Modellazione del collegamento della piastra di base
1) Nella scheda Principale , assegnare il nuovo giunto in acciaio al nodo pertinente. Esaminare la "Configurazione della resistenza" per confermare che le impostazioni predefinite sono appropriate, apportando le modifiche necessarie (Figura 01).
2) Nella scheda Componenti , selezionare "Inserisci componente all'inizio" e selezionare "Piastra di base" (Figura 02).
3) In "Impostazioni dei componenti", specificare i materiali, le dimensioni e i posizionamenti per la piastra di base, il blocco di calcestruzzo, la malta liquida, i tirafondi e le saldature. Sono disponibili anche opzioni per considerare il calcestruzzo fessurato e il trasferimento a taglio per attrito (Figura 03).
Verifiche secondo AISC 360 e ACI 318
Le forze nei tirafondi di ancoraggio si basano sull'analisi agli elementi finiti (FEA), che tiene conto delle rigidezze degli elementi di collegamento (barre di ancoraggio, piastre di base, blocco di calcestruzzo, ecc.). L'azione di leva può verificarsi quando la flessibilità della piastra di base provoca una deformazione che aumenta la trazione nelle aste di ancoraggio. Queste forze di leva sono anche considerate nel calcolo FEA.
Sono previste le seguenti verifiche per tirafondi di ancoraggio gettati in opera:
- Resistenza portante della piastra di base nei fori dei bulloni, ϕb Rnb
- Resistenza a trazione dell'acciaio del tirafondo, ϕa Nsa
- Resistenza a trazione di rottura del calcestruzzo, ϕcbt Ncbg
- Resistenza a taglio dell'acciaio del tirafondo, ϕav Vsa
- Resistenza a taglio per rottura del calcestruzzo, ϕcbv Vcbg
- Resistenza a taglio per distacco del calcestruzzo, ϕcpv Vcpg
Le seguenti verifiche saranno aggiunte in futuro:
- Resistenza a trazione di rottura del calcestruzzo per tirafondi con 11 in ≤ hef ≤ 25 in
- Resistenza a trazione per estrazione
- Resistenza alla fuori uscita del calcestruzzo sulla faccia laterale
Sono previste anche altre verifiche, tra cui la resistenza a compressione portante del calcestruzzo, la resistenza delle saldature e la deformazione plastica delle piastre di base e delle aste.
Esempio
L'esempio 4.7-11 della Design Guide AISC 1 viene presentato per verificare i risultati del modello RFEM. In questo esempio è progettato il collegamento di una piastra di base per una colonna W12x96 soggetta a compressione e momento. La colonna è collegata a una fondazione in calcestruzzo con una resistenza a compressione specificata, ƒ'c = 4.000 psi. La piastra di base ha uno spessore di 2,0 pollici con uno spessore presunto della malta di 1,0 pollici. La lunghezza efficace di ancoraggio, hef è uguale a 18,0 pollici. I carichi e le proprietà del materiale sono mostrati nell'immagine 04.
Nell'esempio, le estensioni effettive del calcestruzzo non sono fornite e si presume che ci sia un'area sufficiente per la formazione dei coni di rottura della trazione dell'asta del tirafondo rispetto alla distanza dal bordo. Per soddisfare questa ipotesi, vengono utilizzate dimensioni del blocco di calcestruzzo pari a 1.5hef + spaziatura delle aste +1.5hef (66.0 in x 72.5 in).
L'input completo per il giunto acciaio è mostrato sopra nell'immagine 03.
Risultati
Dopo aver eseguito il calcolo del giunto acciaio, il risultato per ciascun componente viene presentato nella scheda Tassi di progetto per componente. Quindi, selezionare Tirafondo 1,1 per visualizzare i dettagli della verifica (Figura 05).
I dettagli della verifica forniscono tutte le formule e i riferimenti alle norme AISC 360 e ACI 318 (Figura 06). Per chiarimenti, viene fornita anche una nota sulle verifiche escluse.
Quindi, seleziona "Risultati nel giunto acciaio" per visualizzare graficamente le forze interne dei tirafondi (Figura 07).
I risultati di AISC e Giunti acciaio sono riassunti di seguito, compresi i motivi delle discrepanze.
Tirafondi
Calcestruzzo (resistenza a carico)
La tensione portante di 2.21 ksi è presa dall'Esempio 4.7-10 con l'assunzione A1 = A2, fornendo la resistenza più bassa possibile. L'area della piastra di base è calcolata come 22 in × 24 in = 528 in2, dando una resistenza a compressione portante del calcestruzzo, ϕPp = 2,2 ksi × 528 in2 = 1166,9 kips, assumendo che l'intera area della piastra di base resista alla compressione.
Nell'add-on Giunti acciaio, ϕPp è 885,7 kips. Qui, si assume che A2 >> A1 soddisfi la resistenza a trazione di rottura. Inoltre, l'area efficace della piastra di base in compressione = 200,438 in2 si basa su FEA con una soglia di tensione di contatto impostata al 5% nella configurazione di resistenza. L'abbassamento di questa soglia (fino all'1%) aumenta l'area efficace.
Piastra di base
La verifica dello spessore della piastra di base è gestita dall'interfaccia di appoggio o di trazione. Secondo i calcoli AISC, lo spessore richiesto in base all'appoggio è 1,92 pollici (arrotondato a 2,0 pollici), che controlla il progetto, mentre lo spessore da trazione è calcolato come 0,755 pollici.
In Giunti acciaio, la verifica della piastra viene eseguita utilizzando l'analisi plastica confrontando la deformazione plastica effettiva con il limite ammissibile del 5% specificato nella configurazione di resistenza. La piastra di base di 2,0 pollici di spessore ha una deformazione plastica equivalente massima dello 0,09%, indicando che una piastra più sottile potrebbe essere sufficiente. Tuttavia, la riduzione dello spessore della piastra può aumentare le forze di trazione nei tirafondi.
Nella maggior parte dei casi, l'add-on Giunti acciaio determina una piastra di base significativamente più sottile perché tiene conto della flessibilità della piastra di base, a differenza dell'approccio nella Design Guide AISC 1, Capitolo 4.3.1, che presuppone una piastra di base rigida.
Design Guide AISC 1 Appendice B.3 [3] spiega come tenere conto della flessibilità della piastra di base può ridurre significativamente lo spessore richiesto. Lo stato limite di snervamento della piastra corrisponde alla flessione verso l'alto della piastra di base nelle posizioni presunte delle linee di snervamento sotto la pressione portante verso l'alto. Si presume che questa pressione sia costante, il che suggerisce implicitamente che la piastra di base sia rigida.
Tuttavia, per piastre di base più grandi con un ingombro elevato, questa ipotesi può portare a momenti eccessivamente grandi sulle linee di snervamento, risultando in piastre di base troppo spesse.
Questa è un'ipotesi conservativa perché una piastra di base grande è anche flessibile, in modo tale che le tensioni portanti si concentrino sotto le ali e le anime delle colonne. In realtà, questo tipo di distribuzione delle tensioni si traduce in momenti significativamente più bassi nella piastra di base, riducendo lo spessore richiesto.
Conclusione
L'add-on Giunti acciaio in RFEM 6 offre un approccio avanzato alla verifica della piastra di base considerando la flessibilità della piastra di base e le azioni di leva che possono verificarsi. Rispetto ai metodi tradizionali descritti nella Design Guide AISC 1, questo approccio si traduce spesso in progetti ottimizzati con piastre di base più sottili.
Confrontando i risultati con l'esempio AISC, l'add-on dimostra la sua capacità di fornire soluzioni precise ed economiche per i collegamenti delle piastre di base.
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