Collegamenti con piastra di base (AISC)

Mark D. Denavit e Kayla Truman-Jarrell hanno preparato questo esempio di verifica nell'ambito di un progetto congiunto tra The University of Tennessee e IDEA StatiCa.

1 Descrizione

In questo articolo viene presentato un confronto tra i risultati del metodo degli elementi finiti basato sui componenti (CBFEM) e i metodi di calcolo tradizionali utilizzati nella pratica statunitense per i collegamenti con piastra di base. Vengono valutate tre condizioni di carico: carico assiale di compressione concentrico, carico di taglio e combinazione di carico assiale di compressione e momento. Uno schema del collegamento colonna-piastra di base analizzato è mostrato in Fig. 1.

I metodi di calcolo tradizionali si basano sulle raccomandazioni presentate nell'AISC Design Guide 1 (Fisher e Kloiber 2006). Le raccomandazioni di questa guida si fondano su ipotesi semplificative del comportamento della piastra di base che possono portare a risultati molto conservativi se è possibile la ridistribuzione della tensione di appoggio dopo la plasticizzazione della piastra di base, oppure a risultati non conservativi se le forze di trazione nelle barre di ancoraggio vengono sottostimate. In particolare, l'ipotesi di tensione di appoggio uniformemente distribuita (ovvero piastra di base rigida) è spesso imprecisa, poiché la flessibilità della piastra di base determina una distribuzione non uniforme delle tensioni (Fitz et al. 2018). Di conseguenza, verranno presentati anche i risultati dei calcoli tradizionali basati su ipotesi alternative meno conservative. In entrambi i casi, i calcoli sono stati eseguiti in conformità con le disposizioni per la progettazione a fattori di carico e resistenza (LRFD) dell'AISC Specification (2016). Anche il Codice ACI (2019) include disposizioni rilevanti per la resistenza dei collegamenti con piastra di base. Tuttavia, in questo studio sono stati evitati gli stati limite del calcestruzzo diversi dalla resistenza a compressione del calcestruzzo, e le disposizioni per la resistenza a compressione del calcestruzzo nel Codice ACI sono identiche a quelle dell'AISC Specification.

I risultati del CBFEM sono stati ottenuti da IDEA StatiCa Versione 22.1. I carichi massimi ammissibili sono stati determinati in modo iterativo, regolando il valore del carico applicato in ingresso a un valore che il programma considera sicuro, ma che se aumentato di una piccola quantità (ad es. 1 kip) il programma considererebbe non sicuro. Il tipo di analisi resistenza di progetto del giunto può aiutare a identificare i carichi massimi ammissibili. Tuttavia, nella valutazione della resistenza di progetto del giunto viene introdotta una certa approssimazione; pertanto, tutti i risultati di questo rapporto si basano sul tipo di analisi Tensione-Deformazione.

Fig. 1 Schema del collegamento con piastra di base con colonna a doppio T. La piastra di base per la colonna HSS è analoga

2 Carico assiale di compressione concentrico

In primo luogo, vengono analizzate le piastre di base soggette a carico assiale di compressione concentrico. Gli stati limite valutati per questa condizione di carico sono lo schiacciamento del calcestruzzo e la plasticizzazione flessionale della piastra di base. Vengono esaminati due casi: uno con una colonna HSS rettangolare e uno con una colonna a doppio T.

Per il caso con la colonna HSS rettangolare, la sezione della colonna era una HSS10x4x5/8 (ASTM A500 Gr. C, F_y = 50 ksi) e la piastra era quadrata con dimensioni in pianta di 12 in. per 12 in., spessore variabile da 0,25 in. a 2,50 in., e acciaio conforme all'ASTM A36 (F_y = 36 ksi). Le barre di ancoraggio avevano un diametro di 3/4 in. (ASTM F1554 Gr. 36, F_y = 36 ksi) e una distanza dal bordo di c₁ = 1 in. I fori per le barre di ancoraggio avevano un diametro di 1-5/16 in. in conformità con le raccomandazioni della Tabella 14-2 del Manuale AISC (2017). Si è assunto che la piastra di base appoggiasse direttamente sul calcestruzzo (f'_c= 4 ksi). L'area in pianta del calcestruzzo era sufficientemente grande da applicare la massima resistenza a compressione ammissibile (ovvero \(\sqrt{A_2/A_1} \ge 2\)). Una vista tridimensionale del collegamento con piastra di base è mostrata in Fig. 2.

