建模底板连接
1) 在主选项卡中,将新的钢接头分配给相关节点。查看“强度配置”,确认默认设置是否适合,并根据需要进行调整(图01)。
2) 在组件选项卡中,选择“在开始处插入组件”并选择“底板”(图02)。
3) 在“组件设置”下,指定底板、混凝土块、灌浆、锚栓和焊缝的材料、尺寸和布置(图03)。
灌浆在子模型中使用刚性链接建模,修改连接几何结构,进而影响内力(图04)。
还可以考虑混凝土开裂现象。默认情况下,ACI假设存在开裂。如果能证明混凝土没有开裂,取消勾选此选项可以为锚栓提供更高的拉力破坏强度、拉拔强度和剪切破坏强度。也可通过锚栓、剪力凸出和摩擦进行剪力传递。更多信息请参阅以下文章。
根据AISC 360和ACI 318进行设计检查
锚杆中的力基于有限元分析(FEA),该分析考虑了连接元素(锚杆、底板、混凝土块等)的刚度。当底板的柔性导致变形增加锚杆的张力时,就会发生撬动作用。有限元分析计算中也考虑到了这些撬动力。
以下为预埋锚栓提供的设计检查:
- 底板在螺栓孔处的承载力,ϕbRnb
- 锚栓的钢拉力承载力,ϕatNsa
- 混凝土爆裂拉力承载力,ϕcbtNcbg
- 锚栓的钢剪力承载力,ϕavVsa
- 混凝土爆裂剪力承载力,ϕcbvVcbg
- 混凝土撬出剪力承载力,ϕcpvVcpg
将来将增加以下设计检查:
- 对于11 in ≤ hef ≤ 25 in的锚栓,混凝土爆裂拉力承载力
- 拉拔拉力承载力
- 混凝土侧面吹出承载力
还提供其他设计检查,包括混凝土承载压缩强度、焊接强度以及底板和构件的塑性应变。
示例
AISC设计指南1中的示例4.7-11用于验证RFEM模型的结果。在此示例中,为承受压缩和弯矩的W12x96柱设计了底板连接。该柱与具有指定抗压强度ƒ'c = 4000 psi的混凝土基础相连。假定灌浆厚度为1.0 in,底板厚2.0 in。有效锚固长度 hef等于 18.0 in。载荷和材料特性如图04所示。
在示例中,没有给出混凝土的实际范围,假设锚杆受拉破裂锥形成时相对于边缘距离有足够的面积。为满足这一假设,采用混凝土块尺寸等于1.5hef + 锚杆间距 +1.5hef (66.0 in x 72.5 in) 。钢接头的完整输入如图03所示。
结果
运行钢接头计算后,每个组件的结果在“按组件设计比率”选项卡中显示。接下来,选择锚栓1,1查看设计检查细节(图05)。
设计检查详情提供了所有公式和AISC 360及ACI 318标准的参考(图06)。还提供了有关排除设计检查的说明以供说明。接下来,选择“在钢接头中查看结果”以图形方式查看锚栓的内力(图07)。
AISC和钢接头的结果在下方汇总,包括差异原因。
锚栓
混凝土(承载强度)
假设条件A1 = A2,提供最低可能强度,从示例4.7-10中得出2.21 ksi 的承载应力。底板面积计算为22 in × 24 in = 528 in2,假定整个底板面积承载压缩,提供混凝土承载压缩承载力,ϕPp =2.2 ksi × 528 in2 = 1166.9 kips。 在钢接头插件中,ϕPp为885.7 kips。这里假设A2 >> A1满足爆裂拉力承载力。此外,基于有限元分析的有效底板压缩面积 = 200.438 in2,在强度配置中接触应力阈值设定为5%。降低该阈值(低至1%)可以增加有效面积。 '''底板''' 底板厚度设计由承载或张力接口支配。根据AISC计算,基于承载的所需厚度为1.92 in(四舍五入为2.0 in),这控制了设计,而基于张力的厚度为0.755 in。 在钢接头中,通过将实际塑性应变与强度配置中指定的5%允许极限进行比较来进行塑性分析。2.0-inch厚底板的最大等效塑性应变为0.09%,表明较薄的板可能足够。然而,减少板厚可能会增加锚栓中的张力。 在大多数情况下,钢接头插件由于考虑到了底板的柔性,比AISC设计指南1第4.3.1章中假设刚性底板的做法,结果显著减少了底板厚度。 AISC设计指南1附录B.3 [3]解释了如何考虑底板柔性可显着降低所需厚度。板屈服极限状态对应于底板在假定的受力线处的上弯曲。该压力反过来假设是恒定的,这暗示底板是刚性的。然而,对于具有较大占地面积的较大底板,此假设可能导致在屈服线处产生过大的力矩,从而导致底板过厚。这是保守的假设,因为较大的底板同时也是柔性的,因此承载应力集中在柱翼缘和腹板下。实际上,这种应力分布类型显著降低了底板中的力矩,减少了所需厚度。 == 结论 == RFEM 6中的钢接头插件通过考虑底板的柔性和可能发生的撬动作用,提供了底板设计的高级方法。与AISC设计指南1中概述的传统方法相比,这种方法通常会导致更优的设计和较薄的底板。通过将结果与AISC示例进行比较,插件展示了其为底板连接提供精确和经济解决方案的能力。