Cet article démontre l'utilisation de la section « paramétrique à parois minces » disponible dans RFEM 6, sur la base d’un exemple LRFD présenté dans l’AISC Design Guide 15 [2]. Le module complémentaire Vérification de l’acier est utilisé pour effectuer la vérification des poteaux avec et sans armatures selon le chapitre E de l’AISC.
Ci-dessous, l’exemple 6.2 de l’AISC Design Guide 15 [2], où la forme historique 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 défini par l’utilisateur.
Création de la section W10X66 définie par l’utilisateur
- Choisissez la « section en I à parois minces Ī dans la bibliothèque de sections. Ensuite, entrez les propriétés géométriques du tableau 5-2.1 (page 50 du Design Guide 15 [2]). Étape suivante : créer un nouveau matériau défini par l’utilisateur pour l’acier Fy = 33 ksi à l’aide du bouton « Importer depuis la bibliothèque de matériaux ».
- Accédez à l’onglet « Général » dans « Nouvelle section ». Ouvrez la bibliothèque de matériaux, puis créez un nouveau matériau basé sur « Acier A36 ». Dans la fenêtre suivante, sélectionnez « Matériau défini par l’utilisateur », puis accédez à l’onglet suivant, « Valeurs du matériau », et redéfinissez Fy à 33 ksi.
- Dessinez la barre de 16 pieds de long. Définissez un appui articulé (rotation Z encastrée) au bas du poteau. Pour l’appui au sommet, seule la translation est encastrée dans les directions X et Y. Appliquez une charge axiale = 550 kips (permanente + exploitation).
- Calculez le modèle à l’aide du module complémentaire Vérification de l’acier.
Comme indiqué ci-dessus, la résistance requise dépasse de 23 % la résistance prévue, et par conséquent le poteau 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 du poteau.
Remarque : les petites différences de résistance à la compression entre le modèle RFEM et l’exemple de calcul manuel AISC [2] sont dues à la différence dans les aires de section (un rayon d’angle 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 augmentera la résistance en compression telle que déterminée à partir de la clause E3 des spécifications AISC [1].
La vérification du renforcement est un processus itératif effectué de préférence à l’aide d’un tableur. Cette solution ne présentera que celle retenue en fin de compte, où deux plaques de couverture de 3/8-pouces d’épaisseur x 8-pouces de large sont soudées aux semelles du poteau comme indiqué ci-dessous.
- Choisissez la « section en I mono-symmétrique avec 2 barres plates » dans la bibliothèque de sections. Ensuite, entrez les propriétés géométriques du poteau W10x66 et des plaques de renforcement de 3/8 pouces x 8 pouces. Sélectionnez le même matériau défini par l’utilisateur « Acier Fy =33 » créé précédemment (selon l’AISC Design Guide 15 [2], « Le poteau existant a une limite d’élasticité de Fy = 33 ksi, alors que les plaques de renforcement ont une limite d’élasticité de Fy = 36 ksi. Pour le calcul de la résistance en compression disponible du poteau, considérez de manière conservatrice une limite d’élasticité de 33 ksi pour toute la section renforcée. Ī).
- Répétez la même procédure de dessin de la colonne et d’application des charges comme montré précédemment. Calculez le modèle à l’aide du module complémentaire Vérification de l’acier. Comme montré ci-dessous, le poteau renforcé satisfait la vérification selon la norme.
Vérification des exigences pour les poteaux composés selon la clause E6 de l’AISC et la vérification des soudures
D'après la clause 6.1 des spécifications de l’AISC [1], les assemblages aux extrémités des plaques de renforcement sont conçues pour la charge de compression totale dans la plaque. Vérifiez la limite d’élasticité des connexions d’extrémité des plaques de renforcement.
Utilisez des soudures d’angle de 1/4 pouce de chaque côté de la plaque de renforcement. L’épaisseur de la semelle est tf = 0,748 pouce et la plaque de renforcement a une épaisseur de 3/8 pouce, donc la taille de la soudure répond aux exigences de taille minimale du tableau J2.4 des spécifications de l’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 observe 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 de la barre.
Utilisez des soudures longitudinales de 1/4" de large x 10 pouces de long des deux côtés aux extrémités des plaques.
D’après la clause E6.1(b) de l’AISC [1], un rapport d’élancement modifié pour les poteaux composés est requis lorsque a/ri > 40, où a est la distance entre les soudures. Pour d’avoir à utiliser un élancement modifié, l’espacement maximal entre les soudures d’angle intermittentes doit être limité 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 pouces de long tous les 4 pouces au centre (Section J2.2b(e) pour la longueur minimale de soudure). Une soudure de 1,5 pouces répond à la 4*taille de soudure et 1,5 pouces minimum.
Dְ’après la clause E6.2(a) de l’AISC [1], les composants individuels des barres comprimées doivent être connectés à des intervalles a tels que le rapport d’élancement a/ri ne dépasse pas 3/4 du rapport d’élancement déterminant de la barre composée.
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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) |
D’après la clause E6.2(b) de l’AISC [1], l’espacement maximal des soudures intermittentes ne doit pas dépasser ni 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 concept 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 barres composées couramment utilisées. Le module complémentaire Vérification de l’acier permet de calculer les valeurs de calcul de résistance de la barre.
Base de connaissance