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Diminga Gomez

2026-02-03

Reinforzo di colonna esistente in RFEM 6 secondo AISC Design Guide 15

A volte una struttura necessita di rinforzi nei casi in cui viene aggiunto un nuovo piano, o quando si scopre che un elemento esistente è sotto progetto a causa di un'ipotesi di carico difficile da prevedere. In molti casi, l'elemento strutturale potrebbe non essere facilmente sostituibile, e il rinforzo viene implementato per soddisfare il nuovo requisito di carico.

Questo articolo dimostra l'uso della sezione trasversale "Parametric-Thin-Walled" disponibile in RFEM 6 basata su un esempio LRFD mostrato nella AISC Design Guide 15: Rehabilitation and Retrofit [2]. Viene utilizzato l'add-on Steel Design per eseguire la verifica di progetto per entrambe le colonne non rinforzate e rinforzate secondo il capitolo E dell'AISC.

Di seguito è mostrato l'Esempio 6.2 della AISC Design Guide 15 [2], dove la forma storica AISC W10X66 (F_y = 33 ksi) è utilizzata per la colonna lunga 16 piedi.

1 Colonna W10X66 definita dall'utente

I passaggi seguenti delineano la procedura per creare una sezione trasversale e un materiale definiti dall'utente.

Creazione della Sezione Trasversale W10X66 Definita dall'Utente

Scegliere la "Sezione I a Parete Sottile" nella Libreria delle Sezioni Trasversali. Quindi inserire le proprietà geometriche trovate nella Tabella 5-2.1 (pagina 50 della Design Guide 15 [2]). Il passo successivo è creare un nuovo materiale definito dall'utente per acciaio F_y = 33 ksi utilizzando il pulsante “Importa dalla Libreria dei Materiali”.

2 Sezione trasversale definita dall'utente W10X66
Navigare alla scheda "Principale" nella "Nuova Sezione Trasversale". Aprire la Libreria dei Materiali, quindi creare un nuovo materiale basato su "Acciaio A36". Nella finestra successiva, selezionare "Materiale definito dall'utente" quindi passare alla scheda successiva "Valori Materiale" e modificare F_y a 33 ksi.

3 Creazione di un nuovo materiale basato sull'acciaio A36
Disegnare il membro lungo 16 piedi. Fornire un appoggio incernierato (rotazione Z fissa) alla base della colonna. Per il supporto superiore, solo la traslazione è fissata nelle direzioni X e Y. Applicare un carico assiale = 550 kips (Morto + Vivo).
Risolvere il modello utilizzando l'add-on Steel Design.

4 Risultato della verifica acciaio di una colonna non rinforzata

Come mostrato sopra, la resistenza richiesta supera la resistenza disponibile del 23%, per cui la colonna richiede piastre di rinforzo in acciaio (F_y = 36 ksi) saldate alle flange della colonna. Si supponga che le piastre di rinforzo siano installate per l'intera lunghezza della colonna.

Nota: Le piccole discrepanze nella resistenza alla compressione tra il modello RFEM e l'esempio di calcolo manuale AISC [2] sono dovute alla differenza nelle aree delle sezioni trasversali (un raggio d'angolo non è incluso nella sezione trasversale RFEM).

Creazione della Colonna W10X66 Rinforzata con Piastre d'Acciaio A36 Definita dall'Utente

Le piastre di rinforzo saldate aumenteranno sia l'area che il momento d'inerzia della colonna. Questo porterà ad un aumento della resistenza alla compressione determinata dalla Sezione E3 delle Specifiche AISC [1].

Il progetto del rinforzo è un processo iterativo meglio svolto utilizzando un foglio di calcolo. Questa soluzione presenterà solo la soluzione finale, dove due piastre di copertura spesse 3/8 pollici x larghe 8 pollici sono saldate alle flange della colonna come mostrato sotto.

5 Sezione trasversale rinforzata

Scegliere la "Sezione I Asimmetrica Singola con 2 Barre Piatte" nella Libreria delle Sezioni Trasversali. Quindi inserire le proprietà geometriche della colonna W10x66 e delle piastre di rinforzo da 3/8 pollici x 8 pollici. Scegliere lo stesso materiale definito dall'utente "Acciaio F_y =33" precedentemente creato (secondo la AISC Design Guide 15 [2], "La colonna esistente ha una resistenza allo snervamento di F_y = 33 ksi, mentre le piastre di rinforzo hanno una resistenza allo snervamento di F_y = 36 ksi. Per il calcolo della resistenza a compressione disponibile della colonna, considerare in modo conservativo una resistenza allo snervamento di 33 ksi per l'intera sezione trasversale della colonna rinforzata.").

6 Sezione definita dall’utente di colonna in calcestruzzo armato W10X66
Ripetere la stessa procedura di disegno della colonna e applicazione dei carichi come mostrato in precedenza. Risolvere il modello utilizzando l'add-on Steel Design. Come mostrato sotto, la colonna rinforzata soddisfa il controllo del codice di progetto.

7 Risultato finale di verifica acciaio

Verifica dei Requisiti per Colonne Composte secondo la Sezione E6 dell'AISC e Progettazione delle Saldature

Dalla Sezione E6.1 delle Specifiche AISC [1], le connessioni alle estremità delle piastre di rinforzo sono progettate per il carico di compressione totale nella piastra. Progettare le connessioni terminali per la resistenza allo snervamento delle piastre di rinforzo.

