V tomto příspěvku předvedeme použití průřezu z kategorie "Parametrické - tenkostěnné" v programu RFEM vytvořeného podle příkladu metody LRFD v příručce AISC Design Guide 15: Rehabilitation and Retrofit [2]. Přídavný modul RF-STEEL AISC je použit k posouzení nevyztuženého i vyztuženého sloupu podle kapitoly E normy AISC.
Níže je uveden příklad 6.2 z AISC Design Guide 15 [2], kde se pro 16 stop dlouhý sloup používá historický tvar průřezu AISC W10X66 (Fy = 33 ksi).
V následujících krocích je popsán postup vytváření uživatelsky definovaného průřezu a materiálu.
Vytvoření uživatelsky definovaného průřezu W10X66
- V databázi průřezů vyberte "Symetrický I-profil". Poté zadejte geometrické vlastnosti uvedené v tabulce 5-2.1 (Design Guide 15 [2], str. 50). Dalším krokem je vytvoření nového uživatelsky definovaného materiálu pro ocel Fy = 33 ksi pomocí tlačítka [Převzít materiál z databáze...].
- Vyplňte filtry v databázi materiálů a poté vyberte možnost "Vytvořit nový materiál" podle materiálu "Ocel A36". V dalším okně vyplňte "Označení materiálu" a upravte Fy na 33 ksi.
- Narýsujte 16 stop dlouhý prut. Ve spodní části sloupu je třeba zajistit kloubovou podporu (se zamezením rotace okolo osy Z). Horní podpora zamezuje pouze posunu ve směru X a Y. Působí osové zatížení = 550 kips (vlastní + užitné zatížení).
- Model řešíme v přídavném modulu RF-STEEL AISC.
Jak je ukázáno výše, požadovaná pevnost překračuje aktuální pevnost o 26 %, a proto sloup vyžaduje vyztužení ocelovými deskami (Fy = 36 ksi) přivařenými k pásnicím sloupu. Předpokládejme, že výztužné desky jsou osazeny po celé délce sloupu.
Poznámka: Menší rozdíly v pevnosti v tlaku mezi modelem RFEM a analytickým výpočtem příkladu z AISC [2] jsou způsobeny rozdílem v plochách průřezu (radius rohu průřezu není v RFEMu uvažován).
Vytvoření uživatelsky zadaného vyztuženého sloupu W10X66 s deskami z oceli A36
Přivařené výztužné desky zvýší jak plochu, tak moment setrvačnosti sloupu. To má za následek zvýšenou pevnost v tlaku, jak je stanoveno v AISC, čl. E3 [1].
Návrh vyztužení je iterační proces, který se nejlépe provádí pomocí tabulky. Tento článek představuje pouze výsledné řešení, kdy jsou k pásnicím sloupu přivařeny dvě krycí desky 3/8 palce tlusté a 8 palců široké, jak je znázorněno níže.
- V databázi průřezů vyberte "Zesílený I-profil". Poté zadejte geometrické rozměry sloupu W10x66 a výztužných desek 3/8 x 8 palců. Vyberte stejný uživatelsky definovaný materiál "Ocel Fy = 33", který byl vytvořen dříve (podle AISC Design Guide 15 [2], "Stávající sloup má mez kluzu Fy = 33 ksi, zatímco výztužné desky mají mez kluzu Fy = 36 ksi. Pro výpočet dostupné tlakové pevnosti sloupu zohledníme na straně bezpečnosti mez kluzu 33 ksi pro celý vyztužený průřez sloupu.“).
- Opakujte stejný postup při zadávání sloupu a zatížení. Model spočítáme pomocí modulu RF-STEEL AISC. Jak je znázorněno níže, vyztužený sloup splňuje požadavky na posouzení.
Kontrola požadavků na složené sloupy podle AISC, čl. E6 a návrh svarů
V čl. E6.1 [1] AISC jsou přípoje na koncích výztužných desek navrženy pro plné zatížení v tlaku v desce. Navrhněte koncové spoje pro mez kluzu výztužných desek.
Na obou stranách výztužné desky použijte koutové svary 1/4 palce. Tloušťka pásnice je tf = 0,748 palce a výztužné desky 3/8 palce, takže velikost svaru splňuje minimální požadavky na velikost podle AISC, tabulky J2.4 [1]. Požadovaná délka svaru je:
| lweld | délka svaru |
| Pu | tlakové zatížení desky (1) = Fy. Ag |
| Fy | mez kluzu desky = 36 ksi |
| Ag | neoslabená plocha desky (1) = 0,375 in x 8,0 in = 3,0 in2 |
| ΦRn | návrhová pevnost svaru na délku palce svaru |
Tato délka svaru odpovídá normativnímu požadavku AISC, čl. E6.2(b)[1], aby délka koncového svaru nebyla menší než maximální šířka prutu.
Použijte podélný svar 1/4" x 10 na obou stranách na koncích desek.
V čl. E6.1 (b) AISC [1] se vyžaduje upravený štíhlostní poměr pro složené sloupy, pokud je a/ri> 40, kde a je vzdálenost mezi svary. Aby nemusel být použit upravený štíhlostní poměr, měla by být maximální vzdálenost koutových svarů omezena na:
| ri | poloměr setrvačnosti desky (1) |
| Ixi | bt3/12 = [(8,0in) . (0,375in)3]/12 =0,0352in4 (jedna deska) |
| Ai | plocha desky (1) = tw = (0,375in) (8in) = 3,0in2 |
| amax | Maximální vzdálenost mezi přerušovanými koutovými svary |
Použijte přerušované spojovací svary o délce 1,5 palce ve vzdálenosti 4 palce ve středu (čl. J2.2b pro minimální délku svaru). Délka svaru 1,5 palce splňuje kritéria 4*velikosti svaru a minimální délku 1,5 palce.
Podle AISC, čl. E6.2 (a) [1] musí být jednotlivé části tlačených prutů spojeny ve vzdálenostech a tak, aby poměrná štíhlost a/ri nepřekročila 3/4 rozhodujícího štíhlostního poměru složeného prutu.
| a | vzdálenost mezi svary |
| ri | poloměr setrvačnosti desky (1) |
| Lc | Nevyztužená délka sloupu = 16 ft = 192 in |
| ro |
minimální poloměr setrvačnosti vyztuženého průřezu (rz v programu RFEM)
|
Z AISC, čl. E6.2 (b) [1] dále plyne, že maximální vzdálenost přerušovaných svarů nesmí překročit tloušťku desky krát 0,75 √(E/Fy ) ani 12 palců.
| t | tloušťka desky |
| E | modul pružnosti |
| Fy | Mez kluzu vyztuženého průřezu |
Konečný návrh vyztuženého sloupu je uveden níže.
Jak jsme si ukázali ve výše uvedeném příkladu, v programu RFEM lze pomocí „Parametrického - tenkostěnného“ průřezu vypočítat geometrické vlastnosti běžně používaných složených prutů. Přídavný modul RF-STEEL AISC vypočítá návrhové pevnosti prutu a provede posouzení podle normy.
.png?mw=600&hash=49b6a289915d28aa461360f7308b092631b1446e)