Fig. 2 Vista tridimensionale della piastra di base con colonna HSS

I carichi assiali di compressione massimi di calcolo che possono essere applicati in sicurezza al collegamento con piastra di base, determinati da IDEA StatiCa e dai calcoli tradizionali, sono presentati in Fig. 3. Per piastre di base spesse, ovvero t_p ≥ 2,25 in., i risultati tradizionali e quelli di IDEA StatiCa sono quasi identici. In questi casi, la resistenza a compressione governa la resistenza e l'intera area della piastra di base è a contatto con il calcestruzzo. La piccola differenza di resistenza tra i risultati del metodo tradizionale e IDEA StatiCa è dovuta al fatto che IDEA StatiCa considera i fori per le barre di ancoraggio nel calcolo dell'area di appoggio, mentre la riduzione di area dovuta ai fori viene tipicamente trascurata nel metodo tradizionale.

Fig. 3 Carico assiale di compressione massimo di calcolo in funzione dello spessore della piastra per la piastra di base con colonna HSS

Per piastre di base più sottili, i risultati dei calcoli tradizionali e di IDEA StatiCa differiscono significativamente. In questi casi, i calcoli tradizionali sono governati dalla flessione della piastra di base, mentre lo stato limite determinante in IDEA StatiCa è lo schiacciamento del calcestruzzo. La tensione di appoggio uniformemente distribuita assunta nell'AISC Design Guide 1 produce elevate sollecitazioni flessionali nella piastra di base. Tuttavia, la piastra di base, specialmente quando è sottile, è flessibile e si deforma, determinando una distribuzione delle tensioni di appoggio concentrata al di sotto della colonna, come mostrato in Fig. 4. La plasticizzazione della piastra di base aumenta ulteriormente la flessibilità della piastra e limita la tensione di appoggio alle estremità della piastra di base. Questo comportamento è modellato esplicitamente in IDEA StatiCa. Pertanto, sebbene si verifichi la plasticizzazione della piastra di base, la deformazione plastica nella piastra non raggiunge mai il limite del 5% e la resistenza del calcestruzzo governa.

Fig. 4 Distribuzione della tensione di appoggio da IDEA StatiCa per la piastra di base con colonna HSS. Il tratteggio indica l'area A₂ e si estende oltre il campo visivo

Per approfondire ulteriormente le differenze, i calcoli tradizionali sono stati ripetuti con ipotesi più coerenti con una piastra di base flessibile. La distribuzione delle tensioni assunta per questi calcoli tradizionali alternativi è mostrata in Fig. 5. La tensione di appoggio è uniforme, ma solo su una parte della piastra di base. L'entità della tensione di appoggio è pari al massimo consentito dall'AISC Specification (2016) (ovvero \(\phi 1.7 f'_c\), tenendo presente che l'area in pianta del calcestruzzo è grande). La larghezza dell'area di appoggio dipende dal carico applicato e dalla tensione di appoggio. Per questi calcoli, la posizione delle linee di snervamento era la stessa raccomandata nell'AISC Design Guide 1. Sebbene questa ipotesi alternativa sulla distribuzione della tensione di appoggio sia diversa da quella presentata nella guida, è comunque conforme all'AISC Specification (2016). Un altro modo di interpretare l'ipotesi alternativa sulla tensione di appoggio è che le parti della piastra di base eccedenti rispetto a quanto necessario per la resistenza a compressione del calcestruzzo vengono trascurate.

