Artykuł ten pokazuje użycie przekroju "Parametric-Thin-Walled" dostępnego w RFEM na podstawie przykładu LRFD przedstawionego w Przewodniku Projektowym AISC 15: Odbudowa i Modernizacja [2]. Dodatkowy moduł RF-STEEL AISC jest używany do przeprowadzenia sprawdzenia zgodności konstrukcji zarówno dla kolumn niewzmocnionych, jak i wzmocnionych zgodnie z Rozdziałem E AISC.
Poniżej przedstawiono przykład 6.2 z Przewodnika Projektowego AISC 15 [2], gdzie do kolumny o długości 16 stóp użyto historycznego kształtu AISC W10X66 (Fy = 33 ksi).
Poniższe kroki opisują procedurę tworzenia przekroju i materiału zdefiniowanego przez użytkownika.
Tworzenie Przekroju W10X66 Zdefiniowanego przez Użytkownika
- Wybierz "Symmetric I-Section" z Biblioteki Przekrojów. Następnie wprowadź właściwości geometryczne znalezione w Tabeli 5-2.1 (strona 50 Przewodnika Projektowego 15 [2]). Kolejnym krokiem jest utworzenie nowego, zdefiniowanego przez użytkownika materiału dla stali Fy = 33 ksi, używając przycisku [Import Material from Material Library].
- Wypełnij filtr w Bibliotece Materiałów, a następnie "Stwórz Nowy Materiał" bazując na "Steel A36". W następnym oknie wypełnij "Opis Materiału" i zmień wartość Fy na 33 ksi.
- Narysuj element długości 16 stóp. Zapewnij artykulowane podparcie (stała rotacja w osi Z) u podstawy kolumny. Dla podpory u góry, tylko translacja jest stała w kierunkach X i Y. Nałóż obciążenie osiowe = 550 kipów (stałe + żywe).
- Rozwiąż model za pomocą dodatkowego modułu RF-STEEL AISC.
Jak pokazano powyżej, wymagana wytrzymałość przekracza dostępną wytrzymałość o 26%, co oznacza, że kolumna wymaga wzmocnienia płytami stalowymi (Fy = 36 ksi) spawanymi do kołnierzy kolumny. Przyjmuje się, że płyty wzmacniające są instalowane na całej długości kolumny.
Uwaga: Niewielkie rozbieżności w wytrzymałości na ściskanie między modelem RFEM a przykładem obliczenia ręcznego AISC [2] wynikają z różnicy w polach przekroju (promień narożnika nie jest uwzględniany w przekroju RFEM).
Tworzenie Kolumny W10X66 Wzmocnionej Płytami Stalowymi A36 Zdefiniowanej przez Użytkownika
Spawane płyty wzmacniające zwiększą zarówno powierzchnię, jak i moment bezwładności kolumny. To spowoduje zwiększenie wytrzymałości na ściskanie zgodnie z Rozdziałem E3 Specyfikacji AISC [1].
Projektowanie wzmocnienia jest procesem iteracyjnym najlepiej wykonywanym za pomocą arkusza kalkulacyjnego. To rozwiązanie zaprezentuje jedynie końcowe rozwiązanie, gdzie dwie płyty pokrywające o grubości 3/8 cala i szerokości 8 cali są spawane do kołnierzy kolumny, jak pokazano poniżej.
- Wybierz "Strengthened I-Section" w Bibliotece Przekrojów. Następnie wprowadź właściwości geometryczne kolumny W10x66 i płyt wzmocnienia o wymiarach 3/8 cala x 8 cali. Wybierz ten sam zdefiniowany przez użytkownika materiał "Steel Fy=33", który został poprzednio stworzony (zgodnie z Przewodnikiem Projektowym AISC 15 [2], "Istniejąca kolumna ma wytrzymałość na plastyczność Fy = 33 ksi, podczas gdy płyty wzmacniające mają wytrzymałość na plastyczność Fy = 36 ksi. Do obliczeń dostępnej wytrzymałości na ściskanie kolumny, zachowawczo przyjmuje się wytrzymałość plastyczną 33 ksi dla całego przekroju wzmocnionej kolumny.").
