В этой статье представлен проект базового соединения, подверженного растяжению и сдвигу. Для проверки результатов из модели RFEM используется пример 4.7-7 из AISC Design Guide 1 [3].
Передача сдвига
Для открытого базового соединения, как сдвиговая нагрузка передается от колонны в бетон? Согласно AISC Design Guide 1 [3], существует три способа передачи сдвига от колонны и/или несущей пластины в бетон:
1) Через трение при наличии сжатия, как показано в Примере 4.7-8 DG 1.
- Сжимающая нагрузка создает трение между базовой плитой и поверхностью раствора/бетона, которое может использоваться для передачи сдвига в бетон. Это сжатие считается зажимной силой, создающей сопротивление сдвигу в перпендикулярном направлении. Сдвиговую прочность из-за трения можно рассчитать согласно уравнению 4-30 из AISC DG 1.
- В RFEM, бетонный блок представлен поверхностной опорой, которую можно увидеть в подразделе модели. Включение функции "Учитывать трение" активирует трение в поверхностной опоре, позволяя ей передавать часть сдвиговой силы (Изображение 1). Оставшаяся сдвиговая сила переносится анкерными стержнями или сдвиговыми выступами. Проверка проектной сдвиговой прочности согласно уравнению 4-30 не выполняется в RFEM.
2) Использованием сдвиговых выступов, как показано в Примерах 4.7-4 и 4.7-5 из DG 1.
3) Через сдвиг в анкерных стержнях. Доступны следующие методы конструкции:
- Анкерные стержни только с увеличенными отверстиями (неравномерное распределение сдвига).
- Пластинчатые шайбы с стандартными отверстиями привариваются к верхней части базовой плиты для обеспечения равномерной передачи сдвига, как показано в Примере 4.7-6 DG 1. Эта конфигурация позволяет значительное изгибание анкерных стержней, что в настоящее время не учитывается в RFEM. В будущих обновлениях будут включены проверки изгиба анкерных стержней.
- Установочная плита с стандартными отверстиями на поле приваривается к нижней части базовой плиты для равномерного распределения сдвига на все анкерные стержни. Установочная плита предотвращает изгибание анкерных стержней, что является предполагаемым условием в RFEM.
Пример
Пример 4.7-7 из AISC Design Guide 1 используется для проверки результатов модели RFEM. В этом примере разработано соединение базовой пластины для колонки W21x83, подверженное растяжению и сдвигу. Колонна прикреплена к бетонному фундаменту с заданной прочностью на сжатие, ƒ'c = 5,000 psi. Фактические размеры бетона не указаны, и предполагается, что базовая плита не находится рядом с краями бетона. Чтобы отразить это, моделируется большой бетонный блок размером 175 дюймов × 175 дюймов × 100 дюймов.
Передача сдвига в примере предполагается через сваренную установочную плиту (не смоделированную), которая предотвращает изгиб анкерных стержней. Член скобы и соединение включены в модель для более реалистичного поведения соединения. Базовая плита имеет толщину 1.75 дюйма с предполагаемой толщиной раствора 1.0 дюйм. Эффективная длина заделки, hef, равна 24.0 дюйма. Нагрузки и свойства материала показаны на Изображении 3.
Результаты
После выполнения расчета Steel Joints результаты для каждого компонента представлены во вкладке "Дизайнерские коэффициенты по компоненту". Перечислены соответствующие проверки. Далее выберите Anchor 1.2 для просмотра деталей проверки проектирования (Изображение 4).
Детали проверки проектирования предоставляют все формулы и ссылки на стандарты AISC 360 и ACI 318 (Изображение 5). Также дается примечание о исключенных проверках проектирования для разъяснения.
Результаты из AISC и Steel Joints суммированы ниже, включая причины расхождений.
Анкеры
Базовая плита
В этом примере проектирование толщины базовой плиты определяется растяжением в анкерных стержнях. Согласно расчетам AISC, доступная изгибная прочность (207 kip-in) значительно превышает требуемую изгибную прочность (51.9 kip-in). Это говорит о том, что толщину базовой плиты в 1.75 дюйма можно уменьшить.
В Steel Joints проектирование плиты выполняется с использованием пластического анализа путем сравнения фактической пластической деформации с допустимым пределом в 5%, указанным в настройках Прочности. Эквивалентная пластическая деформация базовой плиты толщиной 1.75 дюйма составляет 0.00%, что указывает на возможность использования более тонкой плиты. Однако уменьшение толщины плиты может увеличить напряжения на анкеры.
Заключение
В дополнении Steel Joints предполагается, что передача сдвига через анкерные стержни равномерно распределена с помощью установочной плиты, что исключает изгиб в анкерных стержнях. Хотя изгиб анкерных стержней в настоящее время не учитывается, он планируется к включению в будущих выпусках.
Эта статья подтверждает, что результаты дополнения Steel Joints согласуются с результатами примера из AISC Design Guide 1, подтверждая точность модели RFEM для проектирования базового соединения под напряжениями растяжения и сдвига.
