主题:
RFEM 6 中的 AISC 底板设计
注释:
在“钢结构节点”模块中现在可以使用按照 AISC 360 [1] 和 ACI 318 [2] 对底板进行设计。 本文将介绍如何轻松对底板连接进行建模，并与美国规范 AISC 设计规范 1 [3] 中的示例进行比较。
论文摘要:
底板连接建模
1) 在''基本''选项卡中，将新建的钢结构节点分配给相关节点。 检查'强度配置'，确认默认设置是合适的，并按需要进行调整（图01）。
2) 在''组件''选项卡中，'在始端插入组件'，然后选择'底板'（图02）。
3) 在“部分设置”下，可以为底板、混凝土块、灌浆、锚固件和焊缝指定材料、尺寸和布置。 可以选择考虑开裂和摩擦引起的剪力传递问题（图03）。
按照美国规范 AISC 360 和 ACI 318 进行设计验算
锚固件中的力是通过有限元分析（FEA）的方法计算得出的，考虑了连接构件（锚固件、底板、混凝土块等）的刚度。 当底板的柔性引起变形，从而增加了锚杆中的拉力时，就会产生撬动。 在有限元计算中也会考虑这些撬力。
对于现浇锚杆，请进行以下设计验算：
- 螺栓孔处的底板承载力，ϕ-bR-nb
- 锚固件抗拉承载力, ϕ-atN-sa
- 混凝土破坏拉力承载力, ϕ-cbtN-cbg
- 锚固件抗剪承载力, ϕ-avV-sa
- 混凝土破坏抗剪承载力, ϕ-cbvV-cbg
- 混凝土撬出式抗剪承载力, ϕ-cpvV-cpg
将来会增加以下设计验算：
- 11 in ≤ h-ef ≤ 25 in 的锚固件的混凝土破坏拉承载力
- 拔拔承载力
- 混凝土侧面的抗爆承载力
以及其他设计验算，例如混凝土支座的抗压承载力、焊缝承载力以及地板和杆件的塑性应变。
示例
根据 AISC 设计指南 1 中的例 4.7-11 来验证 RFEM 模型的结果。 本例题设计的是 W12x96 柱在受压和弯矩作用下的底板连接连接。 底板的厚度为 2.0 mm，假定的水泥厚度为 1.0 mm。 有效埋件长度 h-ef 等于 18.0 in。 荷载和材料属性如图 04 所示。
示例中没有给出混凝土的实际延伸范围，而是假定锚杆受拉的卸载锥体有足够的面积相对于边距形成。 为了满足该假设，使用的混凝土块尺寸为 1.5h-ef + 杆间距 +1.5h-ef (66.0 in x 72.5 in)。
钢结构节点的完整输入如上图 03 所示。
【结果】
钢结构节点计算完成后，各个组件的计算结果会显示在各组件的利用率选项卡中。 然后选择锚固1,1(图05)。
在设计验算细节中提供了所有公式并且是对规范 AISC 360 和 ACI 318 的引用（图 06）。 在表格中对不考虑的设计验算进行了说明。
接下来选择'钢结构节点结果'，可以图形方式查看锚固件的内力（图07）。
从 AISC 和钢结构节点得到的结果以及不一致的原因总结如下。
【锚固件】
'''混凝土（承压强度）'''
承压应力2.21 ksi取自示例4.7-10，并且假设A-1 = A-2，从而提供尽可能低的强度。 底板的面积可计算为 22 in × 24 in = 528 in2，混凝土支座抗压承载力 ϕP-p =2.2 ksi × 528 in2 = 1166.9 kips，假设整个底板面积都受压。
在钢结构节点模块中，将 ϕP-p 设置为 885.7 kips。 这里假定 A-2 A-1 满足抗拉承载力。 此外，受压时的有效底板面积 = 200.438 in2 基于有限元分析，在强度配置中将接触应力阈值设置为 5%。 降低该阈值（低至 1%）会增加有效面积。
'''底板'''
底板厚度的验算取决于支座界面或受拉界面。 根据 AISC 计算，需要的基于承重的厚度为 1.92 英寸（四舍五入为 2.0 英寸），该值用于设计，而计算得出的受拉厚度为 0.755 英寸。
在钢结构节点中，使用塑性分析方法将实际塑性应变与在强度配置中指定的容许极限应变的 5% 进行比较，从而进行设计。 2.0 厚的底板的最大等效塑性应变为 0.09%，这表明厚度...