Kiểm tra tiêu chuẩn các cấu kiện liên kết thép (AISC)

Ứng suất tương đương (HMH, von Mises) và biến dạng dẻo được tính toán trên các bản thép. Khi giới hạn chảy (trong LRFD nhân với hệ số kháng lực vật liệu ϕ = 0,9, trong ASD chia cho hệ số an toàn vật liệu Ω = 1,67, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn) trên biểu đồ vật liệu hai đường tuyến tính đạt đến, việc kiểm tra biến dạng dẻo tương đương được thực hiện. Giá trị giới hạn 5% được đề xuất trong Eurocode (EN1993-1-5 Phụ lục C, Điều C8, Ghi chú 1). Giá trị này có thể được điều chỉnh trong Cài đặt tiêu chuẩn, nhưng các nghiên cứu kiểm chứng đã được thực hiện với giá trị khuyến nghị này.

Phần tử bản được chia thành năm lớp, và ứng xử đàn hồi/dẻo được khảo sát trong từng lớp. Chương trình hiển thị kết quả bất lợi nhất trong tất cả các lớp.

Phương pháp CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện) có thể cho ứng suất cao hơn một chút so với giới hạn chảy. Nguyên nhân là do độ nghiêng nhỏ của nhánh dẻo trong biểu đồ ứng suất - biến dạng, được sử dụng trong phân tích để cải thiện sự ổn định của tính toán tương tác. Điều này không gây vấn đề trong thiết kế thực tế. Biến dạng dẻo tương đương bị vượt quá ở ứng suất cao hơn, và nút liên kết không thỏa mãn trong mọi trường hợp.

Mối hàn góc được kiểm tra theo AISC 360 - Chương J2. Cường độ của mối hàn rãnh CJP được giả định bằng với kim loại cơ bản và không được kiểm tra.

Mối hàn góc

Cường độ thiết kế, ϕR_n, và cường độ cho phép, R_n/Ω, của các liên kết hàn được đánh giá trong kiểm tra tiêu chuẩn mối hàn liên kết.

ϕ = 0.75    (Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng, LRFD, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn)

Ω = 2.00    (Thiết kế theo cường độ cho phép, ASD, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn)

Cường độ sẵn có của các liên kết hàn được đánh giá theo AISC 360-16 – J2.4

R_n = F_nw A_we

F_nw = 0.6 F_EXX (1.0 + 0.5 sin^1.5θ )

trong đó:

• F_nw – ứng suất danh nghĩa của vật liệu hàn
• A_we – diện tích hiệu dụng của mối hàn

  • A_we = Lc*Th
• F_EXX – số phân loại điện cực, tức là cường độ kéo tối thiểu quy định
• θ – góc tính toán giữa trục dọc của mối hàn và hướng lực tổng hợp tác dụng tại phần tử hữu hạn chịu ứng suất lớn nhất của mối hàn.

Lưu ý rằng hệ số tăng cường độ theo phương không được áp dụng cho các mối hàn tại cạnh của tiết diện rỗng chữ nhật (AISC 360-16:2022 – J2.4.(2).

Cường độ kim loại cơ bản được đánh giá nếu tùy chọn được chọn trong Cài đặt tiêu chuẩn (Khả năng chịu lực của kim loại cơ bản tại mặt nóng chảy).

R_n = F_nBM A_BM – AISC 360-16 – J2.4 (J2-2)

trong đó:

• F_nBM = 0.6 F_u – cường độ danh nghĩa của kim loại cơ bản – AISC 360-16 – J4.2 (J4-4)
• $A_{BM}=A_{we}\sqrt{2}$ – diện tích mặt cắt ngang của kim loại cơ bản
• F_u – cường độ kéo tối thiểu quy định

Tất cả các giá trị cần thiết cho kiểm tra được in trong bảng.

trong đó:

• Xu – điện cực hàn được sử dụng 
• Th – chiều dày cổ mối hàn (tính từ Ls)
• Ls – kích thước chân mối hàn (nhập bởi người dùng)

• $L$ – tổng chiều dài mối hàn
• $L_c$ – chiều dài phần tử mối hàn tới hạn
• Loads – hiệu ứng tải trọng tới hạn cho mối hàn đang xét
• $F_n$ – lực trong phần tử mối hàn tới hạn
• $\phi$Rn – sức kháng của mối hàn
• Ut – hệ số sử dụng của phần tử mối hàn tới hạn

Lực, $F_n$, và góc mối hàn, $\theta$, được xác định từ các ứng suất $\sigma_{\perp}, ,\ \tau_{\perp}, \, \tau_{\parallel}$, chiều dài và diện tích hiệu dụng của phần tử hữu hạn mối hàn. Các ứng suất này là kết quả đầu ra cơ bản của bộ giải phần tử hữu hạn.

Biểu đồ mối hàn hiển thị ứng suất theo các công thức sau:

Nếu kim loại cơ bản bị vô hiệu hóa (sử dụng điện cực phù hợp):

$$\sigma = \frac{\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 }}{1+0.5 \sin^{1.5}{\theta}}$$

Nếu kim loại cơ bản được kích hoạt (không sử dụng điện cực phù hợp):

$$\sigma = \max \left \{  \frac{\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 }}{1+0.5 \sin^{1.5}{\theta}}, \, \frac{\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 }}{\sqrt{2} F_u / F_{EXX}} \right \}$$

Ghi chú người dùng: Trong IDEA StatiCa, khi kích thước chân mối hàn được nhập là 0, giá trị sau đây được sử dụng:

• Đối với mối hàn góc một phía, chiều dày cổ mối hàn bằng tấm liên kết mỏng hơn.
• Đối với mối hàn góc hai phía, chiều dày cổ mối hàn bằng một nửa tấm liên kết mỏng hơn.

