Talplemez kapcsolatok (AISC)

Mark D. Denavit és Kayla Truman-Jarrell készítette ezt az ellenőrzési példát az University of Tennessee és az IDEA StatiCa közös projektjeként.

1 Leírás

Ez a cikk összehasonlítást mutat be a komponens alapú végeselem-módszer (CBFEM) és az amerikai gyakorlatban alkalmazott hagyományos számítási módszerek eredményei között talplemez kapcsolatok esetén. Három terhelési feltételt értékelnek: koncentrikus tengelyirányú nyomóterhelés, nyíróterhelés, valamint kombinált tengelyirányú nyomóterhelés és nyomaték. Az 1. ábra a vizsgált oszlop–talplemez kapcsolat sematikus rajzát mutatja.

A hagyományos számítási módszerek az AISC Design Guide 1 (Fisher és Kloiber 2006) ajánlásain alapulnak. Az útmutatóban szereplő ajánlások a talplemez viselkedésére vonatkozó egyszerűsítő feltételezéseken alapulnak, amelyek erősen konzervatív eredményekhez vezethetnek, ha a talplemez folyása után a nyomófeszültség újraeloszlása lehetséges, vagy nem konzervatív eredményekhez, ha a horgányrudakban lévő húzóerőket alábecsülik. Különösen az egyenletesen elosztott nyomófeszültség feltételezése (azaz merev talplemez) gyakran pontatlan, mivel a talplemez rugalmassága nem egyenletes feszültségeloszlást eredményez (Fitz et al. 2018). Ennek megfelelően a kevésbé konzervatív alternatív feltételezéseken alapuló hagyományos számítások eredményei is bemutatásra kerülnek. Mindkét esetben a számításokat az AISC Specification (2016) terhelési és teherbírási tényezős tervezési (LRFD) előírásaival összhangban végezték. Az ACI Code (2019) szintén tartalmaz a talplemez kapcsolatok szilárdságára vonatkozó előírásokat. A beton határállapotokat – a beton nyomószilárdságán kívül – ebben a tanulmányban elkerülték, és az ACI Code beton nyomószilárdságra vonatkozó előírásai megegyeznek az AISC Specification előírásaival.

A CBFEM eredményeket az IDEA StatiCa 22.1-es verziójából nyerték. A maximálisan megengedett terheléseket iteratívan határozták meg, az alkalmazott terhelési bemenetet olyan értékre állítva, amelyet a program biztonságosnak ítél, de ha kis mértékben (pl. 1 kip) növelik, a program nem biztonságosnak minősíti. A csomópont tervezési teherbírása elemzési típus segíthet a maximálisan megengedett terhelések meghatározásában. Azonban a csomópont tervezési teherbírásának értékelésében bizonyos közelítés alkalmazott, ezért a jelen jelentés összes eredménye a Feszültség-Alakváltozás elemzési típuson alapul.

1. ábra A talplemez kapcsolat sematikus rajza széles övű oszloppal. A HSS oszlophoz tartozó talplemez hasonló

2 Koncentrikus tengelyirányú nyomóterhelés

Először a koncentrikus tengelyirányú nyomóterhelésnek kitett talplemezeket vizsgálják. Az erre a terhelési feltételre értékelt határállapotok a beton zúzódása és a talplemez hajlítási folyása. Két esetet vizsgálnak: egyet téglalap keresztmetszetű HSS oszloppal és egyet széles övű oszloppal.

A téglalap keresztmetszetű HSS oszlopos esetben az oszlopszelvény HSS10x4x5/8 volt (ASTM A500 Gr. C, F_y = 50 ksi), a lemez négyzetes alaprajzi méretekkel 12 in. × 12 in., vastagsága 0,25 in.-től 2,50 in.-ig változott, és az acél megfelelt az ASTM A36 szabványnak (F_y = 36 ksi). A horgányrudak átmérője 3/4 in. volt (ASTM F1554 Gr. 36, F_y = 36 ksi), és a peremtávolságuk c₁ = 1 in. volt. A horgányrudak furatainak átmérője 1-5/16 in. volt az AISC Manual (2017) 14-2. táblázatának ajánlásaival összhangban. A talplemez közvetlenül a betonra támaszkodik (f'_c= 4 ksi). A beton alaprajzi területe nagy volt, így a maximálisan megengedett nyomószilárdság alkalmazható (azaz \(\sqrt{A_2/A_1} \ge 2\)). A talplemez kapcsolat háromdimenziós nézete a 2. ábrán látható.

