Zbrojenie istniejącego słupa w RFEM zgodnie z AISC Design Guide 15

Niniejszy artykuł demonstruje zastosowanie przekroju "Parametrycznego cienkościennego" dostępnego w programie RFEM na przykładzie LRFD z AISC Design Guide 15: Rehabilitacja i modernizacja [2]. Moduł dodatkowy RF-STEEL AISC służy do przeprowadzania obliczeń dla słupów niezbrojonych i zbrojonych zgodnie z AISC rozdział E.

Poniżej pokazano przykład 6.2 z AISC Design Guide 15 [2] , w którym dla słupa o długości 16 stóp zastosowano historyczny kształt AISC W10X66 (F_y = 33 ksi).

• 3D Viewer | Google
• 3D Viewer | Babylon
• Wirtualna rzeczywistość

W10X66 Kolumna zdefiniowana przez użytkownika

W poniższych krokach opisano procedurę tworzenia przekroju zdefiniowanego przez użytkownika i materiału.

Utwórz przekrój W10X66 zdefiniowany przez użytkownika

1. W bibliotece przekrojów należy wybrać opcję "Dwuteownik symetryczny". Następnie należy wprowadzić właściwości geometryczne z tabeli 5-2.1 (strona 50 w Zaleceniach projektowych 15 [2] ). W kolejnym kroku zostanie utworzony nowy materiał zdefiniowany przez użytkownika dla_{stali F y} = 33 ksi, poprzez kliknięcie przycisku [Importuj materiał z biblioteki materiałów].
   
   
   

   Przekrój zdefiniowany przez użytkownika W10X66
2. Wypełnij filtr w Bibliotece materiałów, a następnie "Utwórz nowy materiał" na podstawie "Stal A36". W kolejnym oknie należy wprowadzić „Opis materiału” i zmienić F_y na 33 ksi.
   
   
   

   Utwórz nowy materiał na bazie stali A36
3. Narysuj pręt o długości 4,9 m. Zapewnij podporę przegubową (utrwalony obrót Z) w dolnej części słupa. W przypadku podpory na głowicy słupa rejestrowane jest tylko przemieszczenie w kierunku X i Y. Następnie przykładane jest obciążenie podłużne = 550 kipów (ciężar własny + obciążenie użytkowe).
4. Model można obliczyć za pomocą modułu dodatkowego RF-STEEL AISC.
   
   
   

   Wynik niezbrojonego słupa w RF-STEEL AISC

Jak pokazano powyżej, wymagana wytrzymałość przekracza dostępną wytrzymałość o 26%, dlatego słup wymaga zbrojenia ze stali (F_y = 36 ksi) przyspawanej do pasów słupa. Zakłada się, że płyty wzmacniające są zamontowane na całej długości słupa.

Uwaga: Niewielkie rozbieżności w wytrzymałości na ściskanie między modelem RFEM a przykładem obliczeń ręcznych [2] z AISC wynikają z różnicy pól przekroju (promień naroża nie jest uwzględniany w przekroju w programie RFEM).

Utwórz zdefiniowany przez użytkownika słup zbrojony W10X66 za pomocą płyt stalowych A36

Spawane płyty wzmacniające zwiększają zarówno pole powierzchni, jak i moment bezwładności słupa. Skutkuje to zwiększoną wytrzymałością na ściskanie określoną w specyfikacji AISC, sekcja E3 [1].

Wymiarowanie zbrojenia jest procesem iteracyjnym, najlepiej przeprowadzanym za pomocą arkusza kalkulacyjnego. Rozwiązanie to stanowi tylko rozwiązanie końcowe, w którym do pasów słupa przyspawane są dwie nakładki o wymiarach 8 cm x 25 cm, jak pokazano poniżej.

