Un pilastro con sezione trasversale W1279 รจ ancorato in un blocco di calcestruzzo (resistenza a compressione del calcestruzzo 4 ksi) da quattro bulloni di ancoraggio 3/4'' A307 (fy = 50 ksi, fu= 65 ksi). La base del pilastro รจ sigillata con malta. Un controvento รจ HSS 3.50.203 collegato tramite piastra di nodo e 2 bulloni ad attrito 3/4'' A490 (fy =ย 130 ksi, fu =ย 150 ksi). Tutto l'acciaio รจ di grado A36 (fy =ย 36 ksi, fu =ย 58 ksi). Il taglio รจ trasferito tramite chiavetta a taglio con sezione trasversale W625. Sono selezionati elettrodi di saldatura E70XX. Il pilastro รจ caricato da una forza di compressione di โ160 kip, momento flettente 1000 kip-in e forza di taglio 20 kip. Il controvento รจ caricato da una forza di trazione di 30 kip.ย
Geometria

Giunto analizzato

Sezioni trasversali del pilastro (sinistra), controvento (centro) e chiavetta a taglio (destra)
Dimensioni del blocco di calcestruzzo
Dimensioni della piastra di nodo e carichi in modalitร trasparente
Verifica manuale
La verifica manuale di bulloni, saldature, piastre e calcestruzzo in compressione รจ eseguita secondo AISC 360-16. La capacitร della chiavetta a taglio รจ determinata secondo ACI 349-01. I tirafondi sono progettati secondo AISC 360-16 โ J9 e ACI 318-14 โ Capitolo 17.
Sono richieste le seguenti verifiche:
- Resistenza allo scorrimento dei bulloni a taglio โ AISC 360-16 โ J3.8
- Resistenza al block shear โ AISC 360-16 โ J4.3
- Resistenza a trazione degli elementi collegati โ AISC 360-16 โ J4.1
- Resistenza delle saldature โ AISC 360-16 โ AISC 360-16 โ J2.4
- Resistenza a taglio della chiavetta a taglio โ AISC 360-16 โ G2
- Resistenza a flessione della chiavetta a taglio โ AISC 360-16 โ F2.1
- Capacitร portante della chiavetta a taglio sul calcestruzzo โ ACI 349-01 โ B.4.5 e RB11
- Resistenza al cono di calcestruzzo della chiavetta a taglio โ ACI 349 โ B11
- Resistenza portante del calcestruzzo in compressione โ AISC 360-16 โ J8
- Resistenza dell'acciaio degli ancoraggi a trazione โ ACI 318-14 โ 17.4.1
- Resistenza al cono di calcestruzzo โ ACI 318-14 โ 17.4.2
- Resistenza allo sfilamento del calcestruzzo โ ACI 318-14 โ 17.4.3
- Resistenza al blowout laterale del calcestruzzo โ ACI 318-14 โ 17.4.4
Si assume che la verifica della trave e del pilastro sia effettuata altrove.
Distribuzione delle forze
Si prevede che l'intera forza di taglio sia trasferita tramite la chiavetta a taglio nel blocco di calcestruzzo. Il taglio รจ trasferito solo nel blocco di calcestruzzo e la malta รจ inefficace. La forza di taglio รจ la somma della forza di taglio nel pilastro e della componente orizzontale della forza di trazione nel controvento, ovvero kip.
La forza di trazione nel controvento, 30 kip, deve essere trasferita tramite due bulloni precaricati. Le piastre di nodo e le saldature devono essere sufficienti.
La forza di compressione, 160 kip, รจ ridotta dalla componente verticale della forza di trazione nel controvento. La base del pilastro deve resistere a una forza di compressione di kip e a un momento flettente di 1000 kip-in.ย
Verifica del collegamento del controvento
Collegamento ad attrito
La resistenza del collegamento ad attrito รจ determinata secondo AISC 360-16 โ J3.8. La pretensione minima del bullone รจ ricavata dalla Tabella J3.1 come kip. La resistenza allo scorrimento del singolo bullone รจ:
La resistenza allo scorrimento di 2 bulloni, 47 kip, รจ sufficiente a trasferire la forza di trazione di 30 kip.