Fig. 5 Distribuzione della tensione di appoggio assunta per i calcoli tradizionali (flessibili) per la piastra di base con colonna HSS

I carichi assiali di compressione massimi di calcolo calcolati utilizzando i calcoli tradizionali alternativi sono presentati in Fig. 3. L'utilizzo dell'ipotesi alternativa sulla tensione di appoggio fornisce resistenze molto più elevate rispetto a quelle ottenute con le ipotesi dell'AISC Design Guide 1. Dato che entrambi gli insiemi di ipotesi sono validi, ciò indica che assumere una tensione di appoggio uniforme sull'intera piastra di base è conservativo per le piastre di base sovradimensionate per la resistenza a compressione. Le resistenze ottenute da IDEA StatiCa sono comunque maggiori delle resistenze ottenute dai calcoli tradizionali con l'ipotesi alternativa. Il motivo è che la distribuzione della tensione di appoggio in IDEA StatiCa non è uniforme (Fig. 4). Le tensioni sono concentrate in prossimità della colonna, riducendo così la sollecitazione flessionale sulla piastra. Sebbene questo comportamento sia fisicamente realistico, è difficile da cogliere con calcoli manuali.

La geometria del collegamento con piastra di base HSS rende semplice il calcolo delle sollecitazioni flessionali nella piastra di base con ipotesi più realistiche sulla distribuzione della tensione di appoggio. Tali calcoli sono più difficili con colonne a doppio T, ma l'ipotesi di distribuzione uniforme della tensione di appoggio è analogamente conservativa. Per approfondire questo aspetto, sono state eseguite ulteriori analisi con una colonna W12x120 (ASTM A992, F_y = 50 ksi) su una piastra di base quadrata con dimensioni in pianta di 18 in. per 18 in., spessore variabile da 0,25 in. a 3,00 in., e acciaio conforme all'ASTM A36 (F_y = 36 ksi). Le barre di ancoraggio avevano un diametro di 3/4 in. (ASTM F1554 Gr. 36, F_y = 36 ksi) e una distanza dal bordo di c₁ = 1,5 in. I fori per le barre di ancoraggio avevano un diametro di 1-5/16 in. in conformità con le raccomandazioni della Tabella 14-2 del Manuale AISC (2017). Si è assunto che la piastra di base appoggiasse direttamente sul calcestruzzo (f'_c= 4 ksi). L'area in pianta del calcestruzzo era sufficientemente grande da applicare la massima resistenza a compressione ammissibile (ovvero \(\sqrt{A_2/A_1} \ge 2\)).

I carichi assiali di compressione massimi di calcolo che possono essere applicati in sicurezza al collegamento con piastra di base, determinati da IDEA StatiCa e dai calcoli tradizionali, sono presentati in Fig. 6. Per piastre di base spesse, ovvero t_p ≥ 2,25 in., i risultati tradizionali e quelli di IDEA StatiCa sono quasi identici. Come per la piastra di base della colonna HSS, la differenza è dovuta alla diversa gestione dei fori per le barre di ancoraggio nel calcolo dell'area di appoggio.

Fig. 6 Carico assiale di compressione massimo di calcolo in funzione dello spessore della piastra per la piastra di base con colonna a doppio T

Analogamente alla piastra di base della colonna HSS, si osserva una differenza significativa di resistenza per le piastre di base più sottili. Una delle principali cause della differenza è la tensione di appoggio uniforme sull'intera piastra di base assunta nei calcoli tradizionali. Un approccio alternativo ai calcoli tradizionali, basato sulla pratica europea, consiste nell'assumere una tensione di appoggio uniforme solo su una parte della piastra di base. La parte della piastra di base soggetta alla tensione di appoggio è la sezione trasversale della colonna estesa verso l'esterno di una dimensione c, come mostrato in Fig. 7.