- Powtórz tę samą procedurę rysowania kolumny i przykładania obciążeń, jak pokazano wcześniej. Rozwiąż model używając RF-STEEL AISC. Jak pokazano poniżej, wzmocniona kolumna spełnia sprawdzenie zgodności z kodem projektowym.
Sprawdzanie Wymagań dla Kolumn Składających się z Elementów według Sekcji E6 AISC i Projektowanie Spoin
Z sekcji E6.1 Specyfikacji AISC [1], połączenia na końcach płyt wzmacniających są projektowane dla pełnego obciążenia ściskającego w płycie. Zaprojektuj końcowe połączenia dla wytrzymałości na plastyczność płyt wzmacniających.
Użyj spoin pachwinowych 1/4 cala z obu stron płyty wzmacniającej. Grubość kołnierza wynosi tf = 0.748 cala, a płyta wzmacniająca ma grubość 3/8 cala, więc rozmiar spoiny spełnia minimalne wymagania Specyfikacji AISC Tabeli J2.4 [1]. Wymagana długość spoiny to:
|
lweld |
Długość spoiny |
|
Pu |
Obciążenie ściskające płyty (1) = Fy . Ag |
|
Fy |
Wytrzymałość na zginanie płaskownika = 36 ksi |
|
Ag |
Powierzchnia brutto płyty (1) = 0,375 in x 8,0 in = 3,0 in2 |
|
ΦRn |
Obliczeniowa wytrzymałość spoiny na cal spoiny |
Ta długość spoiny spełnia wymóg przepisowy z sekcji E6.2(b) AISC [1], że długość końcowej spoiny nie może być mniejsza niż maksymalna szerokość elementu.
Użyj spoin 1/4" długości 10 cali wzdłużnych z obu stron na końcach płyt.
Z sekcji E6.1(b) AISC [1], wymagany jest zmodyfikowany wskaźnik smukłości dla kolumn składających się z elementów, gdy a/ri > 40, gdzie a to odległość między spoinami. Aby uniknąć potrzeby użycia zmodyfikowanego wskaźnika smukłości, maksymalna odległość między przerywanymi spoinami pachwinowymi powinna być ograniczona do:
|
ri |
Promień bezwładności (1) blachy |
|
Ixi |
bt3/12 = [(8.0in) · (0.375in)3]/12 =0.0352in4 (dla jednej płyty) |
|
Ai |
Powierzchnia (1) blachy = tw = (0,375 in)(8 in) = 3,0 in2 |
|
amax |
Maksymalny odstęp między przerywanymi spoinami pachwinowymi |
Użyj przerywanych spoin łączących o długości 1.5 cala w odstępach co 4 cale (Sekcja J2.2b dla minimalnej długości spoiny). Spoina o długości 1.5 cala spełnia wymagania 4*wielkość spoiny i minimum 1.5 cal.
Z sekcji E6.2(a) AISC [1], poszczególne elementy członów ściskanych muszą być połączone w odstępach, a, tak aby wskaźnik smukłości, a/ri, nie przekroczył 3/4 maksymalnego wskaźnika smukłości złożonego elementu.
|
a |
Odstępy spoin |
|
ri |
Promień bezwładności płyty (1) |
|
Lc |
Długość efektywna słupa = 16 ft = 192 in |
|
ro |
Minimalny promień bezwładności przekroju wzmocnionego (rz w programie RFEM) |
Z sekcji E6.2(b) AISC [1], maksymalne rozstawienie przerywanych spoin nie może przekroczyć grubości płyty razy 0.75 √(E/Fy), ani 12 cali.
|
t |
Grubość płyty |
|
E |
Moduł sprężystości |
|
Fy |
Granica plastyczności przekroju zbrojonego |
Końcowy projekt wzmocnionej kolumny jest pokazany poniżej.
Jak pokazano w powyższym przykładzie, przekrój "Parametric Thin-Walled" w RFEM może być wykorzystany do obliczenia właściwości geometrycznych powszechnie stosowanych członów składających się z elementów. Dodatkowy moduł RF-STEEL AISC oblicza wytrzymałości konstrukcyjne członów i przeprowadza sprawdzenie zgodności z kodem.