Resistenza a trazione del linguetto
Il linguetto รจ composto da due piastre con spessore 1/4'' per evitare l'eccentricitร nel carico di compressione. Le aree lorda e netta a trazione sono rispettivamente in2 e in2.
La resistenza del linguetto, 55 kip, รจ sufficiente a trasferire la forza di trazione di 30 kip. Le saldature sono progettate come saldature di testa CJP e la loro resistenza deve essere uguale a quella del materiale base.
Dimensioni del linguetto
Resistenza al block shear della piastra di nodo
La linea di snervamento prevista sulla piastra di nodo per la rottura per block shear รจ lunga 6,6 in; la rottura puรฒ avvenire su una linea piรน corta del foro del bullone, ovvero 5,8 in. Lo spessore della piastra di nodo รจ 3/8''.ย
La resistenza della piastra di nodo, 80 kip, รจ sufficiente a trasferire la forza di trazione di 30 kip.
Resistenza delle saldature della piastra di nodo
Le saldature a cordone d'angolo sono progettate su entrambi i lati della piastra di nodo con dimensione 1/4''. Le lunghezze delle saldature sono 5,2 in e 4,0 in. Per evitare il calcolo dell'eccentricitร , si assume in modo conservativo che entrambe le saldature siano lunghe 4 in e che entrambe trasferiscano metร del carico. La saldatura critica รจ quella caricata con un angolo di 40.
La resistenza delle saldature sulla piastra di nodo, 224 kip, รจ sufficiente a trasferire la forza di trazione di 30 kip.
Verifica della base del pilastro
La base del pilastro deve resistere a una forza di compressione di kip e a un momento flettente kip-in. Poichรฉ l'area di appoggio, A2, รจ sufficientemente grande, la resistenza portante del calcestruzzo รจ
La piastra di base รจ allungata a causa del collegamento della piastra di nodo del controvento. Si assume in modo conservativo che la forza di compressione agisca in corrispondenza dell'ala del pilastro, ovvero e = 6,18 in dal centro del collegamento. La distanza tra il bullone di ancoraggio e il centro del collegamento รจ f = 7,68 in.ย
La resistenza portante del calcestruzzo รจ sufficiente, poichรฉ la piastra di base รจ abbastanza grande da accogliere la lunghezza dell'area di appoggio, Y, e la forza di trazione nell'ancoraggio รจ 8,4 kip. Una verifica piรน dettagliata della piastra di base con il controllo dello snervamento della piastra di base deve essere fornita per la combinazione di carico con la forza di compressione massima.
Progetto degli ancoraggi
Gli ancoraggi sono 3/4'', grado A307, con lunghezza di incorporamento di 12 in nel blocco di calcestruzzo con piastre rondella circolari di diametro 1,8 in. Gli ancoraggi sono caricati solo a trazione poichรฉ il taglio รจ trasferito tramite la chiavetta a taglio. La verifica degli ancoraggi รจ eseguita secondo ACI 318-14 โ Capitolo 17. La resistenza dell'acciaio e la resistenza allo sfilamento sono fornite per i singoli ancoraggi, mentre la resistenza al cono di calcestruzzo e la resistenza al blowout laterale del calcestruzzo sono fornite per il gruppo di ancoraggi poichรฉ , dove รจ la profonditร di incorporamento e s รจ l'interasse degli ancoraggi.
Resistenza dell'acciaio di un ancoraggio a trazione โ 17.4.1
Resistenza al cono di calcestruzzo โ 17.4.2
Resistenza allo sfilamento del calcestruzzo โ 17.4.3
Resistenza al blowout laterale del calcestruzzo โ 17.4.4
La resistenza minima รจ quella dell'acciaio dell'ancoraggio, 14 kip. ร sufficiente a trasferire il carico di 8,4 kip.
