V tomto příspěvku předvedeme použití průřezu „Parametric-Think-Walled“ v programu RFEM na příkladu LRFD v 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.
Shown below is example 6.2 of AISC Design Guide 15 [2], where the AISC historic shape W10X66 (Fy = 33 ksi) is used for the 16-foot-long column.
V následujících krocích je popsán postup vytváření uživatelsky definovaného průřezu a materiálu.
Creating User-Defined W10X66 Cross-Section
- V databázi průřezů vyberte "Symetrický I-profil". Then enter the geometric properties found on Table 5-2.1 (page 50 of Design Guide 15 [2]). 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.
As shown above, the required strength exceeds the available strength by 26%, and therefore the column requires reinforcing steel plates (Fy = 36 ksi) welded to the column flanges. Assume that the reinforcing plates are installed over the entire column length.
Pozor: The minor discrepancies in compressive strength between the RFEM model and AISC hand-calculation example [2] are due to the difference in cross-sectional areas (a corner radius is not included in the RFEM cross-section).
Creating User-Defined Reinforced W10X66 Column with A36 Steel Plates
Přivařené výztužné desky zvýší jak plochu, tak moment setrvačnosti sloupu. This will result in an increased compressive strength as determined from AISC Specification Section 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. Pick the same user-defined material "Steel Fy=33" that was previously created (per AISC Design Guide 15 [2], "The existing column has a yield strength of <nobr>Fy = 33 ksi</nobr>, while the reinforcing plates have a yield strength of 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.
Checking Requirements for Built-up Columns as per AISC Section E6 and Designing Welds
From AISC Specification section E6.1 [1], the connections at the ends of the reinforcing plates are designed for the full compressive load within the plate. Navrhněte koncové spoje pro mez kluzu výztužných desek.
Na obou stranách výztužné desky použijte koutové svary 1/4 palce. The flange thickness is tf = 0.748 inch and the reinforcing plate is 3/8 inch thick, thus the weld size meets the minimum size requirements of AISC Specification Table J2.4 [1]. The required weld length is:
| 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 |
This weld length meets the prescriptive requirement from AISC section E6.2(b) [1] that the end weld length not be less than the maximum width of the member.
Použijte podélný svar 1/4" x 10 na obou stranách na koncích desek.
From AISC section E6.1(b) [1], a modified slenderness ratio for built-up columns is required when a/ri > 40, where a is the distance between welds. 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.
From AISC section E6.2(a) [1], the individual components of compression members must be connected at intervals, a, such that the slenderness ratio, a/ri, does not exceed 3/4 times the governing slenderness ratio of the built-up member.
| 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)
|
From AISC section E6.2(b) [1], the maximum spacing of intermittent welds shall not exceed the plate thickness times <nobr>0.75 √(E/Fy)</nobr>, nor 12 inches.
| 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.