Fig. 7 Area di appoggio assunta per i calcoli tradizionali (flessibili) per la piastra di base con colonna a doppio T

Nella pratica europea, la dimensione c si basa sull'analogia con una trave a sbalzo come la lunghezza massima uniformemente caricata in grado di sopportare la tensione di appoggio senza plasticizzarsi. Un valore per la dimensione c può essere determinato applicando questo concetto al presente esempio e ai calcoli utilizzati nella pratica statunitense. L'analogia con la trave a sbalzo è mostrata in Fig. 8. La tensione di appoggio uniforme è pari a 1,7 volte la resistenza a compressione del calcestruzzo, dato che l'area in pianta del calcestruzzo è grande in questo esempio (ovvero \(\sqrt{A_2/A_1} \ge 2\)). La tensione di appoggio di progetto è \(\phi F_p = 1.105 f'_c\) dopo aver applicato il fattore di resistenza per lo schiacciamento del calcestruzzo pari a 0,65. La resistenza a momento richiesta risultante all'appoggio per una larghezza unitaria dello sbalzo è

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

La resistenza a momento disponibile per lo stato limite di plasticizzazione flessionale per una larghezza unitaria dello sbalzo è

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

Uguagliando le resistenze a momento richiesta e disponibile (ovvero \(M_u=\phi M_n\)) si ottiene un'equazione per c in funzione dello spessore della piastra.

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

Per le resistenze dei materiali utilizzate in questo esempio, F_y = 36 ksi e f'_c = 4 ksi, il valore di c è 1,91t_p per un rapporto c/t_p = 1,91.

Fig. 8 Analogia con la trave a sbalzo per la determinazione della dimensione c

Steenhuis et al. (2008) hanno valutato la rigidezza relativa della piastra di base e della fondazione in calcestruzzo e hanno raccomandato un rapporto c/t_p = 1,5. Un altro valore potenziale per il rapporto è c/t_p = 2,5, basato sulla pendenza 2,5:1 per la diffusione del carico assunta in altri aspetti della progettazione in acciaio, ad es. le disposizioni per la plasticizzazione locale dell'anima della Sezione J10.2 dell'AISC Specification (2016).

Le resistenze della piastra di base utilizzando i tre diversi rapporti c/t_p sono mostrate insieme ai risultati di IDEA StatiCa e ai risultati dei calcoli tradizionali con l'ipotesi di piastra di base rigida in Fig. 9. Per le piastre di base più sottili, la distribuzione alternativa della tensione di appoggio consente carichi massimi di calcolo maggiori rispetto all'utilizzo delle ipotesi dell'AISC Design Guide 1. Le resistenze sono più vicine a quelle di IDEA StatiCa, ma IDEA StatiCa mostra comunque una resistenza maggiore. Ci sono due ragioni principali per questo. In primo luogo, la piastra di base non si comporta come uno sbalzo tra le ali della colonna. L'utilizzo di una distribuzione della tensione di appoggio basata sull'analogia con la trave a sbalzo in questa regione tra le ali è conservativo. In secondo luogo, IDEA StatiCa non utilizza una tensione di appoggio uniforme, nemmeno all'interno dell'area di appoggio.

Fig. 9 Carico assiale di compressione massimo di calcolo in funzione dello spessore della piastra per la piastra di base con colonna a doppio T, inclusi i calcoli tradizionali con piastra di base flessibile

La distribuzione della tensione di appoggio in IDEA StatiCa deriva dalla rigidezza relativa della piastra di base e della fondazione in calcestruzzo. La tensione di appoggio è massima direttamente al di sotto dell'anima e delle ali della colonna e diminuisce allontanandosi da questi elementi, come mostrato in Fig. 10. Pertanto, la distribuzione della tensione di appoggio non è uniforme come assunto nell'analogia con la trave a sbalzo. Inoltre, la tensione di appoggio di picco può superare la tensione di appoggio uniforme utilizzata nella progettazione, poiché IDEA StatiCa valuta il rapporto di sfruttamento in base alla tensione di appoggio media nell'area di appoggio. L'area di appoggio è definita in IDEA StatiCa come l'area con una tensione di appoggio superiore a una frazione della tensione di appoggio massima. La frazione, denominata rapporto di taglio della tensione, è presa pari a 0,1 per impostazione predefinita, ma può essere impostata dall'utente nel menu di configurazione del codice. L'utilizzo di un diverso rapporto di taglio della tensione produce risultati diversi. Il carico assiale di compressione massimo di calcolo secondo IDEA StatiCa utilizzando un rapporto di taglio della tensione di 0,4 è mostrato in Fig. 9.