Mối hàn rãnh CJP

Bảng J2.5 của Tiêu chuẩn AISC xác định bốn điều kiện tải trọng có thể liên quan đến mối hàn rãnh và chỉ ra rằng cường độ của liên kết hoặc được kiểm soát bởi kim loại cơ bản hoặc tải trọng không cần xem xét trong thiết kế các mối hàn liên kết các bộ phận. Theo đó, khi mối hàn rãnh Thấu Toàn Bộ (CJP) được thực hiện với kim loại hàn có cường độ phù hợp, cường độ của liên kết được kiểm soát bởi kim loại cơ bản và không cần kiểm tra cường độ mối hàn.

Mối hàn rãnh PJP

Cường độ thiết kế, ϕR_n, và cường độ cho phép, R_n/Ω, của mối hàn rãnh PJP được xác định theo AISC 360-22 – Bảng J2.5). Trường hợp bảo thủ nhất – loại tải trọng theo lực cắt – được giả định. 

ϕ = 0.75    (Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng, LRFD, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn)

Ω = 2.00    (Thiết kế theo cường độ cho phép, ASD, có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn)

Cường độ sẵn có của các liên kết hàn được đánh giá theo AISC 360-16 – J2.4

R_n = F_nw A_we

trong đó:

• F_nw = 0.6 F_EXX – ứng suất danh nghĩa của vật liệu hàn
• A_we – diện tích hiệu dụng của mối hàn

  • A_we = L_c E 
• F_EXX – số phân loại điện cực, tức là cường độ kéo tối thiểu quy định
• L_c – chiều dài phần tử mối hàn tới hạn
• E – chiều dày cổ hiệu dụng của mối hàn PJP

Cường độ kim loại cơ bản được đánh giá nếu tùy chọn được chọn trong Cài đặt tiêu chuẩn (Khả năng chịu lực của kim loại cơ bản tại mặt nóng chảy).

R_n = F_nBM A_BM – AISC 360-22 – J2.4 (J4)

trong đó:

• F_nBM = 0.6 F_u – cường độ danh nghĩa của kim loại cơ bản – AISC 360-22 – J4.2 (J4-4)
• $A_{BM}=A_{we}$ – diện tích mặt cắt ngang của kim loại cơ bản được giả định bằng diện tích hiệu dụng của mối hàn
• F_u – cường độ kéo tối thiểu quy định của kim loại cơ bản

Lực trong bu lông được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn. Lực kéo bao gồm lực bẩy. Khả năng chịu lực của bu lông được kiểm tra theo AISC 360 - Chương J3.

Bu lông

Khả năng chịu kéo và cắt của bu lông

Khả năng chịu kéo hoặc cắt thiết kế, ϕR_n, và khả năng chịu kéo hoặc cắt cho phép, R_n/Ω của bu lông siết vừa được xác định theo trạng thái giới hạn đứt do kéo và đứt do cắt như sau:

R_n = F_nA_b

ϕ = 0.75    (LRFD, có thể chỉnh sửa trong Code setup)

Ω = 2.00    (ASD, có thể chỉnh sửa trong Code setup)

trong đó:

A_b – diện tích thân bu lông hoặc phần ren danh nghĩa không có ren

F_n – ứng suất kéo danh nghĩa, F_nt, hoặc ứng suất cắt danh nghĩa, F_nv, từ Bảng J3.2

Khả năng chịu kéo yêu cầu bao gồm bất kỳ lực kéo nào phát sinh từ lực bẩy do biến dạng của các bộ phận được liên kết.

Kết hợp kéo và cắt trong liên kết chịu ép mặt

Khả năng chịu kéo của bu lông chịu đồng thời kéo và cắt được xác định theo trạng thái giới hạn đứt do kéo và đứt do cắt như sau:

R_n = F'_nt A_b    (AISC 360-16 J3-2)

ϕ = 0.75    (LRFD, có thể chỉnh sửa trong Code setup)

Ω = 2.00    (ASD, có thể chỉnh sửa trong Code setup)

$F'_{nt}=1.3 F_{nt} - \frac{f_{rv} F_{nt}}{\phi F_{nv}}$   (AISC 360-16 J3-3a LRFD)

$F'_{nt}=1.3 F_{nt} - \frac{f_{rv} \Omega F_{nt}}{F_{nv}}$    (AISC 360-16 J3-3b ASD)

trong đó:

• F'_nt – ứng suất kéo danh nghĩa được điều chỉnh để bao gồm ảnh hưởng của ứng suất cắt
• F_nt – ứng suất kéo danh nghĩa từ AISC 360-16 Bảng J3.2
• F_nv – ứng suất cắt danh nghĩa từ AISC 360-16 Bảng J3.2
• f_rv – ứng suất cắt yêu cầu sử dụng tổ hợp tải trọng LRFD hoặc ASD. Ứng suất cắt của phần tử liên kết phải bằng hoặc vượt quá ứng suất cắt yêu cầu, f_rv

Khả năng chịu ép mặt tại lỗ bu lông

Khả năng chịu ép mặt, ϕR_n và R_n/Ω, tại lỗ bu lông được xác định theo trạng thái giới hạn ép mặt như sau:

ϕ = 0.75    (LRFD, có thể chỉnh sửa trong Code setup)

Ω = 2.00    (ASD, có thể chỉnh sửa trong Code setup)

Khả năng chịu ép mặt danh nghĩa của vật liệu được liên kết, R_n, được xác định như sau:

Đối với bu lông trong liên kết có lỗ tiêu chuẩn:

R_n = 1.2 l_c t F_u ≤ 2.4 d t F_u    (AISC 360-16 J3-6a, J3-6a, c)

Đối với bu lông trong liên kết có lỗ dài:

R_n = 1.0 l_c t F_u ≤ 2.0 d t F_u    (AISC 360-16 J3-6a, J3-6e, f)

trong đó:

• F_u – cường độ kéo tối thiểu quy định của vật liệu được liên kết
• d – đường kính danh nghĩa của bu lông
• l_c – khoảng cách thông thủy, theo phương lực, giữa mép lỗ và mép lỗ kề bên hoặc mép vật liệu
• t – chiều dày của vật liệu được liên kết

Bu lông được kéo trước

Khả năng chịu trượt thiết kế của bu lông được kéo trước loại A325 hoặc A490 có xét đến ảnh hưởng của lực kéo Ft

Lực kéo trước sử dụng theo AISC 360-10 Bảng J3.1.