2. ábra A talplemez háromdimenziós nézete HSS oszloppal

A talplemez kapcsolatra biztonságosan alkalmazható maximális számított tengelyirányú nyomóterhelések, amelyeket az IDEA StatiCa és a hagyományos számítások alapján határoztak meg, a 3. ábrán láthatók. Vastag talplemezek esetén, azaz t_p ≥ 2,25 in., a hagyományos eredmények és az IDEA StatiCa eredményei majdnem azonosak. Ezekben az esetekben a nyomószilárdság szabályozza a teherbírást, és a talplemez teljes területe érintkezik a betonnal. A hagyományos módszer és az IDEA StatiCa eredményei közötti kis eltérés oka az, hogy az IDEA StatiCa figyelembe veszi a horgányrudak furatait a nyomóterület kiszámításakor, míg a furatok miatti területcsökkentést a hagyományos módszerben általában elhanyagolják.

3. ábra Maximális számított nyomóerő vs. lemezvastagság HSS oszlopos talplemez esetén

Vékonyabb talplemezek esetén a hagyományos számítások és az IDEA StatiCa eredményei jelentősen eltérnek. Ezekben az esetekben a hagyományos számításokat a talplemez hajlítása szabályozza, míg az IDEA StatiCa-ban a meghatározó határállapot a beton zúzódása. Az AISC Design Guide 1-ben feltételezett egyenletesen elosztott nyomófeszültség nagy hajlítási igénybevételt eredményez a talplemezben. Azonban a talplemez, különösen vékony esetén, rugalmas és deformálódik, ami az oszlop alatt koncentrálódó nyomófeszültség-eloszlást eredményez, ahogy a 4. ábrán látható. A talplemez folyása tovább növeli a talplemez rugalmasságát és korlátozza a nyomófeszültséget a talplemez szélein. Ezt a viselkedést az IDEA StatiCa explicit módon modellezi. Így, bár a talplemez folyása bekövetkezik, a talplemez plasztikus alakváltozása soha nem éri el az 5%-os határt, és a beton szilárdsága szabályoz.

4. ábra Nyomófeszültség-eloszlás az IDEA StatiCa-ból HSS oszlopos talplemez esetén. A sraffozás az A₂ területet jelöli és a nézeten túl is kiterjed

A különbségek további vizsgálatához a hagyományos számításokat rugalmas talplemezzel jobban összhangban lévő feltételezésekkel megismételték. Ezekhez az alternatív hagyományos számításokhoz feltételezett feszültségeloszlás az 5. ábrán látható. A nyomófeszültség egyenletes, de csak a talplemez egy részén. A nyomófeszültség nagysága egyenlő az AISC Specification (2016) által megengedett maximummal (azaz \(\phi 1.7 f'_c\),  figyelembe véve, hogy a beton alaprajzi területe nagy). A nyomóterület szélessége az alkalmazott terheléstől és a nyomófeszültségtől függ. Ezekben a számításokban a folyási vonalak helyzete megegyezett az AISC Design Guide 1-ben ajánlottakkal. Bár ez az alternatív feltételezés a nyomófeszültség eloszlására vonatkozóan eltér az útmutatóban bemutatottól, az AISC Specification (2016) előírásainak továbbra is megfelel. Az alternatív nyomófeszültség-feltételezés másik értelmezési módja az, hogy a talplemeznek a beton nyomásához szükségesnél nagyobb részét elhanyagolják.

