In diesem Beitrag wird die Verwendung von "Parametrischen-Dünnwandigen" Querschnitten, die in RFEM verfügbar sind, anhand des LRFD-Beispiels (Load and Resistance Factor Design) aus dem AISC Design Guide 15: Rehabilitation and Retrofit [2] gezeigt: Mit dem Zusatzmodul RF-STAHL AISC wird die Bemessung sowohl für unverstärkte als auch verstärkte Stützen nach AISC Kapitel E durchgeführt.
Im Folgenden wird das Beispiel 6.2 des AISC Design Guide 15 [2] gezeigt, in dem die historische AISC-Querschnittsform W10X66 (Fy = 33 ksi) für die 16 Fuß lange Stütze verwendet wird.
In den folgenden Schritten wird die Vorgehensweise zur Erstellung eines benutzerdefinierten Querschnitts und Materials erläutert.
Legen Sie den benutzerdefinierten Querschnitt W10X66 an
- Wählen Sie in der Querschnittsbibliothek das "Symmetrische I-Profil". Anschließend geben Sie die geometrischen Eigenschaften aus Tabelle 5-2.1 (Seite 50 des Design Guide 15 [2]) ein. Im nächsten Schritt wird über die Schaltfläche [Material aus Material-Bibliothek übernehmen] ein neues benutzerdefiniertes Material für Fy = 33 ksi Stahl angelegt.
- Stellen Sie den Filter in der Materialbibliothek ein; dann müssen Sie auf der Grundlage von "Steel A36" ein "Neues Material anlegen". Im nächsten Fenster tragen Sie die "Material-Bezeichnung" ein und ändern Fy auf 33 ksi.
- Zeichnen Sie dann den 16 Fuß langen Stab. Am Fuß der Stütze ist eine gelenkige Lagerung (Z-Verdrehung fest) vorgesehen. Für die Lagerung am Stützenkopf ist nur die Verschiebung in X- und Y-Richtung festgehalten. Anschließend wird eine Längslast = 550 kips (Eigengewicht + Nutzlast) aufgebracht.
- Berechnen Sie das Modell mit dem Zusatzmodul RF-STAHL AISC.
Wie oben gezeigt, übersteigt die erforderliche Festigkeit die vorhandene Festigkeit um 26%, weshalb die Stütze Stahlbleche (Fy = 36 ksi) benötigt, die an die Stützenflansche angeschweißt werden. Es wird angenommen, dass die verstärkenden Bleche über die gesamte Stützenlänge montiert werden.
Hinweis: Die geringfügigen Unterschiede in der Druckfestigkeit zwischen dem RFEM-Modell und dem AISC-Handberechnungsbeispiel [2] sind auf den Unterschied in den Querschnittsflächen zurückzuführen (Eckradius nicht im RFEM-Querschnitt enthalten).
Erzeugen Sie die benutzerdefinierte Stütze W10X66 mit A36 Stahlblechen
Die geschweißten Verstärkungsbleche vergrößern sowohl die Fläche als auch das Trägheitsmoment der Stütze. Dies hat eine erhöhte Druckfestigkeit zur Folge, wie sie in der AISC-Spezifikation Abschnitt E3 [1] bestimmt ist.
Die Bemessung der Verstärkung ist ein iterativer Prozess, der am besten mit einer Tabellenkalkulation durchgeführt wird. Die Lösung hier stellt nur die endgültige Lösung dar, bei der zwei 3/8 Zoll dicke x 8 Zoll breite Deckbleche wie unten gezeigt an die Stützenflansche angeschweißt werden.
- Wählen Sie in der Querschnittsbibliothek den Eintrag "Verstärktes I-Profil" aus. Anschließend geben Sie die geometrischen Eigenschaften der Stütze W10x66 und die 3/8 Zoll x 8 Zoll großen Verstärkungsbleche ein. Wählen Sie das benutzerdefinierte Material "Stahl Fy=33" aus, das zuvor erstellt wurde (gem. AISC Design Guide 15 [2], "Die vorhandene Stütze hat eine Streckgrenze von Fy = 33 ksi, während die Verstärkungsbleche eine Streckgrenze von Fy = 36 ksi aufweisen. Für die Berechnung der vorhandenen Druckfestigkeit der Stütze ist eine Streckgrenze von 33 ksi für den gesamten verstärkten Stützenquerschnitt konservativ zu berücksichtigen.").