Wzmocniony przekrój

1. W bibliotece przekrojów należy wybrać wpis „Dwuteownik zbrojony”. Następnie należy wprowadzić właściwości geometryczne słupa W10x66 i płyt wzmacniających o wymiarach 3/8 cala x 8 cali. Należy wybrać uprzednio utworzony materiał zdefiniowany przez użytkownika "Stal Fy = 33" (zgodnie z Przewodnikiem projektowym AISC 15 [2] , "Istniejący słup ma granicę plastyczności_Fy = 33 ksi, podczas gdy płyty zbrojeniowe mają granicę plastyczności F_y = 36 ksi. Przy obliczaniu dostępnej wytrzymałości słupa na ściskanie należy zgodnie z zasadami konserwatywnymi przyjąć granicę plastyczności równą 33 ksi dla całego przekroju zbrojonego słupa.").
   
   
   

   Przekrój zdefiniowany przez użytkownika słupa zbrojonego W10X66
2. Powtórz ten sam proces, aby utworzyć słup i przyłożyć obciążenie, jak pokazano powyżej. Obliczyć model za pomocą programu RF-STEEL AISC. Jak pokazano poniżej, słup zbrojony spełnia wymagania obliczeniowe.
   
   
   

   Końcowy wynik obliczeń w RF-STEEL AISC

Sprawdź wymagania dla słupów złożonych zgodnie z AISC sekcja E6 i zwymiaruj spoiny

Zgodnie ze specyfikacją AISC, rozdział E6.1 [1] , połączenia na końcach płyt zbrojeniowych muszą być zaprojektowane dla pełnego obciążenia ściskającego w płycie. Teraz należy obliczyć połączenia końcowe dla granicy plastyczności płyt wzmacniających.

Zastosuj spoinę pachwinową 1/4 cala po obu stronach blachy zbrojeniowej. Grubość pasa wynosi t_f = 0,748 cala , a grubość blachy wzmacniającej wynosi 3/8 cala, tym samym rozmiar spoiny spełnia minimalne wymagania dotyczące rozmiaru określone w tabeli J2.4 [1] specyfikacji AISC. Wymagana długość spoiny wynosi:

Ta długość spoiny spełnia przepis AISC, rozdział E6.2 (b) [1] , że długość spoiny czołowej nie może być mniejsza niż maksymalna szerokość pręta.

Zastosuj spoinę podłużną 1/4" x 10 cali po obu stronach na końcach płyt.

Zgodnie z sekcją AISC E6.1 (b) [1] , zmodyfikowany współczynnik smukłości dla słupów zespolonych jest wymagany dla a/ri> 40, gdzie a jest odległością między spoinami. Aby uniknąć konieczności stosowania zmodyfikowanej smukłości, maksymalny odstęp między przerywanymi spoinami pachwinowymi powinien być ograniczony do:

Zastosuj przerywaną spoinę łączącą o długości 1,5 cala i szerokości 10 cm pośrodku (przekrój J2.2b dla minimalnej długości spoiny). Spoina o długości 1,5 cala spełnia wymagania co do rozmiaru spoiny 4* i minimum 1,5 cala.

Zgodnie z AISC, sekcja E6.2 (a) [1] , poszczególne składowe prętów ściskanych należy połączyć w takich odległościach, aby współczynnik smukłości a/r_i nie przekraczał 3/4 miarodajnego stopnia smukłości zmontowany pręt.

Z punktu AISC E6.2(b) [1] , maksymalny rozstaw spoin przerywanych nie powinien przekraczać grubości płyty pomnożonej przez 0,75 √(E/F_y ) ani 12 cali

Poniżej pokazano sposób wymiarowania zbrojonego słupa.

Projektowanie spoin słupa złożonego

Jak pokazano w powyższym przykładzie, przekrój „parametryczny cienkościenny” może być użyty do obliczenia właściwości geometrycznych typowych prętów zespolonych. Dodatkowy moduł RF-STEEL AISC oblicza wytrzymałości pręta i weryfikuje normy normowe.