T_b = 0.7 f_ub A_s

Khả năng chịu trượt thiết kế trên mỗi bu lông theo AISC 360-10 Điều J3.8

R_n = k_SC μ D_u h_f T_b n_s

Hệ số sử dụng theo cắt [%]:

U_ts = V / ϕR_n    (LRFD)

U_ts = Ω V / R_n    (ASD)

trong đó:

• A_s – diện tích chịu kéo của bu lông
• f_ub – cường độ kéo đứt
• $k_{SC}=1-\frac{F_t}{D_u T_b n_b}$   – hệ số kết hợp kéo và cắt (LRFD) (J3-5a)
• $k_{SC}=1-\frac{1.5 F_t}{D_u T_b n_b}$     – hệ số kết hợp kéo và cắt (ASD) (J3-5b)
• μ – hệ số ma sát trung bình có thể chỉnh sửa trong Code setup
• D_u = 1.13 – hệ số nhân phản ánh tỷ lệ giữa lực kéo trước trung bình thực tế và lực kéo trước tối thiểu quy định
• h_f = 1.0 – hệ số cho tấm đệm
• n_s – số bề mặt ma sát; Kiểm tra được tính toán riêng cho từng bề mặt ma sát
• V – lực cắt tác dụng lên bu lông
• ϕ = 1.0 – hệ số sức kháng cho lỗ kích thước tiêu chuẩn (LRFD) có thể chỉnh sửa trong Code setup
• ϕ = 0.7 – hệ số sức kháng cho lỗ dài (LRFD)
• Ω = 1.5 – hệ số sức kháng cho lỗ kích thước tiêu chuẩn (ASD) có thể chỉnh sửa trong Code setup
• Ω = 2.14 – hệ số sức kháng cho lỗ dài (ASD)

Bê tông bên dưới bản mã chân cột được mô phỏng bằng nền Winkler với độ cứng đồng đều, cung cấp ứng suất tiếp xúc. Ứng suất trung bình tại vùng chịu tải tiếp xúc với bản mã chân cột được sử dụng để kiểm tra nén.

Bê tông chịu nén

Thiết kế bê tông cường độ chịu lực nén được thiết kế theo AISC 360-16, Mục J8. Khi bề mặt đỡ của bê tông lớn hơn bản mã chân cột, cường độ chịu lực thiết kế được xác định là

$$f_{p(max)}=0.85 f_c \sqrt{\frac{A_2}{A_1}} \le 1.7 f'_c$$

trong đó:

• f'_c – cường độ chịu nén của bê tông
• A₁ – diện tích bản mã chân cột tiếp xúc với bề mặt bê tông (diện tích bề mặt trên của hình chóp cụt)
• A₂ – bề mặt đỡ bê tông (diện tích dưới hình học tương tự của hình chóp cụt có độ dốc 1 theo phương đứng và 2 theo phương ngang)

Đánh giá bê tông chịu lực như sau

σ ≤ ϕ_c f_p(max) cho LRFD

σ ≤ f_p(max) / Ω_c cho ASD

trong đó:

• σ – ứng suất nén trung bình dưới bản mã chân cột
• ϕ_c = 0,65 – hệ số sức kháng cho bê tông
• Ω_c = 2,31 – hệ số an toàn cho bê tông

Truyền lực cắt

Tải trọng cắt có thể được truyền qua một trong các phương án sau:

• Chốt chịu cắt,
• Ma sát,
• Bu lông neo.

Chốt chịu cắt

Chỉ có LRFD khả dụng. Tải trọng cắt được truyền qua chốt chịu cắt. Cần kiểm tra bê tông chịu lực và, trừ khi có cốt thép để phát triển cường độ yêu cầu, kiểm tra phá hoại bê tông là cần thiết.

Khả năng chịu lực của chốt chịu cắt tác dụng lên bê tông được xác định theo ACI 349-01 – B.4.5 và ACI 349-01 RB11 như sau:

ϕP_br = ϕ 1,3 f'_c A₁ + ϕ K_c (N_y – P_a)

trong đó:

• ϕ = 0,7 – hệ số giảm cường độ cho lực nén lên bê tông theo ACI 349
• f'_c – cường độ chịu nén của bê tông
• A₁ – diện tích hình chiếu của chốt chịu cắt được chôn vào theo phương lực, không bao gồm phần chốt tiếp xúc với vữa phía trên cấu kiện bê tông
• K_c = 1,6 – hệ số giam giữ
• N_y = n A_se F_y – cường độ chảy của các neo chịu kéo
• P_a – tải trọng dọc trục ngoài

Cường độ phá hoại bê tông của chốt chịu cắt theo ACI 349 – B11 là:

$$\phi V_{cb} = A_{Vc} 4 \phi \sqrt{f'_c}$$

trong đó:

• ϕ = 0,85 – hệ số giảm cường độ cho lực cắt theo ACI 349
• A_Vc – diện tích ứng suất hiệu quả được xác định bằng cách chiếu mặt phẳng 45° từ các cạnh chịu lực của chốt chịu cắt đến bề mặt tự do theo phương tải trọng cắt. Diện tích chịu lực của chốt chịu cắt được loại trừ khỏi diện tích hình chiếu

Nếu khả năng chống phá hoại bê tông trong Thiết lập tiêu chuẩn bị vô hiệu hóa, người dùng sẽ được cung cấp lực cần truyền qua bê tông cốt thép.

