Дизайн базового соединения в соответствии с AISC 360 [1] и ACI 318 [2] может быть выполнен с использованием дополнения Steel Joints. Предыдущая статья из базы знаний, приведенная ниже, содержит рабочий процесс моделирования, список применимых проверок и пример дизайна соединения базовой плиты под воздействием "сжатия и момента".
В этой статье представлен дизайн базового соединения под воздействием растяжения и сдвига. Для проверки результатов из модели RFEM используется пример 4.7-7 из AISC Design Guide 1 [3].
Передача сдвига
Для открытого базового соединения как передается сдвиговая нагрузка от колонны в бетон? Согласно AISC Design Guide 1 [3], существуют три способа передачи сдвига от колонны и/или косынки в бетон:
1) Через трение, когда присутствует сжатие, как показано в Примере 4.7-8 DG 1.
- Сжимающая нагрузка создает трение между базовой плитой и поверхностью раствора/бетона, которое можно использовать для передачи сдвига в бетон. Это сжатие считается силой зажима, которая создает сопротивление сдвигу в перпендикулярном направлении. Прочность на сдвиг за счет трения можно рассчитать в соответствии с Уравнением 4-30 из AISC DG 1.
- В RFEM бетонный блок представлен поверхностной опорой, которую можно просмотреть в подмодели. Включение опции "Учитывать трение" активирует трение в пределах поверхностной опоры, позволяя ей передавать часть сдвиговой силы (Изображение 1). Оставшаяся сдвиговая сила переносится анкерными болтами или ребрами на сдвиг. Проверка на ограничение проектной прочности на сдвиг согласно Уравнению 4-30 в RFEM не выполняется.
2) Использование ребер на сдвиг, как показано в Примерах 4.7-4 и 4.7-5 DG 1.
3) Через сдвиг в анкерных болтах. Доступны следующие методы строительства:
- Анкерные болты сами по себе с увеличенными отверстиями (неравное распределение сдвига).
- Шайбы с обычными отверстиями привариваются к верхней части базовой плиты для обеспечения равномерной передачи сдвига, как показано в Примере 4.7-6 DG 1. Эта конфигурация допускает значительное изгибание в анкерных болтах, что в настоящее время не учитывается в RFEM. В будущих обновлениях будут включены проверки изгибания анкерных болтов.
- Установочная плита с обычными отверстиями, полево приваренная к нижней части базовой плиты для равномерного распределения сдвига на все анкерные болты. Установочная плита предотвращает изгиб в анкерных болтах, 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 проектируется соединение базовой плиты для колонки W21x83, подверженной растяжению и сдвигу. Колонка прикреплена к бетонному фундаменту с определенной прочностью на сжатие, ƒ'c = 5,000 psi. Фактические размеры бетона не указаны, и предполагается, что базовая плита не расположена рядом с краями бетона. Для отражения этого смоделирован большой бетонный блок размером 175 in × 175 in × 100 in.
Передача сдвига в примере предполагается через сваренную установочную плиту (не моделируется), которая предотвращает изгиб в анкерных болтах. Элемент связи и соединение включены в модель для лучшего представления реалистичного поведения узла. Базовая плита имеет толщину 1,75 in с предполагаемой толщиной раствора 1,0 in. Эффективная длина заделки, hef, равна 24,0 in. Нагрузки и свойства материалов показаны на Изображении 3.
Результаты
После выполнения расчета Steel Joints результаты для каждого компонента представлены вкладке "Отношения проектирования по компонентам". Основные проверки описаны. Далее выберите Anchor 1.2, чтобы просмотреть детали проверки проектирования (Изображение 4).
Детали проверки проектирования предоставляют все формулы и ссылки на стандарты AISC 360 и ACI 318 (Изображение 5). Примечание об исключенных проверках проектирования также предоставлено для разъяснения.
Результаты от AISC и Steel Joints суммируются ниже, включая причины расхождений.
Анкера
Базовая плита
В этом примере проектирование толщины базовой плиты определяется растяжением в анкерных болтах. Согласно расчетам AISC, доступная прочность на изгиб (207 kip-in) значительно превышает требуемую прочность на изгиб (51.9 kip-in). Это говорит о том, что толщину базовой плиты в 1,75 in можно уменьшить.
В Steel Joints проектирование плиты выполняется с использованием пластического анализа, сравнивая фактическое пластическое деформирование с допустимым пределом 5%, указанным в конфигурации прочности. Базовая плита толщиной 1,75 in имеет эквивалентное пластическое деформирование 0,00%, указывая на то, что может быть использована более тонкая плита. Однако уменьшение толщины плиты может увеличить силы растяжения в анкерах.
Заключение
В дополнении Steel Joints предполагается, что передача сдвига через анкерные болты распределяется равномерно с использованием установочной плиты, что исключает изгиб в анкерных болтах. Хотя изгиб анкерных болтов в настоящее время не учитывается, это планируется для будущего выпуска.
Эта статья подтверждает, что результаты из дополнения Steel Joints соответствуют результатам примера из AISC Design Guide 1, подтверждая точность модели RFEM для проектирования базового соединения при растяжении и сдвиге.