5. ábra Feltételezett nyomófeszültség-eloszlás a hagyományos (rugalmas) számításokhoz HSS oszlopos talplemez esetén

Az alternatív hagyományos számításokkal meghatározott maximális számított tengelyirányú nyomóterhelések a 3. ábrán láthatók. Az alternatív nyomófeszültség-feltételezés alkalmazása az AISC Design Guide 1 feltételezéseit alkalmazóknál jóval nagyobb teherbírásokat eredményez. Mivel mindkét feltételezéskészlet érvényes, ez azt jelzi, hogy az egyenletes nyomófeszültség feltételezése a teljes talplemezre konzervatív azon talplemezek esetén, amelyek mérete meghaladja a nyomáshoz szükségest. Az IDEA StatiCa-ból kapott teherbírások még mindig nagyobbak az alternatív feltételezést alkalmazó hagyományos számítások teherbírásainál. Ennek oka az, hogy az IDEA StatiCa-ban a nyomófeszültség-eloszlás nem egyenletes (4. ábra). A feszültségek az oszlop közelében koncentrálódnak, így kisebb hajlítási igénybevételt helyeznek a lemezre. Bár ez a viselkedés fizikailag reális, kézi számításokkal nehéz megragadni.

A HSS talplemez kapcsolat geometriája egyszerűvé teszi a talplemez hajlítási igénybevételének kiszámítását a nyomófeszültség-eloszlás reálisabb feltételezéseivel. Ilyen számítások széles övű oszlopok esetén nehezebbek, de az egyenletes nyomófeszültség-eloszlás feltételezése hasonlóan konzervatív. Ennek vizsgálatához további elemzéseket végeztek egy W12x120 (ASTM A992, F_y = 50 ksi) oszloppal, 18 in. × 18 in. alaprajzi méretű négyzetes talplemezen, amelynek vastagsága 0,25 in.-től 3,00 in.-ig változott, és az acél megfelelt az ASTM A36 szabványnak (F_y = 36 ksi). A horgányrudak átmérője 3/4 in. volt (ASTM F1554 Gr. 36, F_y = 36 ksi), és a peremtávolságuk c₁ = 1,5 in. volt. A horgányrudak furatainak átmérője 1-5/16 in. volt az AISC Manual (2017) 14-2. táblázatának ajánlásaival összhangban. A talplemez közvetlenül a betonra támaszkodik (f'_c= 4 ksi). A beton alaprajzi területe nagy volt, így a maximálisan megengedett nyomószilárdság alkalmazható (azaz \(\sqrt{A_2/A_1} \ge 2\)).

A talplemez kapcsolatra biztonságosan alkalmazható maximális számított tengelyirányú nyomóterhelések, amelyeket az IDEA StatiCa és a hagyományos számítások alapján határoztak meg, a 6. ábrán láthatók. Vastag talplemezek esetén, azaz t_p ≥ 2,25 in., a hagyományos eredmények és az IDEA StatiCa eredményei majdnem azonosak. Csakúgy, mint a HSS oszlopos talplemez esetén, az eltérés a horgányrudak furatainak eltérő kezeléséből adódik a nyomóterület kiszámításakor.

6. ábra Maximális számított nyomóerő vs. lemezvastagság széles övű oszlopos talplemez esetén

Szintén a HSS oszlopos talplemezhez hasonlóan, vékonyabb talplemezek esetén jelentős teherbírási különbség figyelhető meg. A különbség fő forrása a hagyományos számításokban feltételezett egyenletes nyomófeszültség a teljes talplemezre. A hagyományos számítások alternatív megközelítése, az európai gyakorlaton alapulva, az egyenletes nyomófeszültség feltételezése csak a talplemez egy részére. A nyomófeszültségnek kitett talplemezrész az oszlop keresztmetszetét c mérettel kiterjesztve adódik, ahogy a 7. ábrán látható.

7. ábra Feltételezett nyomóterület a hagyományos (rugalmas) számításokhoz széles övű oszlopos talplemez esetén

Az európai gyakorlatban a c méret egy konzolgerenda-analógián alapul, mint a maximálisan egyenletesen terhelt hossz, amely a nyomófeszültséget folyás nélkül képes hordani. A c méret értéke meghatározható ezen fogalom alkalmazásával erre a példára és az amerikai gyakorlatban alkalmazott számításokra. A konzolgerenda-analógia a 8. ábrán látható.Az egyenletes nyomófeszültség egyenlő a beton nyomószilárdságának 1,7-szeresével, mivel a beton alaprajzi területe nagy ebben a példában (azaz \(\sqrt{A_2/A_1} \ge 2\)). A tervezési nyomófeszültség \(\phi F_p = 1.105 f'_c\) a beton zúzódásának 0,65-ös ellenállási tényezőjének alkalmazása után. Az ebből adódó szükséges nyomatéki teherbírás a támasznál a konzol egységnyi szélességére vonatkoztatva:

\[M_u=1.105f'_c \frac{c^2}{2}\]

