Расчёт опорных плит по AISC в RFEM 6

Моделирование соединения с базовой пластиной

1) На вкладке Главное назначьте новый стальной узел на соответствующий узел. Проверьте «Конфигурацию прочности», чтобы убедиться, что настройки по умолчанию подходят, и при необходимости внесите соответствующие изменения (Изображение 01).

1 Создание нового стального соединения

2) На вкладке Компоненты выберите «Вставить компонент в начало» и выберите «Базовая пластина» (Изображение 02).

2 Вставка компонента опорной пластины

3) В разделе «Настройки компонента» укажите материалы, размеры и размещение для базовой пластины, бетонного блока, раствора, анкеров и сварных соединений (Изображение 03).

3 Настроить параметры компонентов

Раствор моделируется с использованием жестких связей в подмодели, что изменяет геометрию соединения и, следовательно, влияет на внутренние усилия (Изображение 04).

4 Инъекциооный раствор в подпорной стене культуры

Также имеется опция учета растрескивания бетона. По умолчанию ACI предполагает наличие трещин. Если можно доказать, что бетон не трескается, отключение этой опции обеспечивает более высокие прочности на вырыв, на вытяжное усилие и на вырыв на сдвиг для анкеров.

Опция «Армирование для контроля раскалывания», в соответствии с разделом 17.3.5 ACI, может быть активирована, когда предусмотрено дополнительное армирование для контроля отказа из-за раскалывания, вызванного усилиями во время установки и/или последующим крутящим моментом. При отключении этой опции программа отображает следующее предупреждение: «Армирование для контроля раскалывания не предусмотрено. Проверьте минимальные расстояния между анкерами, граничные расстояния и минимальную толщину бетона.»

Также доступны сдвиговая передача через анкеры, шлицы и трение. Дополнительная информация предоставлена в следующей статье.

• Проектирование базового соединения AISC на растяжение и срез в RFEM 6

Предлагается четыре типа анкеров: 1 устанавливаемый после монтажа и 3 встроенных (анкер с шестигранной головкой, анкер L-образной формы и анкер J-образной формы). В этом примере выбран встроенный анкер с шестигранной головкой. Также доступна опция добавления шайбы. Необходимыми параметрами являются форма (круглая или квадратная), диаметр и толщина шайбы. Эти параметры используются для расчета чистой площади опоры анкера для вычисления устойчивости к вытягиванию и боковому разрыву.

Проверка проектирования в соответствии с AISC 360 и ACI 318

Усилия в анкерных стержнях основаны на анализе конечных элементов (FEA), который учитывает жесткости соединительных элементов (анкерные стержни, базовые пластины, бетонный блок и т. д.). Потягивающее действие может возникать, когда гибкость базовой пластины вызывает деформацию, что увеличивает натяжение в анкерных стержнях. Эти потягивающие силы также учитываются в расчете FEA.

Предоставлены следующие проверки проектирования для встроенных анкерных стержней:

• Сопротивление базовой пластины на подшипнике в отверстиях под болты, ϕ_bR_nb
• Сопротивление анкерной стали на растяжение, ϕ_atN_sa
• Сопротивление бетона на разрушение на растяжение, ϕ_cbtN_cbg
• Сопротивление анкера на вытягивание, ϕ_pnN_pn
• Сопротивление бетона на боковой вырыв, ϕ_cbtN_sbg
• Сопротивление анкерной стали на сдвиг, ϕ_avV_sa
• Сопротивление бетона на разрушение на сдвиг, ϕ_cbvV_cbg
• Сопротивление бетона на сдвиг при отрыве, ϕ_cpvV_cpg

Также предоставлены другие проверки проектирования, включая сопротивление бетона на подшипнике, сопротивление сварки и пластическую деформацию базовых пластин и элементов.

Пример

Пример 4.7-11 из «AISC Design Guide 1» представлен для проверки результатов из модели RFEM. В этом примере проектируется соединение с базовой пластиной для колонны W12x96, подверженной сжатию и моменту. Колонна прикреплена к бетонному фундаменту с заданной прочностью на сжатие, ƒ'_c = 4,000 psi. Базовая пластина имеет толщину 2.0 дюйма с предполагаемой толщиной раствора 1.0 дюйм. Эффективная длина заделки, h_ef, равна 18.0 дюйма. Нагрузки и свойства материала показаны на Изображении 05.

В примере фактические размеры бетона не указаны, и предполагается, что имеется достаточно площади для формирования конусов разрушения для натяжения анкерного стержня относительно расстояний до краев. Для удовлетворения этого предположения используются размеры бетонного блока, равные 1.5h_ef + расстояние между стержнями + 1.5h_ef (66.0 дюймов x 72.5 дюймов). Полный ввод для Стального Узла показан выше на Изображении 03.