Utilizzare saldature filetto da 1/4 pollici su entrambi i lati della piastra di rinforzo. Lo spessore della flangia è t_f = 0.748 pollici e la piastra di rinforzo è spessa 3/8 pollici, quindi la dimensione della saldatura soddisfa i requisiti minimi della Tabella J2.4 delle Specifiche AISC [1]. La lunghezza della saldatura richiesta è:

l_{weld} = \frac{P_{u}}{(2 welds) \cdot ({ϕR}_{n})}

l_{weld} = \frac{108.0 kips}{(2 welds) \cdot (5.57 kips / in)}

l_{weld} = 9.70 in \to use 10.0 in

l_weld	Lunghezza della saldatura
P_u	Carico di compressione della piastra (1) = F_y . A_g
F_y	Resistenza a snervamento della piastra = 36 ksi
A_g	Superficie lorda della piastra (1) = 0.375 in x 8.0 in = 3.0 in²
ΦR_n	Resistenza a usura della saldatura per pollice

Saldature longitudinali

Questa lunghezza della saldatura soddisfa il requisito prescrittivo della Sezione E6.2(b) dell'AISC [1] che la lunghezza della saldatura finale non sia inferiore alla larghezza massima del membro.

Utilizzare saldature longitudinali da 1/4" x 10 pollici di lunghezza su entrambi i lati alle estremità delle piastre.

Dalla Sezione E6.1(b) dell'AISC [1], è richiesto un rapporto di snellezza modificato per colonne composte quando a/r_i > 40, dove a è la distanza tra le saldature. Per evitare la necessità di utilizzare un rapporto di snellezza modificato, la distanza massima tra le saldature filetto intermittenti dovrebbe essere limitata a:

r_{i} = \sqrt{\frac{I_{xi}}{A_{i}}} = \sqrt{\frac{0.0352 {in}^{4}}{3.0 {in}^{2}}} = 0.108 in

a_{\max} = 40 r_{i} = 40 \cdot 0.108 in = 4.33 in \to use 4.0 in

r_i	Raggio di inerzia della (1) piastra
I_xi	bt³/12 = [(8.0in) . (0.375in)³]/12 =0.0352in⁴ (una piastra)
A_i	Area di (1) piastra = t w = (0.375in)(8in) = 3.0in²
a_max	Distanza massima tra le saldature a cordone intermittenti

Distanza massima tra saldature d'angolo intermittenti secondo AISC Sezione E6.1(b)

Utilizzare saldature di collegamento intermittenti lunghe 1,5 pollici a 4 pollici di interasse (Sezione J2.2b(e) per la lunghezza minima della saldatura). Una saldatura lunga 1,5 pollici soddisfa il 4*dimensione saldatura e 1,5 pollici minimo.

Dalla sezione E6.2(a) dell'AISC [1], i singoli componenti dei membri a compressione devono essere collegati a intervalli a tali che il rapporto di snellezza a/r_i non ecceda 3/4 del rapporto di snellezza dominante del membro composto.

\frac{a}{r_{i}} = \frac{4.0 in}{0.108 in} = 37.0

\frac{3}{4} (\frac{L_{c}}{r_{o}}) o = \frac{3}{4} (\frac{192 in}{2.529 in}) = 57.1 > 37.0 o . k .

a	Intervalli di saldatura
r_i	Raggio di curvatura della (1) piastra
L_c	Lunghezza libera d'inflessione della colonna = 4,88 m = 192 in
r_o	Raggio di inerzia minimo della sezione rinforzata (r_z in RFEM)

Rapporto di snellezza determinante dell'asta assemblata

Dalla Sezione E6.2(b) dell'AISC [1], la spaziatura massima delle saldature intermittenti non deve superare né la spaziatura piastra moltiplicata per 0.75 √(E/F_y), né 12 pollici.

t \{0.75 \sqrt{\frac{E}{F_{y}}}\} = (0.375 in) \{0.75 \sqrt{\frac{29, 000 ksi}{36 ksi}}\} = 7.98 in > 4.0 in o . k .

t	Spessore della piastra
E	Modulo di elasticità
F_y	Tensione di snervamento della sezione rinforzata

Spaziatura massima delle saldature intermittenti secondo AISC Sezione E6.2(b)

Il progetto finale della colonna rinforzata è mostrato sotto.

8 Verifica di saldature di colonne composte

Come mostrato dall' esempio precedente, la sezione trasversale "Parametric Thin-Walled" di RFEM può essere utilizzata per calcolare le proprietà geometriche di membri composti comunemente utilizzati. L'add-on Steel Design calcola le resistenze di progetto del membro e esegue il controllo del codice.

Knowledge Base

Rinforzo della colonna esistente in RFEM 6 secondo la Guida di progettazione AISC 15

Autore

Diminga è responsabile della formazione dei clienti, del supporto tecnico e dello sviluppo continuo del programma per il mercato nordamericano.

Link

Software di ingegneria strutturale per strutture in acciaio

Bibliografia

ANSI/AISC 360-22, Specifica per edifici di acciaio strutturale
Brockenbrough, R. L.; Schuster, J. S.: AISC Design Guide 15: Rehabilitation and Retrofit, 2a Edizione. Chicago: AISC, 2018

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