Ma sát

Tải trọng cắt được truyền qua ma sát. Sức kháng cắt được xác định như sau:

ϕ_c V_r = ϕ_c μ C    (LRFD)

V_r / Ω_c =μ C / Ω_c    (ASD)

trong đó:

• ϕ_c = 0,65 – hệ số sức kháng (LRFD)
• Ω_c = 2,31 – hệ số an toàn (ASD)
• μ = 0,4 – hệ số ma sát giữa bản mã chân cột và bê tông (giá trị khuyến nghị 0,4 trong AISC Design guide 7 – 9.2 và ACI 349 – B.6.1.4, có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn)
• C – lực nén

Bu lông neo

Nếu tải trọng cắt chỉ được truyền qua bu lông neo, lực cắt tác dụng lên từng neo được xác định bằng phương pháp phần tử hữu hạn và bu lông neo được đánh giá theo ACI 318-14 như mô tả trong các chương tiếp theo.

Lực trong các neo, bao gồm lực bẩy, được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn, nhưng sức kháng được kiểm tra theo các quy định của ACI 318-14, ACI 318-19 hoặc ACI 318-25, tùy thuộc vào phiên bản tiêu chuẩn được chọn.

Chỉ có LFRD khả dụng. Các loại hệ thống neo sau đây có thể được chọn:

• Đổ tại chỗ

  • Có bản đệm
  • Neo có móc
  • Đinh neo
  • Cốt thép
• Neo cấy sau

  • Thanh ren

Thanh neo được thiết kế theo AISC 360-10/16/22 – J9 và ACI 318-14/19/25 – Chương 17. Các sức kháng sau đây của bu lông neo được đánh giá tùy thuộc vào hệ thống neo được chọn:

• Sức kháng thép của neo chịu kéo ϕN_sa,
• Sức kháng phá vỡ bê tông chịu kéo ϕN_cbg,
• Sức kháng nhổ bê tông ϕN_p,
• Sức kháng vỡ mặt bên bê tông ϕN_sb,
• Sức kháng thép của neo chịu cắt ϕV_sa,
• Sức kháng phá vỡ bê tông chịu cắt ϕV_cbg,
• Sức kháng bẩy bê tông của neo chịu cắt ϕV_cp.

Người dùng phải chọn điều kiện bê tông (nứt hoặc không nứt – không có vết nứt trong điều kiện sử dụng).

Các kiểm tra tiêu chuẩn sau đây đối với neo chịu kéo không được cung cấp và cần được kiểm tra bằng thông tin trong Thông số kỹ thuật sản phẩm liên quan (dựa trên phân vị 5 phần trăm của các thử nghiệm được thực hiện và đánh giá theo ACI 355.2):

• Phá hoại nhổ phần tử liên kết (đối với neo cơ học cấy sau) – ACI 318-14 – 17.4.3 hoặc ACI 318-19/25 – 17.6.3,
• Sức kháng liên kết dính của neo kết dính (đối với neo kết dính cấy sau) – ACI 318-14 – 17.4.5 hoặc ACI 318-19/25 – 17.6.5,
• Phá hoại tách bê tông trong quá trình thi công cần được đánh giá theo yêu cầu của ACI 355.2.

Phá hoại vỡ mặt bê tông chỉ được cung cấp cho các neo có bản đệm. 

Sức kháng thép của neo chịu kéo

Các loại neo: Có bản đệm, Neo có móc, Đinh neo, Thanh ren:

Sức kháng thép của neo chịu kéo được xác định theo ACI 318-14 – 17.4.1 hoặc ACI 318-19/25 – 17.6.1 như sau

ϕN_sa = ϕ A_se,N f_uta

trong đó:

• ϕ = 0.7 – hệ số giảm sức kháng cho neo chịu kéo theo ACI 318-14 – 17.3.3, hệ số này có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
• A_se,N – diện tích tiết diện chịu kéo
• f_uta – cường độ kéo quy định của thép neo và không được lớn hơn 1.9 f_ya và 125 ksi

Loại neo: Cốt thép:

Sức kháng thép của neo chịu kéo được xác định theo ACI 318-14/19/25 – 20.2.2 như sau

ϕN_sa = ϕ A_s f_y

trong đó:

• ϕ = 0.7 – hệ số giảm sức kháng cho neo chịu kéo theo ACI 318-14 – 17.3.3, hệ số này có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
• A_s – diện tích tiết diện chịu kéo
• f_y – giới hạn chảy quy định của thép neo

Sức kháng phá vỡ bê tông

Tất cả các loại neo:

Sức kháng phá vỡ bê tông được thiết kế theo phương pháp Thiết kế Khả năng Bê tông (CCD) trong ACI 318-14/19/25 – Chương 17. Trong phương pháp CCD, nón bê tông được coi là hình thành ở góc khoảng 34° (độ dốc 1 theo phương đứng và 1.5 theo phương ngang). Để đơn giản hóa, nón được coi là hình vuông thay vì hình tròn trong mặt bằng. Ứng suất phá vỡ bê tông trong phương pháp CCD được coi là giảm khi kích thước bề mặt phá vỡ tăng lên. Do đó, sự tăng sức kháng phá vỡ trong phương pháp CCD tỷ lệ với chiều sâu chôn neo lũy thừa 1.5. Các neo có nón bê tông chồng lên nhau tạo thành một nhóm neo có nón bê tông chung. Lưu ý rằng không có giải pháp ASD tương đương nào tồn tại cho thiết kế khả năng bê tông.

$$\phi N_{cbg} = \phi \frac{A_{Nc}}{A_{Nco}} \psi_{ec,N} \psi_{ed,N} \psi_{c,N} \psi_{cp,N} N_b$$

trong đó:

