Расчёт соединения с опорной пластиной согласно AISC 360 [1] и ACI 318 [2] можно выполнить с помощью аддона Стальные соединения. В предыдущей статье базы знаний, приведённой ниже, представлены порядок моделирования, перечень применимых расчётных проверок и расчётный пример соединения с опорной пластиной, подверженного «сжатию и моменту».
В данной статье представлен расчёт соединения с опорной пластиной, подверженного растяжению и сдвигу. Для проверки результатов модели RFEM используется пример 4.7-7 из AISC Design Guide 1 [3].
Передача сдвига
Как в открытом соединении с опорной пластиной нагрузка сдвига передаётся от колонны в бетон? Согласно AISC Design Guide 1 [3], существует три способа передачи сдвига от колонны и/или косынки в бетон:
1) Через трение при наличии сжатия, как показано в примере 4.7-8 DG 1.
- Нагрузка сжатия создаёт трение между опорной пластиной и поверхностью подливочного/бетонного слоя, которое может использоваться для передачи сдвига в бетон. Это сжатие рассматривается как зажимающая сила, создающая сопротивление сдвигу в перпендикулярном направлении. Прочность на сдвиг за счёт трения можно рассчитать в соответствии с уравнением 4-30 AISC DG 1.
- В RFEM бетонный блок представлен опорой поверхности, которую можно увидеть в подмодели. Включение опции «Учитывать трение» активирует трение в опоре поверхности, позволяя ей передавать часть силы сдвига (Изображение 1). Оставшаяся сила сдвига воспринимается анкерными стержнями или упорами сдвига. Расчётная проверка для ограничения расчётной прочности на сдвиг согласно уравнению 4-30 в RFEM не выполняется.
2) С помощью упоров сдвига, как показано в примерах 4.7-4 и 4.7-5 DG 1.
3) Через сдвиг в анкерных стержнях. Доступны следующие конструктивные способы:
- Только анкерные стержни с увеличенными отверстиями (неравномерное распределение сдвига).
- Пластинчатые шайбы со стандартными отверстиями, приваренные к верхней части опорной пластины для обеспечения равномерной передачи сдвига, как показано в примере 4.7-6 DG 1. Такая конфигурация допускает значительный изгиб в анкерных стержнях, который в настоящее время не учитывается в RFEM. В будущих обновлениях будут добавлены проверки изгиба анкерных стержней.
- Установочная пластина со стандартными отверстиями, приваренная в полевых условиях к нижней части опорной пластины для равномерного распределения сдвига на все анкерные стержни. Установочная пластина предотвращает изгиб в анкерных стержнях, что является принятым в RFEM условием.
Пример
Пример 4.7-7 из AISC Design Guide 1 используется для проверки результатов модели RFEM. В этом примере рассчитывается соединение с опорной пластиной для колонны W21x83, подверженной растяжению и сдвигу. Колонна прикреплена к железобетонному фундаменту с заданной прочностью на сжатие ƒ'c = 5 000 psi. Фактические размеры бетона не указаны, и предполагается, что опорная пластина не расположена вблизи краёв бетона. Чтобы отразить это, моделируется большой бетонный блок размерами 175 дюймов × 175 дюймов × 100 дюймов.
Предполагается, что передача сдвига в примере происходит через приваренную установочную пластину (не моделируется), что предотвращает изгиб в анкерных стержнях. Элемент связи и соединение включены в модель для лучшего представления реального поведения узла. Толщина опорной пластины составляет 1,75 дюйма, принятая толщина подливки — 1,0 дюйм. Эффективная длина заделки hef равна 24,0 дюйма. Нагрузки и свойства материала показаны на Изображении 3.
Результаты
После выполнения расчёта в аддоне Стальные соединения результат для каждого узла представлен на вкладке Расчётные соотношения по узлам. Затем выберите Анкер 1,2, чтобы просмотреть детали расчётной проверки (Изображение 4).
Детали расчётной проверки содержат все формулы и ссылки на стандарты AISC 360 и ACI 318 (Изображение 5).
Результаты AISC и аддона Стальные соединения приведены ниже, включая причины расхождений.
Анкеры
Опорная пластина
В этом примере расчёт толщины опорной пластины определяется растяжением в анкерных стержнях. Согласно расчётам AISC, доступная изгибная прочность (207 кип-дюймов) значительно превышает требуемую изгибную прочность (51,9 кип-дюйма). Это означает, что толщину опорной пластины 1,75 дюйма можно уменьшить.
В аддоне Стальные соединения расчёт пластины выполняется с помощью пластического анализа путём сравнения фактической пластической деформации с допустимым пределом 5 %, указанным в конфигурации прочности. Опорная пластина толщиной 1,75 дюйма имеет эквивалентную пластическую деформацию 0,00 %, что указывает на возможность использования более тонкой пластины. Однако уменьшение толщины пластины может увеличить силы растяжения в анкерах.
Заключение
В аддоне Стальные соединения предполагается, что передача сдвига через анкерные стержни распределяется равномерно за счёт использования установочной пластины, что исключает изгиб в анкерных стержнях. Изгиб анкерных стержней в настоящее время не учитывается, но планируется в будущих версиях.
Данная статья подтверждает, что результаты аддона Стальные соединения согласуются с результатами примера из AISC Design Guide 1, что подтверждает точность модели RFEM для расчёта соединения с опорной пластиной при растяжении и сдвиге.
