Este artigo demonstra a utilização da secção "Paramétrica de parede fina" disponível no RFEM, com base no exemplo de LRFD apresentado no Guia de dimensionamento 15 do AISC: Reabilitação e modernização [2]. O módulo adicional RF-STEEL AISC é utilizado para realizar a verificação do dimensionamento para os pilares com e sem reforço de acordo com o AISC Capítulo E.
Em baixo é apresentado o exemplo 6.2 do Guia de dimensionamento AISC 15 [2], onde a forma histórica do AISC W10X66 (Fy = 33 ksi) é utilizada para o pilar com 5 m de comprimento.
Os passos seguintes descrevem o procedimento de criação de uma secção e um material definidos pelo utilizador.
Criar secção W10X66 definida pelo utilizador
- Selecione a "Secção em I simétrica" na biblioteca de secções. De seguida, introduz as propriedades geométricas encontradas na Tabela 5-2.1 (página 50 do Guia de Dimensionamento 15 [2]). O passo seguinte é criar um novo material definido pelo utilizador para o aço Fy = 33 ksi clicando no botão [Importar material da biblioteca de materiais].
- Preencha o filtro na biblioteca de materiais e, em seguida, "Criar novo material" com base no "Aço A36". Na janela seguinte, insira a "Descrição do material" e altere Fy para 33 ksi.
- Desenhe a barra de 5 m. Providencie um apoio articulado (rotação em Z fixa) na parte inferior do pilar. Para o apoio no topo do pilar, apenas é registado o deslocamento nas direções X e Y. Aplicar carga axial = 550 kips (peso próprio + carga variável).
- Calcule o modelo com o módulo adicional RF-STEEL AISC.
Como apresentado acima, a resistência necessária excede a resistência disponível em 26% e, portanto, o pilar requer o reforço de chapas de aço de armadura (Fy = 36 ksi) soldadas aos banzos do pilar. Pode considerar que as chapas de reforço estão instaladas em todo o comprimento do pilar.
Nota: As pequenas discrepâncias na resistência à compressão entre o modelo do RFEM e o exemplo de cálculo manual AISC [2] devem-se à diferença nas áreas da secção (não está incluído um raio de canto na secção do RFEM).
Criar um pilar W10X66 com armadura definido pelo utilizador com placas em aço A36
As placas de reforço soldadas aumentam a área e o momento de inércia do pilar. Isto resultará num aumento da resistência à compressão como determinado a partir de AISC, Secção E3 [1].
O dimensionamento da armadura é um processo iterativo, o qual é melhor realizado com uma folha de cálculo. Esta solução apresentará apenas a solução final, onde duas chapas de cobertura com 3/8 pol. de espessura x 8 pol. de largura são soldadas nos banzos do pilar como mostrado abaixo.
- Na biblioteca de secções, selecione a entrada "Secção em I reforçada". De seguida, introduz as propriedades geométricas do pilar W10x66 e das chapas de armadura 3/8” x 8". Selecionar o mesmo material definido pelo utilizador "Aço Fy=33" criado anteriormente (segundo o Guia de dimensionamento AISC 15 [2], "O pilar existente tem uma tensão de cedência de Fy = 33 ksi, enquanto que as chapas de reforço têm uma tensão de cedência de Fy = 36 ksi. Para o cálculo da resistência à compressão disponível do pilar, considere de forma conservativa uma tensão de cedência de 33 ksi para toda a secção do pilar com armadura.").
- Repita o mesmo processo da criação do pilar e a aplicação da carga como mostrado acima. Calcule o modelo com o RF-STEEL AISC. Conforme apresentado abaixo, o pilar reforçado cumpre a verificação ao dimensionamento.
Verificação dos requisitos para pilares construídos de acordo com a Secção E6 da AISC e do dimensionamento de soldaduras
A partir da especificação AISC, secção E6.1 [1], as ligações nas extremidades das placas de reforço são dimensionadas para a carga de compressão total dentro da placa. Dimensione as ligações de extremidade para a tensão de cedência das placas de reforço.
Utilize cordões de soldadura de 1/4 polegada em ambos os lados da chapa de reforço. A espessura do banzo é de tf = 0,748 polegada e a chapa de reforço tem 3/8 de polegada de espessura, portanto, o tamanho da soldadura cumpre os requisitos de tamanho mínimo da Tabela de especificação J2.4 da AISC [1]. O comprimento de soldadura necessário é:
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lweld |
Length of weld |
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Pu |
Compressive load of (1) plate = Fy . Ag |
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Fy |
Yield strength of plate = 36 ksi |
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Ag |
Gross area of (1) plate = 0.375 in x 8.0 in = 3.0 in2 |
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ΦRn |
Weld design strength per inch of weld |
Este comprimento da soldadura cumpre o requisito normativo da secção E6.2(b) da AISC [1] em que o comprimento da soldadura final não é inferior à largura máxima da barra.
Utilize soldadura longitudinal 1/4" x 10 " de comprimento em ambos os lados nas extremidades das chapas.
Da secção AISC E6.1(b) [1], é necessária uma relação de esbelteza modificada para pilares integrados quando a/ri > 40, onde a é a distância entre soldaduras. Para evitar a utilização de uma esbelteza modificada, a distância máxima entre cordões de soldadura intermitentes deve ser limitada a:
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ri |
Radius of gyration of (1) plate |
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Ixi |
bt3/12 = [(8.0in) . (0.375in)3]/12 =0.0352in4 (one plate) |
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Ai |
Area of (1) plate = t w = (0.375in)(8in) = 3.0in2 |
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amax |
Maximum distance between the intermittent fillet welds |
Utilize soldaduras de ligação intermitentes de 4 polegadas de comprimento a 4 polegadas no centro (secção J2.2b para comprimento mínimo da soldadura). Uma soldadura de 1,5 polegadas de comprimento cumpre o tamanho de soldadura 4* e 1,5 polegadas de comprimento.
Da secção E6.2(a) [1] da AISC, os componentes individuais das barras de compressão devem ser ligados em intervalos, a, de tal forma que a relação de esbelteza a/ri, não reduza exceder 3/4 vezes a relação de esbelteza determinante da barra composta.
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a |
Weld intervals |
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ri |
Radius of gyration of (1) plate |
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Lc |
Unbraced length of the column = 16 ft = 192 in |
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ro |
Minimum radius of gyration of the reinforced section (rz in RFEM) |
Da secção E6.2(b) [1] da AISC, o espaçamento máximo das soldaduras intermitentes não deve exceder a espessura da chapa em 0,75 √(E/Fy ), nem 12 polegadas.
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t |
Plate thickness |
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E |
Modulus of elasticity |
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Fy |
Yield strength of the reinforced section |
O dimensionamento final do pilar reforçado é apresentado abaixo.
Conforme apresentado no exemplo acima, a secção "Paramétrica de parede fina" pode ser utilizada para calcular as propriedades geométricas de barras compostas comuns. O módulo adicional RF-STEEL AISC calcula as resistências de dimensionamento das barras e efetua as verificações da norma.
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