Cet article démontre l’utilisation de la section « paramétrique à parois minces » disponible dans RFEM sur la base de l’exemple LRFD issu de l’AISC Design Guide 15 : Réhabilitation et rénovation [2]. Le module additionnel RF-STEEL AISC est utilisé pour effectuer la vérification pour les poteaux non renforcés et renforcés selon le chapitre E de l’AISC.
Ci-dessous : l’exemple 6.2 de l’AISC Design Guide 15 [2], où la forme historique de l’AISC W10X66 (Fy = 33 ksi) est utilisée pour le poteau de 16 pieds de long.
Les étapes suivantes décrivent la procédure de création d’une section et d’un matériau définis par l’utilisateur.
Création de la section W10X66 définie par l’utilisateur
- Sélectionnez la « section en I symétrique » dans la bibliothèque de sections. Ensuite, entrez les propriétés géométriques du tableau 5-2.1 (page 50 du Design Guide 15 [2]). L’étape suivante consiste à créer un nouveau matériau défini par l’utilisateur pour l’acier Fy = 33 ksi à l’aide du bouton [Importer le matériau depuis la bibliothèque de matériaux].
- Remplissez le filtre dans la bibliothèque de matériaux, puis « Créez un nouveau matériau » basé sur « Acier A36 ». Dans la fenêtre suivante, remplissez la "Description du matériau" et révisiez Fy à 33 ksi.
- Dessinez le membre de 16 pieds de long. Fournissez un support fixe (rotation Z fixe) au bas du poteau. Pour le support en haut, seule la translation est fixée dans les directions X et Y. Appliquez une charge axiale = 550 kips (Mort + Vivant).
- Résolvez le modèle en utilisant le module complémentaire RF-STEEL AISC.
Comme montré ci-dessus, la résistance requise dépasse la résistance disponible de 26%, et par conséquent le poteau nécessite des plaques d’acier de renforcement (Fy = 36 ksi) soudées aux semelles du poteau. Supposons que les plaques de renforcement sont installées sur toute la longueur du poteau.
Note : Les légères divergences en résistance à la compression entre le modèle RFEM et l'exemple de calcul manuel AISC [2] sont dues à la différence dans les aires des sections (un rayon de coin n'est pas inclus dans la section RFEM).
Création d’un poteau W10X66 renforcé défini par l’utilisateur avec des plaques en acier A36
Les plaques de renforcement soudées augmenteront à la fois la surface et le moment d'inertie du poteau. Cela entraînera une augmentation de la résistance à la compression déterminée selon la clause E3 de la spécification AISC [1].
La vérification du renforcement est un processus itératif mieux réalisé à l’aide d’une feuille de calcul. Cette solution présentera uniquement la solution finale, où deux plaques de couverture de 3/8-po d'épaisseur x 8-po de large sont soudées aux semelles du poteau comme indiqué ci-dessous.
- Sélectionnez la « section en I renforcée » dans la bibliothèque de sections. Ensuite, entrez les propriétés géométriques du poteau W10x66 et des plaques de renforcement de 3/8 po x 8 po. Sélectionnez le même matériau défini par l'utilisateur "Acier Fy=33" qui a été précédemment créé (selon l’AISC Design Guide 15 [2], « Le poteau existant a une résistance à la rupture de Fy = 33 ksi, tandis que les plaques de renforcement ont une résistance à la rupture de Fy = 36 ksi. Pour le calcul de la résistance à la compression disponible du poteau, considérez de manière conservatrice une résistance à la rupture de 33 ksi pour l’ensemble de la section renforcée du poteau. »).
- Répétez la même procédure pour dessiner le poteau et appliquer les charges comme vu précédemment. Résolvez le modèle en utilisant RF-STEEL AISC. Comme montré ci-dessous, le poteau renforcée répond à la vérification du code de conception.
Vérification des exigences pour les poteaux assemblées selon la clause E6 de l’AISC et vérification des soudures
D'après la clause E6.1 de la spécification AISC [1], les connexions aux extrémités des plaques de renforcement sont conçues pour la charge de compression totale de la plaque. Concevez les connexions d'extrémité pour la résistance à la rupture des plaques de renforcement.
Utilisez des soudures d'angle de 1/4 po des deux côtés de la plaque de renforcement. L'épaisseur de l'aile est tf = 0.748 po et la plaque de renforcement est de 3/8 po d'épaisseur, ainsi la dimension de la soudure répond aux exigences de taille minimale de la table J2.4 de la spécification AISC [1]. La longueur de soudure requise est :
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lweld |
Longueur de la soudure |
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Pu |
Charge de compression de la plaque (1) = Fy . Ag |
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Fy |
Limite d’élasticité de la plaque = 248,23 MPa |
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Ag |
Aire brute de la plaque (1) = 0,375 po x 8,0 po = 3,0 in² |
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ΦRn |
Résistance de calcul des soudures par pouce de cordon |
Cette longueur de soudure répond à l'exigence prescriptive de la clause E6.2(b) de l’AISC [1] selon laquelle la longueur de la soudure d'extrémité ne doit pas être inférieure à la largeur maximale du membre.
Utilisez des soudures longitudinales de 1/4 po x 10 po de long des deux côtés aux extrémités des plaques.
Selon la clause E6.1(b) de l’AISC [1], un rapport d’élancement modifié pour les poteaux assemblées est requis lorsque a/ri > 40, où a est la distance entre les soudures. Pour éviter la nécessité d'utiliser un rapport de finesse modifié, la distance maximale entre les soudures d'angle intermittentes doit être limitée à :
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ri |
Rayon de giration de la (1) plaque |
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Ixi |
bt3/12 = [(8,0in) . (0,375in)3]/12 =0,0352in4 (une plaque) |
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Ai |
Aire de la plaque (1) = t w = (0.375in)(8in) = 3.0in2 |
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amax |
Distance maximale entre les soudures intermittentes |
Utilisez des soudures de connexion intermittentes de 1,5 po de long à 4 po au centre (clause J2.2b pour la longueur de soudure minimale). Une soudure de 1,5 po de long répond à la dimension 4*soudure et au minimum de 1,5 po.
Selon la clause E6.2(a) de l'AISC [1], les composants individuels des membres de compression doivent être connectés à des intervalles, a, de sorte que le rapport de finesse, a/ri, ne dépasse pas 3/4 du rapport de finesse gouvernant du membre assemblé.
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a |
Intervalles de soudure |
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ri |
Rayon de giration de la plaque (1) |
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Lc |
Longueur de flambement de la colonne = 16 ft = 192 in |
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ro |
Rayon de giration minimum de la section renforcée (rz dans RFEM) |
Selon la clause E6.2(b) de l'AISC [1], l'espacement maximum des soudures intermittentes ne doit pas dépasser l'épaisseur de la plaque multipliée par 0.75 √(E/Fy), ni 12 pouces.
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t |
Épaisseur de plaque |
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E |
Module d’élasticité |
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Fy |
Re limite d’élasticité de la section renforcée |
Le design final du poteau renforcé est montrée ci-dessous.
Comme montré dans l'exemple ci-dessus, la section « paramétrique à parois minces » de RFEM peut être utilisée pour calculer les propriétés géométriques des membres assemblés couramment utilisés. Le module additionnel RF-STEEL AISC calcule les résistances de calcul de la barre et effectue la vérification du code.