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底板与混凝土基座一体化设计(ACI)
底板与混凝土基座一体化设计(ACI)
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底板与混凝土基座一体化设计(ACI)

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探索连接 IDEA StatiCa Connection 与 Detail 的 BIM 链接的强大功能,轻松实现按照 ACI 318 对钢筋混凝土块体进行设计和规范校核。本教程包含多种建模技巧与方法。

1 新建项目

运行 IDEA StatiCa Connection。一切从钢结构选项卡开始。 

保持锚固拓扑的默认设置,进入软件。

2 设计

在进行任何调整之前,请确保"展开"参数化模板。新的参数化模板提供了一种通过修改少量参数来快速编辑简单节点的方式。但是,若要查看完整的自定义选项,请展开参数化模板以访问加工操作。

首先调整刚打开的模板节点的柱截面尺寸。新截面为 W12x45。


修改底板操作,以实现如下所示的受荷混凝土块体的最终拓扑。 

  • 使用 Detail 3D,剪力现在也可以通过锚栓、抗剪键和摩擦传递。 

输入两种荷载工况的内力,如下所示。内力在地面与混凝土块体接触面处产生压应力。默认情况下,混凝土块体假定为开裂状态。 

3 校核

切换到选项卡,校核并计算。规范校核验证了锚栓的破坏模式。让我们进一步探讨。

根据 ACI 318 第 17.4 节,探讨拉力和剪力的潜在破坏模式。 

请查看锚栓的详细校核 结果, 因为第一页显示了不符合项。 这将告知您所执行的规范校核内容以及具体的不满足项。建议采取必要措施解决此问题。

分析不满足的锚栓校核: 

  • 问题由锚栓的混凝土锥体破坏承载力引起。
  • 此问题可在 IDEA StatiCa Detail 中轻松解决,该软件采用三维 CSFM(协调应力场法)方法。它有助于克服 IDEA StatiCa Connection 中素混凝土开裂块体模型的局限性。

4 导出

自主研发的 IDEA StatiCa Connection 现具备强大的BIM 链接至 Detail 功能,支持对多种组合下的钢筋混凝土块体进行设计和校核。

导出前提条件: 

  • 模型必须预先计算完毕,并包含计算结果

前往选项卡 校核 -> RC 校核 -> 保存。

导出仅适用于锚固拓扑。导出允许传递以下内容:

  • 混凝土块体
  • 锚栓
  • 底板
  • 荷载

根据 Connection 中相应设置确定的附加信息和参数:

  • 剪力传递方式(通过锚栓、抗剪键和摩擦) 
  • 材料
  • 锚固类型:后锚固(粘结型)/现浇
  • 端部锚固类型:锚板/直锚/弯折/带钩/环形
  • 摩擦系数

5 设计

本节允许您修改构件、支座、荷载与组合以及钢筋配置。

支座

地基具有一定刚度,精确设计时应予以考虑。面支座在三个方向均提供刚度,默认设置为受拉方向不激活(边界非线性)。

  • 在设定边界条件时请谨慎。在非线性情况下,若弯矩较大,混凝土块体的受拉支座在分析过程中可能发生翻转,导致较大转动。这可能因柔性体运动而导致模型不收敛。

由于本模型为基座,钢筋延伸至板式基础,请取消选择 Z 方向的仅受压支座选项。这将允许连续钢筋与基础相互连接。

传力装置

锚栓从 IDEA StatiCa Connection 中导入。可选择两种类型的锚栓。

现浇锚栓: 

  • 预埋锚栓,其粘结性能与钢筋相同

后锚固(粘结型)锚栓:

  • 后锚固(粘结型/化学锚栓),可根据实际粘结强度自定义粘结强度。

钢筋建模

将混凝土保护层厚度设为 2 英寸,该值将作为钢筋的默认值。

通过添加钢筋开始对基座进行配筋。选择钢筋组件(1)-->三维钢筋组(2)并填写参数。 

现在需要添加其余钢筋。复制该操作,并按下图所示修改红圈标注的参数。

要添加初始箍筋,请新建一个钢筋组。以下步骤提供了参数所需的输入值。 

复制该操作,仅修改形状定义,以向基座添加其余箍筋。

最后一步是为基座添加抗剪钢筋。在本模型中,将为两个方向添加抗剪钢筋。

荷载与组合

组合从 IDEA StatiCa Connection 中导入。 如需了解更多导入详情,请访问链接 - 从 Connection 导入锚固至 Detail。

添加一个荷载工况 自重。

6 校核

在运行分析之前,强烈建议将网格倍增系数调整为 2 或 3,以加快计算速度。此步骤并非强制要求,但可以减少计算时间并有助于发现任何不收敛问题。如果一切运行顺利且未出现问题,可将倍增系数切换回 1。

结果

等效主应力

混凝土中的等效主应力(EPS)根据混凝土块体的体积行为确定。承受最大荷载的区域将被识别并高亮显示。有关等效主应力的更多信息,请参阅理论背景中的相关文章。

钢筋应力

在钢筋校核过程中,可以观察每根钢筋的应力。您还可以更改结果排序方式,以查看应力最大的钢筋。通过重新排列的结果,可以更快速地发现哪些锚栓和钢筋的承载比最高。

在显示钢筋承载比时,用户可以清楚地看到哪些钢筋参与了荷载传递并防止混凝土锥体破坏。 

锚固

再次检查锚固设置并激活锚栓总力。由于混凝土块体计算方法的差异,锚栓中的力可能略有不同。但差异并不显著。 

变形

切换至辅助选项并开启变形显示。

变形校核并非必须执行,但强烈建议在分析后检查变形,以确保模型未出现大变形、大转动或任何有限单元损伤。这将提供分析结果的总体概览,并有助于识别分析过程中可能出现的任何问题。

7 报告

最后,前往 报告预览/打印。IDEA StatiCa 提供完全可自定义的报告,可打印输出或以可编辑格式保存。

您已按照 AISC 和 ACI 318 完成了整个节点设计的校核。钢结构部分在 IDEA StatiCa Connection 中进行校核,混凝土块体在 IDEA StatiCa Connection 和 Detail 中进行规范校核。

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