A rendelkezésre álló nyomatéki teherbírás a hajlítási folyás határállapotára a konzol egységnyi szélességére vonatkoztatva:

\[\phi M_n=0.9F_y \frac{t_p^2}{4}\]

A szükséges és rendelkezésre álló nyomatéki teherbírások egyenlővé tételéből (azaz \(M_u=\phi M_n\)) a c értékére egy egyenlet adódik a lemezvastagság függvényében.

\[c=0.638t_p \sqrt{\frac{F_y}{f'_c}}\]

A jelen példában alkalmazott anyagszilárdsági értékek esetén, F_y = 36 ksi és f'_c = 4 ksi, a c értéke 1,91t_p, azaz a c/t_p arány = 1,91.

8. ábra Konzolgerenda-analógia a c méret meghatározásához

Steenhuis et al. (2008) értékelte a talplemez és a betonalapozás relatív merevségét, és a c/t_p = 1,5 arányt javasolta. Az arány egy másik lehetséges értéke c/t_p = 2,5, az acélszerkezeti tervezés más területein feltételezett 2,5:1 terheléseloszlási meredekségen alapulva, pl. az AISC Specification (2016) J10.2 szakaszának gerinc helyi folyására vonatkozó előírásaiban.

A talplemez teherbírásai a három különböző c/t_p arányok a talplemez teherbírásait az IDEA StatiCa eredményeivel és a merev talplemez feltételezésén alapuló hagyományos számítási eredményekkel együtt a 9. ábrán mutatják. Vékonyabb talplemezek esetén az alternatív nyomófeszültség-eloszlás az AISC Design Guide 1 feltételezéseit alkalmazóknál nagyobb maximális számított terheléseket tesz lehetővé. A teherbírások közelebb vannak az IDEA StatiCa teherbírásaihoz, de az IDEA StatiCa még mindig nagyobb teherbírást mutat. Ennek két fő oka van. Először is, a talplemez nem konzolként viselkedik az oszlop övlemezei között. A konzolgerenda-analógián alapuló nyomófeszültség-eloszlás alkalmazása az övlemezek közötti területen konzervatív. Másodszor, az IDEA StatiCa nem alkalmaz egyenletes nyomófeszültséget, még a nyomóterületen belül sem.

9. ábra Maximális számított nyomóerő vs. lemezvastagság széles övű oszlopos talplemez esetén, rugalmas talplemezzel végzett hagyományos számításokkal együtt

Az IDEA StatiCa-ban a nyomófeszültség eloszlása a talplemez és a betonalapozás relatív merevségéből adódik. A nyomófeszültség közvetlenül az oszlop gerinc és övlemezek alatt a legnagyobb, és ezektől az elemektől távolodva csökken, ahogy a 10. ábrán látható. Így a nyomófeszültség eloszlása nem egyenletes, ahogy a konzolgerenda-analógiában feltételezik. Emellett a csúcs nyomófeszültség meghaladhatja a tervezésben alkalmazott egyenletes nyomófeszültséget, mivel az IDEA StatiCa a kihasználtsági arányt a nyomóterületen belüli átlagos nyomófeszültség alapján értékeli. A nyomóterületet az IDEA StatiCa a maximális nyomófeszültség egy töredékénél nagyobb nyomófeszültséggel rendelkező területként határozza meg. Ez a töredék, amelyet feszültség-levágási aránynak neveznek, alapértelmezés szerint 0,1, de a felhasználó a kódbeállítási menüben módosíthatja. Eltérő feszültség-levágási arány alkalmazása eltérő eredményeket ad. Az IDEA StatiCa szerinti maximális számított nyomóerő 0,4-es feszültség-levágási arány alkalmazásával a 9. ábrán látható.