5 Пример из AISC DG1

Результаты

После выполнения расчета Стального Узла результаты для каждого компонента представлены на вкладке Коэффициенты проектирования по компонентам. Далее выберите Анкер 1,1, чтобы просмотреть подробности проверки проектирования (Изображение 06).

6 Расчётные соотношения по компопентам

Детали проверки проектирования предоставляют все формулы и ссылки на стандарты AISC 360 и ACI 318 (Изображение 07). Также дается примечание об исключенных проверках проектирования для пояснений. Далее выберите «Результаты в Стальном Узле», чтобы просмотреть внутренние силы анкеров графически (Изображение 08).

7 Детали расчётной проверки анкера

8 Результаты в стальных соединениях

Результаты из AISC и Стальных Узлов сведены ниже, включая причины расхождений.

Анкеры

9 Сравнение расчётных проверок анкеров

Бетон (сопротивление подшипнику)

Допущенное напряжение на подшипник 2.21 ksi взято из Примера 4.7-10 с предположением A₁ = A₂, обеспечивающим наименьшую возможную прочность. Площадь базовой пластины рассчитывается как 22 дюйма × 24 дюйма = 528 дюймов², что дает сопротивление бетона на подшипник ϕP_p = 2.2 ksi × 528 дюймов² = 1166.9 kips, предполагая, что вся площадь базовой пластины сопротивляется сжатию.

В дополнении Steel Joints принимается, что A₂ ≫ A₁ удовлетворяет сопротивление разрушению на растяжение. Эффективная площадь сжатия базовой пластины, A_eff, может быть определена с использованием либо анализа FEM, либо руководства по проектированию AISC Design Guide 1, Приложение B.3, где A_eff увеличивается на расстояние c = 1.5*толщины базовой пластины за пределы полок и ребер. Сообщаемое значение ϕP_p = 1242.3 kips основано на A_eff, рассчитанном по руководству Design Guide 1. Альтернативно, при использовании анализа FEM, A_eff зависит от порога контактного напряжения, указанного в Конфигурации прочности; снижение этого порога (до 1%) увеличивает эффективную площадь сжатия.

10 Подробности расчётной проверки бетонного блока

Базовая пластина

Проектирование толщины базовой пластины определяется либо подшипником, либо интерфейсом натяжения. По расчетам AISC, требуемая толщина на основе подшипника составляет 1.92 дюйма (округлено до 2.0 дюймов), что контролирует проектирование, в то время как толщина на основе натяжения рассчитывается как 0.755 дюйма.

В дополнении Steel Joints проектирование пластины выполняется с использованием пластического анализа путем сравнения фактической пластической деформации с допустимым пределом 5%, указанным в Конфигурации прочности. Базовая пластина толщиной 2.0 дюйма имеет максимальную эквивалентную пластическую деформацию 0.09%, указывающую на то, что может быть использована более тонкая пластина. Однако уменьшение толщины пластины может увеличить натяжение в анкерных стержнях.

В большинстве случаев дополнение Steel Joints приводит к значительно более тонкой базовой пластине, поскольку оно учитывает гибкость базовой пластины, в отличие от подхода в AISC Design Guide 1, Глава 4.3.1, который предполагает наличие жесткой базовой пластины.

Приложение B.3 [3] AISC Design Guide 1 объясняет, как учет гибкости базовой пластины может значительно уменьшить требуемую толщину. Состояние предела текучести пластины соответствует изгибу базовой пластины вверх в предположительных местах линий текучести под влиянием давления подшипника вверх. Это давление, в свою очередь, предполагается постоянным, что имплицитно указывает на жесткость базовой пластины. Однако для более крупных базовых пластин с большим габаритным размером, это предположение может привести к чрезмерно большим моментам в местах линий текучести, приводя к чрезмерно толстым базовым пластинам. Это консервативное предположение, поскольку большая базовая пластина также является гибкой, так что напряжения подшипника концентрируются под полками и ребрами колонны. На практике такой тип распределения напряжений приводит к значительно меньшим моментам в базовой пластине, уменьшая требуемую толщину.

Заключение

Дополение Steel Joints в RFEM 6 предлагает продвинутый подход к проектированию базовых пластин, учитывая гибкость базовой пластины и возможные потягивающие действия. По сравнению с традиционными методами, описанными в AISC Design Guide 1, этот подход часто приводит к оптимизированным проектам с более тонкими базовыми пластинами. Сравнивая результаты с примером AISC, дополнение демонстрирует свою способность предоставлять точные и экономичные решения для соединений с базовой пластиной.