• ϕ = 0.7 – hệ số giảm sức kháng cho neo chịu kéo theo ACI 318-14 – 17.3.3, hệ số này có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
• A_Nc – diện tích nón phá vỡ bê tông thực tế cho một nhóm neo tạo thành nón bê tông chung
• A_Nco = 9 h_ef² – diện tích nón phá vỡ bê tông cho neo đơn không bị ảnh hưởng bởi các cạnh
• $\psi_{ec,N} = \frac{1}{1+\frac{2 e'_N}{3 h_{ef}}}$ – hệ số hiệu chỉnh cho nhóm neo chịu tải lệch tâm theo phương kéo; trong trường hợp tải lệch tâm tồn tại theo hai trục, hệ số hiệu chỉnh Ψ_ec,N được tính cho từng trục riêng lẻ và tích của các hệ số này được sử dụng
• $\psi_{ed,N} = \min \left ( 0.7 + \frac{0.3 c_{a,min}}{1.5 h_{ef}}, 1 \right )$ – hệ số hiệu chỉnh cho khoảng cách đến cạnh
• c_a,min – khoảng cách nhỏ nhất từ neo đến cạnh
• Ψ_c,N – hệ số hiệu chỉnh cho điều kiện bê tông; Ψ_c,N =1 cho bê tông nứt, Ψ_c,N =1.25 cho bê tông không nứt
• Ψ_cp,N = min (c_a,min / c_ac,1) – hệ số hiệu chỉnh cho tách nứt đối với neo cấy sau được thiết kế cho bê tông không nứt mà không có Cốt thép gia cường để kiểm soát tách nứt; Ψ_cp,N = 1 cho tất cả các trường hợp khác
• $N_b = k_c \lambda_a \sqrt{f'_c} h_{ef}^{1.5}$ – sức kháng phá vỡ bê tông cơ bản của một neo đơn chịu kéo trong bê tông nứt; đối với neo đổ tại chỗ và 11 in. ≤ h_ef ≤ 25 in. $N_b = 16 \lambda_a \sqrt{f'_c} h_{ef}^{5/3}$
• k_c = 24 cho neo đổ tại chỗ
• h_ef – chiều sâu chôn neo; theo Chương 17.4.2.3 trong ACI 318-14, chiều sâu chôn neo hiệu dụng h_ef được giảm xuống $h_{ef} = \max \left ( \frac{c_{a,max}}{1.5}, \frac{s}{3} \right )$ nếu các neo nằm cách ít hơn 1.5 h_ef từ ba cạnh trở lên
• s – khoảng cách giữa các neo
• c_a,max – khoảng cách lớn nhất từ một neo đến một trong ba cạnh gần
• λ_a = 1 – hệ số hiệu chỉnh cho bê tông nhẹ
• f'_c – cường độ chịu nén của bê tông [psi]

Theo ACI 318-14 – 17.4.2.8, trong trường hợp neo có đầu, diện tích bề mặt chiếu A_Nc được xác định từ chu vi hiệu dụng của bản đệm, là giá trị nhỏ hơn của d_a + 2 t_wp hoặc d_wp, trong đó:

• d_a – đường kính neo
• d_wp – đường kính hoặc kích thước cạnh bản đệm
• t_wp – chiều dày bản đệm

Theo ACI 318-14

Nhóm neo được kiểm tra theo tổng lực kéo trong các neo chịu kéo tạo thành nón bê tông chung.

Diện tích nón phá vỡ bê tông cho nhóm neo chịu kéo tạo thành nón bê tông chung, A_c,N, được thể hiện bằng đường đứt nét màu đỏ.

Theo ACI 318-14 – 17.4.2.9, khi Cốt thép gia cường neo được phát triển theo ACI 318-14 – 25 ở cả hai phía của bề mặt phá vỡ, Cốt thép gia cường neo được giả định là truyền lực kéo và sức kháng phá vỡ bê tông không được đánh giá.

Sức kháng nhổ bê tông

Bu lông neo có bản đệm (bu lông có đầu):

Sức kháng nhổ bê tông của bu lông neo có đầu được xác định trong ACI 318-14 – 17.4.3 như sau

ϕN_pn = ϕΨ_c,P N_p

trong đó:

• ϕ = 0.7 – hệ số giảm sức kháng cho neo chịu kéo theo ACI 318-14 – 17.3.3, có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
• Ψ_c,P – hệ số hiệu chỉnh cho điều kiện bê tông; Ψ_c,P = 1.0 cho bê tông nứt, Ψ_c,P = 1.4 cho bê tông không nứt
• N_P = 8 A_brg f'_c cho neo có đầu
• A_brg – diện tích chịu lực của đầu đinh hoặc bu lông neo
• f'_c – cường độ chịu nén của bê tông

Bu lông neo có móc (bu lông J- hoặc L-):

Sức kháng nhổ bê tông của bu lông neo có móc được xác định trong ACI 318-14 – 17.4.3 như sau

ϕN_pn = ϕΨ_c,P N_p

trong đó:

• ϕ = 0.7 – hệ số giảm sức kháng cho neo chịu kéo theo ACI 318-14 – 17.3.3, có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
• Ψ_c,P – hệ số hiệu chỉnh cho điều kiện bê tông; Ψ_c,P = 1.0 cho bê tông nứt, Ψ_c,P = 1.4 cho bê tông không nứt
• N_P = 0.9 f'_c e_h d_a cho bu lông neo có móc
• f'_c – cường độ chịu nén của bê tông
• e_h – khoảng cách từ mặt trong của thân bu lông J- hoặc L- đến đầu ngoài của bu lông J- hoặc L-
• d_a – đường kính bu lông neo

Sức kháng nhổ bê tông đối với các loại neo khác ngoài neo có đầu hoặc neo có móc không được đánh giá trong phần mềm và phải được nhà sản xuất quy định.