10. ábra Nyomófeszültség-eloszlás az IDEA StatiCa-ból széles övű oszlopos talplemez esetén. A sraffozás az A₂ területet jelöli és a nézeten túl is kiterjed

Az egyenletes nyomófeszültség alkalmazása a teljes talplemezre azon talplemezek esetén, amelyek mérete meghaladja a nyomáshoz szükségest, egyértelműen konzervatív. A talplemez rugalmasságát figyelembe vevő alternatív megközelítések még mindig tartalmaznak egyszerűsítő feltételezéseket a kézi számítás lehetővé tétele érdekében. Bár az IDEA StatiCa mindkét módszernél nagyobb teherbírásokat ad, reális viselkedési feltételezéseken alapul, és a nyomószilárdság ellenőrzései az AISC Specification előírásaival összhangban végzik. Azok a mérnökök, akik a kézi számításokhoz jobban illeszkedő eredményeket kívánnak, az IDEA StatiCa-ban a feszültség-levágási arányt 0,4-re állíthatják.

3 Nyíróterhelés

Ebben a szakaszban a nyíróterhelésnek kitett talplemezeket vizsgálják. A nyírás átadása a talplemezről a betonra több mechanizmuson keresztül történhet, beleértve a súrlódást, a talplemez vagy a nyírófog betonra való támaszkodását, valamint a horgányrudakban lévő nyírást. Ez a tanulmány csak a horgányrudakban lévő nyírás mechanizmusát vizsgálja.

Ahogy az AISC Design Guide 1-ben megjegyezték, a horgányrudak nyírásra való tervezése a kapcsolat részleteitől és a megfelelő teherpályától függ. A talplemezekben a horgányrudak furatai általában nagyobb tűréssel rendelkeznek, mint a csavarfuratok, hogy lehetővé tegyék a rudak elhelyezési pontatlanságát. A talplemezekben a horgányrudak furatainak ajánlott méretei az AISC Manual (2017) 14-2. táblázatában találhatók. A csúszás elkerülése és a nyírás egyenletes elosztása érdekében az összes horgányrudra egy beállítólemez helyezhető a talplemez alá, vagy alátétlemezek helyezhetők a talplemez fölé (és a horgányrúd anyái alá). Miután a beállítólemez vagy az alátétlemezek a talplemezhez vannak hegesztve, a nyírás egyenletesen kerül átadásra minden egyes horgányrudra. Ha azonban alátétlemezeket alkalmaznak, a talplemezen belüli horgányrúd hajlítását figyelembe kell venni a tervezésben.

Az IDEA StatiCa nem veszi figyelembe a horgányrúd hajlítását a talplemezen belül. Egy sor elemzést végeztek ennek a hajlításnak a hatásának bemutatására. Az elemzéseket egy W12x120 (ASTM A992, F_y = 50 ksi) oszloppal végezték, 18 in. × 18 in. alaprajzi méretű négyzetes talplemezen, amelynek vastagsága 0,25 in.-től 2,50 in.-ig változott, és az acél megfelelt az ASTM A36 szabványnak (F_y = 36 ksi). A horgányrudak átmérője 3/4 in.volt (ASTM F1554 Gr. 36, F_y = 36 ksi) a nyírási síkból ki nem zárt menetekkel, és a peremtávolságuk c₁ = 1,5 in. volt. A horgányrudak furatainak átmérője 1-5/16 in. volt az AISC Manual (2017) 14-2. táblázatának ajánlásaival összhangban. A talplemez feltételezetten egy 2 in. vastag habarcsrétegen (kötőrétegen) támaszkodik a beton felett (f'_c= 4 ksi). A beton alaprajzi területe nagy volt, így a peremhatásokat nem kellett figyelembe venni. A nyírást a talplemez tetején lévő zéró nyomatékú ponttal alkalmazták.

