Ten artykuł demonstruje wykorzystanie przekroju "Parametric-Thin-Walled" dostępnego w RFEM 6 na podstawie przykładu LRFD pokazanej w AISC Design Guide 15: Rehabilitation and Retrofit [2]. Dodatek Steel Design jest używany do przeprowadzenia weryfikacji projektowej zarówno dla kolumn niewzmocnionych, jak i wzmocnionych zgodnie z Rozdziałem E AISC.
Poniżej przedstawiono Przykład 6.2 z AISC Design Guide 15 [2], gdzie historyczny kształt AISC W10X66 (Fy = 33 ksi) jest używany dla kolumny o długości 16 stóp.
Poniższe kroki opisują procedurę tworzenia zdefiniowanego przez użytkownika przekroju i materiału.
Tworzenie zdefiniowanego przez użytkownika przekroju W10X66
- Wybierz "Przekrój cienkościenny I" w bibliotece przekrojów. Następnie wprowadź właściwości geometryczne podane w Tabeli 5-2.1 (strona 50 Przewodnika Projektowego 15 [2]). Następnym krokiem jest stworzenie nowego, zdefiniowanego przez użytkownika materiału dla stali Fy = 33 ksi za pomocą przycisku “Import from Material Library”.
- Przejdź do zakładki “Main” w “New Cross-Section”. Otwórz bibliotekę materiałów, a następnie utwórz nowy materiał na bazie "Steel A36". W kolejnym oknie, wybierz “User-defined material”, następnie przejdź do kolejnej zakładki “Material Values” i popraw Fy na 33 ksi.
- Narysuj element o długości 16 stóp. Zapewnij podparcie przegubowe (obroty Z zablokowane) na dole kolumny. Dla podpory na górze, jedynie translacja w kierunkach X i Y jest zablokowana. Zastosuj osiowe obciążenie = 550 kipsów (obciążenie stałe + zmienne).
- Rozwiąż model używając dodatku Steel Design.
Jak pokazano powyżej, wymagana wytrzymałość przekracza dostępną wytrzymałość o 23%, dlatego kolumna wymaga wzmocnienia stalowymi płytami (Fy = 36 ksi) przyspawanymi do półek kolumny. Zakłada się, że płyty wzmacniające są zamontowane na całej długości kolumny.
Uwaga: Niewielkie rozbieżności w wytrzymałości ściskającej między modelem RFEM a przykładem kalkulacyjnym AISC [2] wynikają z różnicy w obszarze przekroju (promień narożnika nie jest uwzględniony w przekroju RFEM).
Tworzenie zdefiniowanej przez użytkownika kolumny W10X66 wzmocnionej płytami stalowymi A36
Przyspawane płyty wzmacniające zwiększą zarówno pole powierzchni, jak i moment bezwładności kolumny. To skutkuje zwiększoną wytrzymałością na ściskanie, zgodnie z Sekcją E3 Specyfikacji AISC [1].
Projekt wzmacniania jest procesem iteracyjnym najlepiej wykonywanym za pomocą arkusza kalkulacyjnego. To rozwiązanie przedstawi jedynie ostateczne rozwiązanie, gdzie dwie płyty okrywające o grubości 3/8 cala x szerokości 8 cali są spawane do półek kolumny, jak pokazano poniżej.
- Wybierz "Niesymetryczny przekrój I z 2 prostokątnymi prętami" w bibliotece przekrojów. Następnie wprowadź właściwości geometryczne kolumny W10x66 i płyt wzmacniających 3/8 cala x 8 cali. Wybierz ten sam zdefiniowany przez użytkownika materiał "Steel Fy =33", który został wcześniej utworzony (zgodnie z Przewodnikiem Projektowym AISC 15 [2], "Istniejąca kolumna ma wytrzymałość Fy = 33 ksi, podczas gdy płyty wzmacniające mają wytrzymałość Fy = 36 ksi. Dla kalkulacji dostępnej wytrzymałości ściskającej kolumny, konserwatywnie zakłada, że wytrzymałość sięgająca 33 ksi dla całego przekroju wzmocnionej kolumny").
- Powtórz tę samą procedurę rysowania kolumny i stosowania obciążeń jak pokazano wcześniej. Rozwiąż model używając dodatku Steel Design. Jak pokazano poniżej, wzmocniona kolumna spełnia sprawdzenie kodu projektowego.
Sprawdzanie wymagań dla kolumn złożonych zgodnie z Sekcją 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 połączenia końcowe dla wytrzymałości płyt wzmacniających.
Użyj spoin pachwinowych 1/4 cala po obu stronach płyty wzmacniającej. Grubość półki to tf = 0,748 cala, a płyta wzmacniająca ma grubość 3/8 cala, dzięki czemu rozmiar spoiny spełnia minimalne wymagania Specyfikacji AISC Tabela 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 normatywny z Sekcji E6.2(b) AISC [1], że długość końcowa spoiny nie może być mniejsza niż maksymalna szerokość członu.
Użyj spoiny o długości 1/4" x 10 cali na długość wzdłużną po obu stronach na końcach płyt.
Z Sekcji E6.1(b) AISC [1], dla kolumn złożonych wymagany jest zmodyfikowany współczynnik smukłości, gdy a/ri > 40, gdzie a to odległość między spoinami. Aby uniknąć potrzeby używania zmodyfikowanej smukłości, maksymalną odległość między przerywanymi spoinami pachwinowymi powinno się ograniczyć 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 połączeń spoinowych o długości 1,5 cala co 4 cale w centrum (Sekcja J2.2b(e) dla minimalnej długości spoiny). Spoiny o długości 1,5 cala spełniają wymogi 4*długość spoiny oraz minimum 1,5 cala.
Z sekcji E6.2(a) AISC [1], poszczególne komponenty elementów ściskanych muszą być połączone w odstępach a, tak by współczynnik smukłości a/ri nie przekraczał 3/4 współczynnika smukłości kontrolującego człon złożony.
|
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 odstępy między przerywanymi spoinami nie mogą przekraczać ani grubości płyty razy 0.75 √(E/Fy), ani 12 cali.
|
t |
Grubość płyty |
|
E |
Moduł sprężystości |
|
Fy |
Granica plastyczności przekroju zbrojonego |
Ostateczny projekt wzmocnionej kolumny pokazano poniżej.
Jak pokazano na powyższym przykładzie, przekrój "Parametric Thin-Walled" w RFEM może być wykorzystany do kalkulacji właściwości geometrycznych powszechnie używanych członów złożonych. Dodatek Steel Design oblicza wytrzymałości projektowe członu i wykonuje weryfikację zgodności z wymaganiami kodu.