- Wiederholen Sie den gleichen Vorgang zum Erstellen der Stütze und zur Lastaufbringung wie oben gezeigt. Berechnen Sie das Modell mit RF-STAHL AISC. Wie unten dargestellt, erfüllt die verstärkte Stütze den Nachweis.
Prüfen der Anforderungen an zusammengesetzte Stützen nach AISC Abschnitt E6 und Bemessung der Schweißnähte
Laut AISC-Spezifikation Abschnitt E6.1 [1] sind die Anschlüsse an den Enden der Verstärkungsbleche für die volle Druckbelastung im Blech auszulegen. Bemessen Sie nun die Endanschlüsse für die Streckgrenze der Verstärkungsbleche.
Verwenden Sie 1/4 Zoll Kehlnähte auf beiden Seiten des Verstärkungsblechs. Die Flanschdicke beträgt tf = 0,748 Zoll und das Verstärkungsblech ist 3/8 Zoll dick; damit erfüllt die Schweißnahtgröße die Mindestgrößenanforderungen der AISC -Spezifikationstabelle J2.4 [1]. Die erforderliche Schweißnahtlänge beträgt:
| lSchweißnaht | Länge der Schweißnaht |
| Pu | Drucklast von (1) Blech = Fy. Ag |
| Fy | Streckgrenze des Blechs = 36 ksi |
| Ag | Bruttofläche von (1) Blech = 0.375 in x 8.0 in = 3.0 in 2 |
| ΦRn | Schweißnahtfestigkeit pro inch der Schweißnaht |
Diese Schweißnahtlänge erfüllt die vorgeschriebene Forderung aus dem AISC, Abschnitt E6.2 (b) [1], dass die Endschweißnahtlänge nicht kleiner sein darf als die maximale Breite des Stabes.
Verwenden Sie 1/4" Schweißnaht x 10 Zoll lange Längsschweißnähte an beiden Seiten an den Blechenden.
Laut AISC Abschnitt E6.1(b) [1] ist bei a/ri > 40 ein modifizierter Schlankheitsgrad für zusammengesetzte Stützen erforderlich, wobei a der Abstand zwischen den Schweißnähten ist. Um zu vermeiden, eine modifizierte Schlankheit verwenden zu müssen, sollte der maximale Abstand zwischen intermittierenden Kehlnähten auf folgendes begrenzt werden:
| ri | Trägheitsradius von (1) Blech |
| Ixi | bt3/12 = [(8.0in) . (0.375in)3]/12 =0.0352in4 (ein Blech) |
| Ai | Fläche von (1) Blech = t w = (0.375in)(8in) = 3.0in2 |
| amax | Maximaler Abstand zwischen den intermittierenden Kehlnähten |
Es sind intermittierende Verbindungsschweißnähte mit einer Länge von 1,5 Zoll bei 4 Zoll an der Mitte zu verwenden (Abschnitt J2.2b für die minimale Schweißnahtlänge). Eine 1,5 Zoll lange Schweißnaht erfüllt das Minimum von 4*Schweißnahtgröße und 1,5 Zoll.
Laut AISC Abschnitt E6.2(a) [1] sind die einzelnen Bauteile der Druckstäbe in Abständen a anzuschließen, sodass der Schlankheitsgrad a/ri das 3/4-fache des maßgebenden Schlankheitsgrades des zusammengesetzten Stabes nicht überschreitet.
| a | Schweißnahtabstände |
| ri | Trägheitsradius von (1) Blech |
| Lc | Verschiebliche Länge der Stütze = 16 ft = 192 in |
| ro |
Mindestträgheitsradius des verstärkten Profils (rz in RFEM)
|
Gemäß AISC-Abschnitt E6.2(b) [1] darf der maximale Abstand der intermittierenden Schweißnähte weder die Plattendicke mal 0,75 √(E/Fy) noch 12 Zoll überschreiten.
| t | Blechdicke |
| E | Elastizitätsmodul |
| Fy | Streckgrenze des verstärkten Profils |
Die endgültige Bemessung der verstärkten Stütze ist unten dargestellt.
Wie aus dem obigen Beispiel hervorgeht, können mit dem RFEM-Querschnitt "Parametrisch-Dünnwandig" die geometrischen Eigenschaften von gängigen Verbundstäben berechnet werden. Das Zusatzmodul RF-STAHL AISC berechnet die Bemessungsfestigkeiten des Stabes und führt eine Normenkontrolle durch.
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