Fig. 10 Distribuzione della tensione di appoggio da IDEA StatiCa per la piastra di base con colonna a doppio T. Il tratteggio indica l'area A₂ e si estende oltre il campo visivo

L'utilizzo di una tensione di appoggio uniforme sull'intera piastra di base per piastre di base sovradimensionate per la resistenza a compressione è chiaramente conservativo. Gli approcci alternativi che tengono conto della flessibilità della piastra di base includono comunque ipotesi semplificative per consentire il calcolo manuale. Sebbene IDEA StatiCa fornisca resistenze maggiori rispetto a entrambi questi metodi, si basa su ipotesi realistiche del comportamento e le verifiche della resistenza a compressione vengono eseguite in conformità con l'AISC Specification. Gli ingegneri che desiderano risultati più coerenti con i calcoli manuali possono regolare il rapporto di taglio della tensione in IDEA StatiCa a 0,4.

3 Carico di taglio

In questa sezione vengono analizzate le piastre di base soggette a carico di taglio. Il trasferimento del taglio da una piastra di base al calcestruzzo può avvenire attraverso diversi meccanismi, tra cui l'attrito, l'appoggio della piastra di base o di una chiavetta a taglio contro il calcestruzzo, e il taglio nelle barre di ancoraggio. Questo studio analizza solo il meccanismo del taglio nelle barre di ancoraggio.

Come indicato nell'AISC Design Guide 1, la progettazione delle barre di ancoraggio per il taglio dipende dai dettagli del collegamento e dal corrispondente percorso del carico. I fori nelle piastre di base per le barre di ancoraggio hanno tipicamente una tolleranza maggiore rispetto ai fori per i bulloni, per consentire il disallineamento delle barre durante il posizionamento. Le dimensioni raccomandate per i fori delle barre di ancoraggio nelle piastre di base sono presentate nella Tabella 14-2 del Manuale AISC (2017). Per evitare lo scorrimento e trasferire il taglio uniformemente a tutte le barre di ancoraggio, è possibile installare una piastra di posizionamento al di sotto della piastra di base oppure piastre rondella al di sopra della piastra di base (e al di sotto dei dadi delle barre di ancoraggio). Una volta che la piastra di posizionamento o le piastre rondella sono saldate alla piastra di base, il taglio verrà trasferito uniformemente a ciascuna delle barre di ancoraggio. Tuttavia, se vengono utilizzate piastre rondella, nella progettazione si deve considerare la flessione della barra di ancoraggio all'interno della piastra di base.

IDEA StatiCa non considera la flessione della barra di ancoraggio all'interno della piastra di base. È stata eseguita una serie di analisi per dimostrare l'effetto di questa flessione. Le analisi sono state eseguite con una colonna W12x120 (ASTM A992, F_y = 50 ksi) su una piastra di base quadrata con dimensioni in pianta di 18 in. per 18 in., spessore variabile da 0,25 in. a 2,50 in., e acciaio conforme all'ASTM A36 (F_y = 36 ksi). Le barre di ancoraggio avevano un diametro di 3/4 in. (ASTM F1554 Gr. 36, F_y = 36 ksi) con filettatura non esclusa dal piano di taglio e una distanza dal bordo di c₁ = 1,5 in. I fori per le barre di ancoraggio avevano un diametro di 1-5/16 in. in conformità con le raccomandazioni della Tabella 14-2 del Manuale AISC (2017). Si è assunto che la piastra di base appoggiasse su uno strato di malta di 2 in. di spessore (giunto di malta) sopra il calcestruzzo (f'_c= 4 ksi). L'area in pianta del calcestruzzo era sufficientemente grande da non richiedere la considerazione degli effetti di bordo. Il taglio è stato applicato con il punto di momento nullo in cima alla piastra di base.