Az IDEA StatiCa és a hagyományos számítások alapján meghatározott maximális számított nyíróterhelések a 11. ábrán láthatók. Az IDEA StatiCa eredményei közel állandók, a maximális számított nyíróterhelés 24 kip. Ez az érték a négy horgányrúd rendelkezésre álló nyírási teherbírása, amelyre az ACI Code (2019) által habarcsrétegen lévő talplemezekre előírt 0,8-as csökkentési tényezőt alkalmazták. Ez a teherbírás megfelelő, ha beállítólemezt alkalmaznak, vagy a horgányrúd furatai nem rendelkeznek nagy tűréssel. Ha azonban alátétlemezeket alkalmaznak, a teherbírás csökken a talplemez vastagságának növekedésével. A hagyományos számításokat az AISC Design Guide 1 4.11. példájában leírt eljárás szerint végezték, beleértve az alátétlemez középpontjától a habarcsréteg tetejéig mért távolság felének megfelelő hajlítási karhosszt. Az AISC Design Guide 1 ajánlásának megfelelően az ACI Code (2019)-ben meghatározott habarcsrétegen lévő talplemezekre vonatkozó 0,8-as csökkentési tényezőt nem alkalmazták. Ebben az esetben az AISC Design Guide 1 szerinti hagyományos megközelítés 3/8 in. és vastagabb talplemezek esetén kisebb maximális számított nyíróterhelést eredményez, mint az IDEA StatiCa. Ha hegesztett alátétlemezekkel ellátott talplemezeket vagy más olyan részleteket alkalmaznak, amelyek lehetővé teszik a horgányrudak jelentős hajlítását a talplemezen belül, ajánlott az ellenőrzéseket az IDEA StatiCa-n kívül elvégezni.

11. ábra Maximális számított nyíróterhelés vs. lemezvastagság

4 Kombinált tengelyirányú nyomóterhelés és nyomaték

Ebben a szakaszban a kombinált tengelyirányú nyomóterhelésnek és nyomatéknak kitett talplemezeket vizsgálják. Az erre a terhelési feltételre értékelt határállapotok a beton nyomása, a talplemez hajlítási folyása, a horgányrúd húzási folyása és a szerkezeti elem szilárdsága.

Az elemzéseket egy W12x120 (ASTM A992, F_y = 50 ksi) oszloppal végezték, 20 in. × 20 in. alaprajzi méretű négyzetes talplemezen, amelynek vastagsága 0,5 in.-től 2,50 in.-ig változott, és az acél megfelelt az ASTM A36 szabványnak (F_y = 36 ksi). A horgányrudak átmérője 1 in. volt (ASTM F1554 Gr. 55, F_y = 55 ksi), elegendő mélységre beágyazva a betonba, hogy a horgányrúd húzási szilárdsága szabályozzon az összes beton húzási tönkremeneteli móddal szemben. A horgányrudak peremtávolsága c₁ = 2 in. volt. A horgányrudak furatainak átmérője 1-7/8 in. volt az AISC Manual (2017) 14-2. táblázatának ajánlásaival összhangban. A talplemez feltételezetten egy 2 in. vastag habarcsrétegen (kötőrétegen) támaszkodik a beton felett (f'_c= 4 ksi). A beton alaprajzi területe nagy volt, így a peremhatásokat nem kellett figyelembe venni, és a maximálisan megengedett nyomószilárdság alkalmazható (azaz \(\sqrt{A_2/A_1} \ge 2\)).

Az alkalmazott tengelyirányú nyomóterhelést 100 kip értéken tartották állandóan, és meghatározták az egyidejűleg alkalmazható maximális hajlítási nyomatékot. A maximális számított hajlítási nyomaték a 12. ábrán látható. Az IDEA StatiCa esetén a talplemez húzott oldalán lévő plasztikus alakváltozási korlát szabályozta a kapcsolat teherbírását 0,5 in. vastag talplemez esetén. A 0,625 in. vastag talplemezzel rendelkező kapcsolat esetén egy érdekes határállapot, a beton zúzódása szabályozott, mivel a talplemez húzott oldalának sarkait a horgányok lehajlították a betonba, ahogy a 13. ábrán látható. A horgányok húzási szilárdsága körülbelül 5%-kal nagyobb alkalmazott nyomatéknál éretett el. A horgányok húzási szilárdsága szabályozott az összes többi kapcsolat esetén (azaz t_p ≥ 0,75 in.). A hagyományos számítások esetén a talplemez nyomott oldalán lévő hajlítási folyás szabályozta a kapcsolatok teherbírását 1,5 in. és kisebb lemezvastagság esetén, egyébként a horgányrúd húzási szilárdsága szabályozott.