Sức kháng vỡ mặt bên bê tông

Sức kháng vỡ mặt bên bê tông của neo có đầu chịu kéo được xác định trong ACI 318-14 – 17.4.4 như sau

$$\phi N_{sb} = \phi 160 c_{a1} \sqrt{A_{brg}} \sqrt{f'_c}$$

Sức kháng vỡ mặt bên bê tông được nhân với một trong các hệ số giảm:

• $\frac{1+\frac{c_{a2}}{c_{a1}}}{4} \le 1$
• $\frac{1+\frac{s}{6 c_{a1}}}{2} \le 1$

trong đó:

• ϕ = 0.7 – hệ số giảm sức kháng cho neo chịu kéo theo ACI 318-14 – 17.3.3, có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
• c_a1 – khoảng cách ngắn hơn từ trục neo đến cạnh
• c_a2 – khoảng cách dài hơn, vuông góc với c_a1, từ trục neo đến cạnh
• A_brg – diện tích chịu lực của đầu đinh hoặc bu lông neo
• f'_c – cường độ chịu nén của bê tông
• s – khoảng cách giữa hai neo liền kề gần một cạnh

Sức kháng thép chịu cắt

Sức kháng thép chịu cắt được xác định theo ACI 318-14 – 17.5.1 như sau

ϕV_sa = ϕ 0.6 A_se,V f_uta

trong đó:

• ϕ = 0.65 – hệ số giảm sức kháng cho neo chịu cắt theo ACI 318-14 – 17.3.3, có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
• A_se,V – diện tích tiết diện chịu kéo
• f_uta – cường độ kéo quy định của thép neo và không được lớn hơn 1.9 f_ya và 125 ksi

Nếu chọn mạch vữa, sức kháng thép chịu cắt V_sa được nhân với 0.8 (ACI 318-14 – 17.5.1.3).

Lực cắt trên cánh tay đòn, xuất hiện trong trường hợp bản mã chân cột có lỗ quá khổ và bản đệm hoặc bản thêm vào phía trên bản mã chân cột để truyền lực cắt, không được xét đến.

Sức kháng phá vỡ bê tông của neo chịu cắt

Sức kháng phá vỡ bê tông của một neo hoặc nhóm neo chịu cắt được thiết kế theo ACI 318 14 – 17.5.2.

$$\phi V_{cbg} = \phi \frac{A_V}{A_{Vo}} \psi_{ec,V} \psi_{ed,V} \psi_{c,V} \psi_{h,V} \psi_{\alpha,V} V_b$$

trong đó:

• ϕ = 0.65 – hệ số giảm sức kháng cho neo chịu cắt theo ACI 318-14 – 17.3.3, có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
• A_v – diện tích phá hoại bê tông chiếu của một neo hoặc nhóm neo
• A_vo – diện tích phá hoại bê tông chiếu của một neo khi không bị giới hạn bởi ảnh hưởng góc, khoảng cách hoặc chiều dày cấu kiện
• $\psi_{ec,V} = \frac{1}{1+\frac{2 e'_V}{3 c_{a1}}}$ – hệ số hiệu chỉnh cho nhóm neo chịu tải lệch tâm theo phương cắt
• $\psi_{ed,V} = 0.7 + 0.3 \frac{c_{a2}}{1.5 c_{a1}} \le 1.0$ – hệ số hiệu chỉnh cho hiệu ứng cạnh
• Ψ_c,V – hệ số hiệu chỉnh cho điều kiện bê tông; Ψ_c,V = 1.0 cho bê tông nứt, Ψ_c,V = 1.4 cho bê tông không nứt
• $\psi_{h,V} = \sqrt{\frac{1.5 c_{a1}}{h_a}} \ge 1$ – hệ số hiệu chỉnh cho neo nằm trong cấu kiện bê tông khi h_a < 1.5 c_a1
• $\psi_{\alpha ,V} = \sqrt{\frac{1}{(\cos \alpha_V )^2 + (0.5 \sin \alpha_V)^2}}$ – hệ số hiệu chỉnh cho neo chịu tải ở góc 90° − α_V với cạnh bê tông; trong ACI 318-14 – 17.5.2.1 chỉ có các giá trị rời rạc, phương trình được lấy từ FIB bulletin 58 – Thiết kế neo trong bê tông (2011)
• h_a – chiều cao bề mặt phá hoại phía bê tông
• $V_b = \min \left ( 7 \left ( \frac{l_e}{d_a} \right )^{0.2} \lambda_a \sqrt{d_a} \sqrt{f'_c} c_{a1}^{1.5}, 9 \lambda_a \sqrt{d_a} \sqrt{f'_c} c_{a1}^{1.5} \right )$
• l_e = h_ef ≤ 8 d_a – chiều dài chịu lực của neo chịu cắt
• d_a – đường kính neo
• f'_c – cường độ chịu nén của bê tông
• c_a1 – khoảng cách đến cạnh theo phương tải trọng; theo Điều 17.5.2.4, đối với cấu kiện hẹp, c_2,max < 1.5 c₁ cũng được coi là mỏng, h_a < 1.5 c₁, c'₁ được dùng thay cho c₁ trong các phương trình trước; giá trị giảm c'₁ = max (c_2,max / 1.5, h_a / 1.5, s_c,max / 3)
• c_a2 – khoảng cách đến cạnh theo phương vuông góc với tải trọng
• c_2,max – khoảng cách đến cạnh lớn nhất theo phương vuông góc với tải trọng
• s_c,max – khoảng cách lớn nhất vuông góc với phương cắt, giữa các neo trong nhóm

Nếu c_a2 ≤ 1.5 c_a1 và h_a ≤ 1.5 c_a1, $c_{a1}= \max \left ( \frac{c_{a2}}{1.5}, \frac{h_a}{1.5}, \frac{s}{3} \right )$, trong đó s là khoảng cách lớn nhất vuông góc với phương cắt, giữa các neo trong nhóm.

Theo ACI 318-14 – 17-5.2.9, khi Cốt thép gia cường neo được phát triển theo ACI 318-14 – 25 ở cả hai phía của bề mặt phá vỡ, Cốt thép gia cường neo được giả định là truyền lực cắt và sức kháng phá vỡ bê tông không được đánh giá.