I carichi di taglio massimi di calcolo ottenuti da IDEA StatiCa e dai calcoli tradizionali sono presentati in Fig. 11. I risultati di IDEA StatiCa sono quasi costanti con un carico di taglio massimo di calcolo di 24 kips. Questo valore è la resistenza a taglio disponibile delle quattro barre di ancoraggio con un fattore di riduzione di 0,8 applicato come richiesto dal Codice ACI (2019) per le piastre di base con strati di malta. Questa resistenza è appropriata quando viene utilizzata una piastra di posizionamento, oppure quando i fori per le barre di ancoraggio non hanno una grande tolleranza. Tuttavia, se vengono utilizzate piastre rondella, la resistenza diminuisce all'aumentare dello spessore della piastra di base. I calcoli tradizionali sono stati eseguiti seguendo la procedura descritta nell'Esempio 4.11 dell'AISC Design Guide 1 includendo un braccio di leva per la flessione pari alla metà della distanza dal centro della piastra rondella alla sommità della malta. Come raccomandato nell'AISC Design Guide 1, il fattore di riduzione di 0,8 per le piastre di base con strato di malta definito nel Codice ACI (2019) non è stato applicato. In questo caso, l'approccio tradizionale secondo l'AISC Design Guide 1 produce un taglio massimo di calcolo inferiore rispetto a IDEA StatiCa per piastre di base di spessore pari a 3/8 in. e superiore. Se si utilizzano piastre di base con piastre rondella saldate o altri dettagli che consentono una flessione significativa delle barre di ancoraggio all'interno della piastra di base, si raccomanda di eseguire le verifiche al di fuori di IDEA StatiCa.

Fig. 11 Carico di taglio massimo di calcolo in funzione dello spessore della piastra

4 Carico assiale di compressione e momento combinati

In questa sezione vengono analizzate le piastre di base soggette a carico assiale di compressione e momento combinati. Gli stati limite valutati per questa condizione di carico sono la resistenza a compressione del calcestruzzo, la plasticizzazione flessionale della piastra di base, la plasticizzazione a trazione della barra di ancoraggio e la resistenza dell'elemento.

Le analisi sono state eseguite con una colonna W12x120 (ASTM A992, F_y = 50 ksi) su una piastra di base quadrata con dimensioni in pianta di 20 in. per 20 in., spessore variabile da 0,5 in. a 2,50 in., e acciaio conforme all'ASTM A36 (F_y = 36 ksi). Le barre di ancoraggio avevano un diametro di 1 in. (ASTM F1554 Gr. 55, F_y = 55 ksi) annegate nel calcestruzzo a una profondità sufficiente affinché la resistenza a trazione della barra di ancoraggio governasse rispetto a tutti i modi di rottura del calcestruzzo a trazione. Le barre di ancoraggio avevano una distanza dal bordo di c₁ = 2 in. I fori per le barre di ancoraggio avevano un diametro di 1-7/8 in. in conformità con le raccomandazioni della Tabella 14-2 del Manuale AISC (2017). Si è assunto che la piastra di base appoggiasse su uno strato di malta di 2 in. di spessore (giunto di malta) sopra il calcestruzzo (f'_c= 4 ksi). L'area in pianta del calcestruzzo era sufficientemente grande da non richiedere la considerazione degli effetti di bordo e da applicare la massima resistenza a compressione ammissibile (ovvero \(\sqrt{A_2/A_1} \ge 2\)).