12. ábra Maximális számított nyomaték vs. lemezvastagság 100 kip tengelyirányú nyomóterheléssel rendelkező talplemez esetén

13. ábra Deformált alak (méretarány = 5) és beton nyomófeszültség a 0,625 in. vastag talplemezzel rendelkező talplemez kapcsolat esetén. Megjegyzés: nyomófeszültségek a talplemez húzott oldalának sarkainál

Ahol a talplemez hajlítása szabályozta a hagyományos számításokat, a maximálisan megengedett számított nyomatékok kisebbek voltak a hagyományos módszer esetén, mint az IDEA StatiCa esetén. Ennek az eredménynek az oka hasonló a koncentrikus tengelyirányú terhelésnek kitett talplemezekéhez, konkrétan az, hogy a feltételezett nyomófeszültség-eloszlás konzervatív, és nem veszi figyelembe a talplemez megnövekedett rugalmasságát folyás esetén. Rugalmas talplemezek értékelésére tengelyirányú nyomás és hajlítás esetén hagyományos számítási módszereket fejlesztettek ki, és ezeket az IDEA StatiCa-val más tanulmányokban hasonlították össze.

Ezzel szemben, ahol a horgányrúd húzási teherbírása szabályozta a hagyományos számításokat, a maximálisan megengedett számított terhelések kissé nagyobbak voltak a hagyományos módszer esetén, mint az IDEA StatiCa esetén. A horgányrudak rendelkezésre álló húzási szilárdsága kissé nagyobb a hagyományos számításokban, mivel az az AISC Design Guide 1 ajánlásain alapul, míg az IDEA StatiCa az ACI Code előírásain alapul. A két megközelítés a feltételezett nyomófeszültség-eloszlásban is eltér, ami kissé eltérő karhosszt eredményez a horgányrúd és a nyomóerő súlypontja között kialakuló erőpár esetén.

5 Összefoglalás

Ez a tanulmány összehasonlította a talplemez kapcsolatok tervezését az amerikai gyakorlatban alkalmazott hagyományos számítási módszerekkel és az IDEA StatiCa-val. A tanulmány főbb megfigyelései a következők:

• Vastag talplemezek esetén, amelyek jobban megfelelnek a merev talplemez feltételezésének, az IDEA StatiCa az AISC Design Guide 1-ben bemutatott hagyományos számításokhoz hasonló teherbírásokat ad.
• Vékonyabb talplemezek esetén, ahol a nyomófeszültségek miatti hajlítási folyás szabályoz, az IDEA StatiCa jelentősen nagyobb teherbírásokat adhat a hagyományos számításoknál, mivel a nyomófeszültségek eloszlása explicit módon kerül kiszámításra, és a talplemez folyásának megindulásával újraeloszlik.
• Az IDEA StatiCa helyesen számítja a horgányrudak nyírási szilárdságát, de elhanyagolja a nyírási szilárdság lehetséges csökkenését a horgányrúd talplemezen belüli hajlítása miatt, amely bizonyos talplemez-konfigurációkban előfordulhat (pl. hegesztett alátétlemezekkel ellátott talplemezek).

Hivatkozások

ACI. (2019). Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. American Concrete Institute, Farmington Hills, MI.

AISC. (2016). Specification for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

AISC. (2017). Steel Construction Manual, 15th Edition. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

Fisher, J., and Kloiber, L. (2006). Base Plate and Anchor Rode Design, 2nd Edition. Design Guide 1, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

Fitz, M., Appl, J., Geibig, O. (2018). "Comprehensive base plate and anchor design based on realistic behavior – new design software based on realistic assumptions." Stahlbau 87(12), 1179-1186. [Németül] https://doi.org/10.1002/stab.201800036

Steenhuis, M., Wald, F., Sokol, Z., and Stark, J. (2008). "Concrete in Compression and Base Plate in Bending." Heron, 53(1/2), 51–68.