Sức kháng bẩy bê tông của neo chịu cắt

Sức kháng bẩy bê tông được thiết kế theo ACI 318-14 – 17.5.3.

ϕV_cp = ϕk_cp N_cp

trong đó:

• ϕ = 0.65 – hệ số giảm sức kháng cho neo chịu cắt theo ACI 318-14 – 17.3.3, có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn
• k_cp = 1.0 khi h^ef < 2.5 in., k_cp = 2.0 khi h_ef ≥ 2.5 in
• N_cp = N_cb (sức kháng phá vỡ bê tông – tất cả các neo được giả định chịu kéo) trong trường hợp neo đổ tại chỗ

Theo ACI 318-14 – 17.4.2.9, khi Cốt thép gia cường neo được phát triển theo ACI 318-14 – 25 ở cả hai phía của bề mặt phá vỡ, Cốt thép gia cường neo được giả định là truyền lực kéo và sức kháng phá vỡ bê tông không được đánh giá.

Tương tác giữa lực kéo và lực cắt

Tương tác giữa lực kéo và lực cắt được đánh giá theo ACI 318-14 – R17.6.

$$\left ( \frac{N_{ua}}{N_n} \right )^{\zeta} + \left ( \frac{V_{ua}}{V_n} \right )^{\zeta} \le 1.0$$

trong đó:

• N_ua và V_ua – lực thiết kế tác dụng lên một neo
• N_n và V_n – sức kháng thiết kế thấp nhất xác định từ tất cả các dạng phá hoại phù hợp
• ς = 5 / 3

Neo có đoạn nhô

Cấu kiện thanh được thiết kế theo AISC 360-16. Tương tác của lực cắt được bỏ qua vì chiều dài tối thiểu của neo để vừa đai ốc dưới bản mã chân cột đảm bảo rằng neo bị phá hoại do uốn trước khi lực cắt đạt đến một nửa sức kháng cắt, và tương tác cắt là không đáng kể (lên đến 7%). Tương tác giữa mô men uốn và lực nén hoặc lực kéo được giả định một cách bảo thủ là tuyến tính. Hiệu ứng bậc hai không được xét đến.

Sức kháng cắt (AISC 360-16 – G):

$V_n = \frac{0.6 A_V F_y}{\Omega_V}$    (ASD)

$V_n = \phi_V 0.6 A_V F_y$    (LRFD)

• A_V = 0.844 ∙ A_s – diện tích chịu cắt
• A_s – diện tích bu lông đã trừ phần ren
• F_y – giới hạn chảy của bu lông
• Ω_V – hệ số an toàn, giá trị khuyến nghị là 2
• ϕ_V – hệ số sức kháng, giá trị khuyến nghị là 0.75

Sức kháng kéo (AISC 360-16 – D2):

$P_n = \frac{A_s F_y}{\Omega_t}$    (ASD)

$P_n = \phi_t A_s F_y$    (LRFD)

• Ω_t – hệ số an toàn, giá trị khuyến nghị là 2
• ϕ_t – hệ số sức kháng, giá trị khuyến nghị là 0.75

Sức kháng nén (AISC 360-16 – E3)

$P_n = \frac{F_{cr} A_s}{\Omega_c}$    (ASD)

$P_n = \phi_c F_{cr} A_s$    (LRFD)

• $F_{cr} = 0.658^{\frac{F_y}{F_e}} F_y$ khi $\frac{L_c}{r} \le 4.74 \sqrt{\frac{E}{F_y}}$,  $F_{cr} = 0.877 F_e$ khi $\frac{L_c}{r} > 4.74 \sqrt{\frac{E}{F_y}}$ – ứng suất tới hạn
• $F_e = \frac{\pi^2 E} {\left ( \frac{L_c}{r} \right) ^2}$ – ứng suất oằn đàn hồi
• L_c = 2 ∙ l – chiều dài oằn
• l – chiều dài của cấu kiện bu lông bằng một nửa chiều dày bản mã chân cột cộng khe hở cộng một nửa đường kính bu lông
• $r= \sqrt{\frac{I}{A_s}}$ – bán kính quán tính của bu lông neo
• $I= \frac{\pi d_s^4}{64}$ – mô men quán tính của bu lông
• Ω_c – hệ số an toàn, giá trị khuyến nghị là 2
• ϕ_c – hệ số sức kháng, giá trị khuyến nghị là 0.75

Sức kháng uốn (AISC 360-16 – F11):

$M_n = \frac{Z F_y}{\Omega_b} \le \frac{1.6 S_x F_y}{\Omega_b}$   (ASD)

$M_n = \phi_b Z F_y \le 1.6 \phi_b S_x F_y$   (ASD)

• $Z = \frac{d_s^3}{6}$ – mô đun tiết diện dẻo của bu lông
• $S_x= \frac{2 I}{d_s}$ – mô đun tiết diện đàn hồi của bu lông
• Ω_c – hệ số an toàn, giá trị khuyến nghị là 2
• ϕ_c – hệ số sức kháng, giá trị khuyến nghị là 0.75

Tương tác tuyến tính:

$$\frac{N}{P_n}+\frac{M}{M_n} \le 1$$

• N – lực kéo (dương) hoặc lực nén (âm) đã nhân hệ số
• P_n – sức kháng thiết kế hoặc sức kháng cho phép chịu kéo (dương) hoặc chịu nén (âm)
• M – mô men uốn đã nhân hệ số
• M_n – sức kháng uốn thiết kế hoặc cho phép

Bu lông

Khoảng cách tối thiểu giữa các bu lông và khoảng cách từ tâm bu lông đến mép của cấu kiện được liên kết được kiểm tra. Khoảng cách tối thiểu 2,66 lần (có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn) đường kính danh nghĩa của bu lông giữa các tâm bu lông được kiểm tra theo AISC 360-16 – J.3.3. Khoảng cách tối thiểu từ tâm bu lông đến mép của cấu kiện được liên kết được kiểm tra theo AISC 360-16 – J.3.4; các giá trị được cho trong Bảng J3.4 và J3.4M.