Progetto della chiavetta a taglio
Si prevede che l'intera forza di taglio sia trasferita tramite la chiavetta a taglio nel blocco di calcestruzzo. Il taglio รจ trasferito solo nel blocco di calcestruzzo e la malta รจ inefficace. La forza di taglio รจ la somma della forza di taglio nel pilastro e della componente orizzontale della forza di trazione nel controvento, ovvero kip. La sezione trasversale della chiavetta a taglio รจ W6x25 ed รจ lunga 6 in. Lo strato di malta รจ spesso 1,5 in, quindi la chiavetta a taglio รจ incorporata per 4,5 in nel blocco di calcestruzzo. La pressione del calcestruzzo รจ assunta uniforme nel blocco di calcestruzzo. Il momento flettente agente sulla chiavetta a taglio รจ uguale alla forza di taglio moltiplicata per il braccio di leva 1,5 + 4,5 / 2 = 3,75 in, ovvero Mu = 161 kip-in. Si prevede che le saldature a cordone d'angolo sulle ali e sull'anima della chiavetta a taglio trasferiscano rispettivamente il momento flettente e il taglio. Le saldature a cordone d'angolo sulle ali devono trasferire 161 / 5,9 = 27,3 kip.
Capacitร portante della chiavetta a taglio sul calcestruzzo โ ACI 349-01 โ B4.5 e RB11
Resistenza al cono di calcestruzzo della chiavetta a taglio โ ACI 349-01 โ B11
Resistenza a taglio della chiavetta a taglio โ AISC 360-16 โ G2
Saldature a cordone d'angolo dell'anima della chiavetta a taglio โ AISC 360-16 โ J2.4
Resistenza a flessione della chiavetta a taglio โ AISC 360-16 โ F2.1
Saldature a cordone d'angolo dell'ala della chiavetta a taglio โ AISC 360-16 โ J2.4
La resistenza a taglio e a flessione della chiavetta a taglio, la resistenza delle saldature, la resistenza portante del calcestruzzo e la resistenza al cono di calcestruzzo sono sufficienti a trasferire la forza di taglio di 43 kip.
Verifica in IDEA StatiCa
Le piastre sono verificate mediante analisi agli elementi finiti. Il modello di materiale bilineare รจ utilizzato con la resistenza allo snervamento moltiplicata per il fattore di resistenza dell'acciaio . Le forze agenti sugli altri componenti del collegamento, ovvero bulloni e saldature, sono anch'esse determinate mediante analisi agli elementi finiti, ma la loro resistenza รจ verificata utilizzando le formule standard di AISC 360-16, ACI 318-14 e ACI 349-01. L'elemento di saldatura piรน sollecitato รจ verificato e, con un ulteriore incremento del carico, la tensione nella saldatura si distribuisce negli elementi di saldatura adiacenti. Pertanto, la resistenza ultima della saldatura รจ superiore a quella ottenuta semplicemente dividendo la forza per lo sfruttamento della saldatura.

Tensione di Von Mises

Deformazione plastica incluse le forze di trazione negli ancoraggi
Verifica della tensione e della deformazione delle piastre
Verifica del collegamento ad attrito
Verifica delle saldature
Verifica degli ancoraggi
Verifica del calcestruzzo in appoggio
Tensione nel calcestruzzo sotto la piastra di base e area del cono di rottura del calcestruzzo
Verifica della chiavetta a taglio โ capacitร portante e resistenza al cono di calcestruzzo
Confronto
ร evidente che l'analisi agli elementi finiti mostra una distribuzione delle forze interne diversa rispetto alle semplici ipotesi di calcolo. La piastra di nodo contribuisce anche al trasferimento del momento flettente e pertanto la piastra di nodo e le sue saldature risultano molto piรน sollecitate rispetto alle ipotesi di progetto standard. Le forze negli ancoraggi sono leggermente inferiori in IDEA perchรฉ la tensione sotto la piastra di base non รจ esattamente in corrispondenza dell'ala del pilastro. L'elemento piรน sfruttato nella verifica manuale รจ l'anima della chiavetta a taglio. In IDEA StatiCa, la tensione equivalente sull'anima della chiavetta a taglio รจ pari a 30,1 kip, valore prossimo allo snervamento.
La verifica nel software di progettazione IDEA StatiCa Connection รจ in accordo con la verifica manuale secondo AISC 360, ACI 318 e ACI 341. Le piccole differenze sono dovute principalmente alle semplificazioni nei calcoli manuali.