Cet article démontre l'utilisation de la section « paramétrique à parois minces » disponible dans RFEM basée sur l’exemple LRFD montré dans l’AISC Design Guide 15 : Réhabilitation et rétrofit [2]. Le module additionnel RF-STEEL AISC est utilisé pour effectuer la vérification de la conception pour les poteaux non renforcés et renforcés selon le chapitre E de l’AISC.
Ci-dessous est présenté 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 la colonne nécessite des plaques d'acier de renforcement (Fy = 36 ksi) soudées aux ailes de la colonne. Supposons que les plaques de renforcement sont installées sur toute la longueur de la colonne.
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'une colonne W10X66 renforcée définie 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 de la colonne. Cela entraînera une augmentation de la résistance à la compression déterminée selon la section E3 de la spécification AISC [1].
La conception du renforcement est un processus itératif mieux réalisé en utilisant 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 ailes de la colonne comme indiqué ci-dessous.
- Choisissez 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 de la colonne, 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 la colonne et appliquer les charges comme montré précédemment. Résolvez le modèle en utilisant RF-STEEL AISC. Comme montré ci-dessous, la colonne renforcée répond à la vérification du code de conception.
Vérification des exigences pour les colonnes assemblées selon la section E6 de l'AISC et conception des soudures
D'après la section 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 :
|
lweld |
Length of weld |
|
Pu |
Compressive load of (1) plate = Fy . Ag |
|
Fy |
Yield strength of plate = 36 ksi |
|
Ag |
Gross area of (1) plate = 0.375 in x 8.0 in = 3.0 in2 |
|
ΦRn |
Weld design strength per inch of weld |
Cette longueur de soudure répond à l'exigence prescriptive de la section 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 colonnes 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 :
|
ri |
Radius of gyration of (1) plate |
|
Ixi |
bt3/12 = [(8.0in) . (0.375in)3]/12 =0.0352in4 (one plate) |
|
Ai |
Area of (1) plate = t w = (0.375in)(8in) = 3.0in2 |
|
amax |
Maximum distance between the intermittent fillet welds |
Utilisez des soudures de connexion intermittentes de 1,5 po de long à 4 po au centre (Section 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.
|
a |
Weld intervals |
|
ri |
Radius of gyration of (1) plate |
|
Lc |
Unbraced length of the column = 16 ft = 192 in |
|
ro |
Minimum radius of gyration of the reinforced section (rz in RFEM) |
Selon la cmaise 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.
|
t |
Plate thickness |
|
E |
Modulus of elasticity |
|
Fy |
Yield strength of the reinforced section |
La conception finale de la colonne renforcée 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.