Mối hàn

Kích thước mối hàn tối thiểu và tối đa, cũng như chiều dài đủ của mối hàn được kiểm tra.

Kích thước mối hàn tối đa được kiểm tra theo AISC 360-16 – J2.2b đối với bản song song với bản được hàn có mối hàn góc từ mép đến bề mặt.

• Đối với chiều dày bản nhỏ hơn 1/4 in, kích thước mối hàn không được lớn hơn chiều dày bản.
• Đối với chiều dày bản bằng hoặc lớn hơn 1/4 in, kích thước mối hàn không được lớn hơn chiều dày bản −1/16 in.

Các ví dụ về mối hàn được kiểm tra chiều dày tối đa được thể hiện trong hình dưới đây.

Kích thước mối hàn tối thiểu của mối hàn góc được kiểm tra theo Bảng J2.4:

• Với $t_p \le 1/4\,\textrm{in}$ kích thước mối hàn phải lớn hơn hoặc bằng 1/8 in.
• Với $1/4\,\textrm{in}< t_p \le 1/2\,\textrm{in}$ kích thước mối hàn phải lớn hơn hoặc bằng 3/16 in.
• Với $1/2\,\textrm{in}< t_p \le 3/4\,\textrm{in}$ kích thước mối hàn phải lớn hơn hoặc bằng 1/4 in.
• Với $3/4\,\textrm{in}< t_p$ kích thước mối hàn phải lớn hơn hoặc bằng 5/16 in.

trong đó $t_p$ là chiều dày của bản mỏng hơn.

Chiều dài tối thiểu của mối hàn góc không được nhỏ hơn bốn lần kích thước mối hàn theo J2.2b (c).

Chiều cao họng hiệu dụng tối thiểu của mối hàn rãnh PJP được xác định theo AISC 360-22 – Bảng J2.3:

Neo

Khoảng cách giữa các neo phải lớn hơn bốn lần đường kính neo theo ACI 318-14 – 17.7.1.

Khoảng cách tối thiểu từ tâm neo đến mép bản tuân theo các quy tắc áp dụng cho bu lông.

Các nút liên kết được phân loại theo độ cứng của nút thành:

• Ngàm cứng – các nút liên kết có sự thay đổi không đáng kể về góc ban đầu giữa các cấu kiện,
• Liên kết bán cứng – các nút liên kết được giả định có khả năng cung cấp mức độ hạn chế uốn đáng tin cậy và đã biết,
• Khớp – các nút liên kết không phát sinh mô men uốn.

Các nút liên kết được phân loại theo phần chú giải trong AISC 360-16, Cl. B3.4.

• Ngàm cứng – $\frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge 20$
• Liên kết bán cứng – $2 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < 20$
• Khớp – $\frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 2$

trong đó:

• S_j,ini – độ cứng ban đầu của nút liên kết; độ cứng của nút liên kết được giả định là tuyến tính đến 2/3 của M_j,Rd
• L_b – chiều dài lý thuyết của cấu kiện được phân tích
• E – mô đun đàn hồi Young
• I_b – mô men quán tính của cấu kiện được phân tích
• M_j,Rd – khả năng chịu mô men thiết kế của nút liên kết

Thiết kế theo khả năng chịu lực là một phần của kiểm tra động đất và đảm bảo rằng nút liên kết có đủ khả năng biến dạng.

Mục tiêu của thiết kế theo khả năng chịu lực là xác nhận rằng công trình có ứng xử dẻo có kiểm soát nhằm tránh sụp đổ trong trận động đất ở mức thiết kế. Khớp dẻo được kỳ vọng xuất hiện tại cấu kiện tiêu tán năng lượng và tất cả các cấu kiện không tiêu tán của nút liên kết phải có khả năng truyền lực an toàn do sự chảy dẻo trong cấu kiện tiêu tán. Cấu kiện tiêu tán thường là dầm trong khung chịu mô men nhưng cũng có thể là, ví dụ, bản mã đầu dầm. Hệ số an toàn không được áp dụng cho các cấu kiện tiêu tán. Hai hệ số được gán cho cường độ chảy dẻo của cấu kiện tiêu tán:

• R_y – tỷ số giữa cường độ chảy dẻo có thể xảy ra và cường độ chảy dẻo tối thiểu – AISC 341-16 – Bảng A3.1; có thể chỉnh sửa trong vật liệu
• $C_{pr}=\frac{F_y+F_u}{2\bullet F_y} \le 1.2$ – hệ số tăng bền do biến dạng

Cường độ chịu kéo cực hạn của cấu kiện tiêu tán được tăng lên theo hệ số R_t – tỷ số giữa cường độ kéo có thể xảy ra và cường độ kéo tối thiểu – AISC 341-16 – Bảng A3.1; có thể chỉnh sửa trong vật liệu

Biểu đồ vật liệu được điều chỉnh theo hình dưới đây:

Cường độ tăng lên của cấu kiện tiêu tán cho phép nhập tải trọng gây ra khớp dẻo xuất hiện tại cấu kiện tiêu tán. Trong trường hợp khung chịu mô men và dầm là cấu kiện tiêu tán, dầm cần được tải bởi M_y = C_prR_yF_yZ_pl,y và lực cắt tương ứng V_z = –2 M_y / L_h, trong đó:

• F_y – cường độ chảy dẻo đặc trưng
• Z_pl,y – mô men kháng uốn dẻo của tiết diện
• L_h – khoảng cách giữa các khớp dẻo trên dầm

Trong trường hợp nút liên kết không đối xứng, dầm cần được tải bởi cả mô men uốn dương và mô men uốn âm cùng với các lực cắt tương ứng.

Các bản thép của cấu kiện tiêu tán được loại trừ khỏi kiểm tra.