Il carico assiale di compressione applicato è stato mantenuto costante a 100 kips e il momento flettente massimo applicabile contemporaneamente è stato determinato. Il momento flettente massimo di calcolo è presentato in Fig. 12. Per IDEA StatiCa, il limite di deformazione plastica sul lato teso della piastra di base ha governato la resistenza del collegamento con una piastra di base di spessore 0,5 in. Per il collegamento con una piastra di base di spessore 0,625 in., uno stato limite interessante di schiacciamento del calcestruzzo ha governato, poiché gli angoli della piastra di base sul lato teso sono stati piegati verso il basso nel calcestruzzo dagli ancoraggi, come mostrato in Fig. 13. La resistenza a trazione degli ancoraggi è stata raggiunta con un momento applicato circa il 5% maggiore. La resistenza a trazione degli ancoraggi ha governato per tutti gli altri collegamenti (ovvero t_p ≥ 0,75 in.). Con i calcoli tradizionali, la plasticizzazione flessionale della piastra di base sul lato compresso ha governato la resistenza dei collegamenti con spessore della piastra pari a 1,5 in. e inferiore, mentre la resistenza a trazione della barra di ancoraggio ha governato negli altri casi.

Fig. 12 Momento massimo di calcolo in funzione dello spessore della piastra per la piastra di base con carico assiale di compressione di 100 kips

Fig. 13 Forma deformata (fattore di scala = 5) e tensione di appoggio del calcestruzzo per il collegamento con piastra di base di spessore 0,625 in. Si notino le tensioni di appoggio agli angoli del lato teso della piastra di base

Nei casi in cui la flessione della piastra di base ha governato i calcoli tradizionali, i momenti di calcolo massimi ammissibili erano inferiori per il metodo tradizionale rispetto a IDEA StatiCa. Il motivo di questo risultato è analogo a quello per le piastre di base soggette a carico assiale concentrico, ovvero che la distribuzione assunta della tensione di appoggio è conservativa e non tiene conto della maggiore flessibilità della piastra di base dopo la plasticizzazione. Metodi di calcolo tradizionali sono stati sviluppati per la valutazione di piastre di base flessibili soggette a compressione assiale e flessione e sono stati confrontati con IDEA StatiCa in altri studi.

Al contrario, nei casi in cui la resistenza a trazione della barra di ancoraggio ha governato i calcoli tradizionali, i carichi massimi di calcolo ammissibili erano leggermente maggiori per il metodo tradizionale rispetto a IDEA StatiCa. La resistenza a trazione disponibile delle barre di ancoraggio è leggermente maggiore per i calcoli tradizionali poiché si basa sulle raccomandazioni dell'AISC Design Guide 1, mentre IDEA StatiCa si basa sulle disposizioni del Codice ACI. I due approcci differiscono anche nella distribuzione assunta della tensione di appoggio, determinando un braccio di leva leggermente diverso per la coppia di forze formata tra la barra di ancoraggio e il baricentro della forza di appoggio.

5 Sintesi

Questo studio ha confrontato la progettazione di collegamenti con piastra di base mediante i metodi di calcolo tradizionali utilizzati nella pratica statunitense e IDEA StatiCa. Le principali osservazioni dello studio includono:

• Per le piastre di base spesse che meglio si conformano all'ipotesi di piastra di base rigida, IDEA StatiCa fornisce resistenze comparabili ai calcoli tradizionali presentati nell'AISC Design Guide 1.
• Per le piastre di base più sottili, dove governa la plasticizzazione flessionale della piastra di base dovuta alle tensioni di appoggio, IDEA StatiCa può fornire resistenze significativamente maggiori rispetto ai calcoli tradizionali, poiché la distribuzione delle tensioni di appoggio viene calcolata esplicitamente e si ridistribuisce all'inizio della plasticizzazione della piastra di base.
• IDEA StatiCa calcola correttamente la resistenza a taglio delle barre di ancoraggio, ma trascura le potenziali riduzioni della resistenza a taglio dovute alla flessione della barra di ancoraggio all'interno della piastra di base, che possono verificarsi in determinate configurazioni di piastra di base (ad es. piastre di base con piastre rondella saldate).

Riferimenti

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.

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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. [In German] 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.