Este artigo demonstra o uso da seção transversal "Paramétricas-Parede fina" disponível no RFEM com base no exemplo LRFD mostrado no Guia de dimensionamento 15 da AISC: Reabilitação e Retrofit [2]. O módulo adicional RF-STEEL AISC é usado para realizar a verificação do dimensionamento para os pilares com e sem armadura de acordo com o Capítulo E da AISC.
Apresentado abaixo está o exemplo 6.2 do Guia de dimensionamento 15 da AISC [2], onde a forma histórica da AISC W10X66 (Fy = 33 ksi) é utilizada para o pilar de 16 pés de comprimento.
Os passos seguintes descrevem o procedimento de criação de uma seção transversal e material definidos pelo utilizador.
Criar seção transversal W10X66 definida pelo utilizador
- Escolha a "Seção I Simétrica" na biblioteca de seções transversais. Em seguida, insira as propriedades geométricas encontradas na Tabela 5-2.1 (página 50 do Guia de dimensionamento 15 [2]). O próximo passo é criar um novo material definido pelo utilizador para aço Fy = 33 ksi utilizando o botão [Importar material da biblioteca de materiais].
- Preencha o filtro na Biblioteca de Materiais, depois "Crie Novo Material" com base no "Aço A36". Na próxima janela, preencha a "Descrição do Material" e redefina Fy para 33 ksi.
- Desenhe a barra de 16 pés de comprimento. Forneça suporte fixo (rotação Z fixa) na parte inferior do pilar. Para o apoio superior, apenas a translação é fixa nas direções X e Y. Aplique carga axial = 550 kips (peso próprio + variável).
- Resolva o modelo usando o módulo adicional RF-STEEL AISC.
Como apresentado acima, a resistência necessária excede a resistência disponível em 26%, e portanto o pilar requer placas de aço de reforço (Fy = 36 ksi) soldadas aos banzos do pilar. Suponha que as placas de reforço sejam instaladas ao longo de todo o comprimento do pilar.
Nota: As mais pequenas discrepâncias na resistência à compressão entre o modelo RFEM e o exemplo de cálculo manual da AISC [2] são devidas à diferença nas áreas da seção transversal (um raio de canto não é incluído na seção transversal do RFEM).
Criar pilar W10X66 reforçado definido pelo utilizador com placas de aço A36
As placas de reforço soldadas aumentarão tanto a área quanto o momento de inércia do pilar. Isso resultará numa maior resistência à compressão conforme determinado na seção E3 da especificação AISC [1].
O dimensionamento do reforço é um processo iterativo melhor realizado usando uma folha de cálculo. Esta solução apresentará apenas a solução final, onde duas placas de cobertura de 3/8 de polegada de espessura x 8 polegadas de largura são soldadas aos banzos do pilar como mostrado abaixo.
- Escolha a "Seção I reforçada" na biblioteca de seções transversais. Em seguida, insira as propriedades geométricas do pilar W10x66 e as placas de reforço de 3/8 polegada x 8 polegadas. Escolha o mesmo material definido pelo utilizador "Aço Fy=33" que foi criado anteriormente (através de AISC Guia de dimensionamento 15 [2], "O pilar existente tem uma tensão de cedência de Fy = 33 ksi, enquanto as placas de reforço têm uma tensão de cedência de Fy = 36 ksi. Para o cálculo da resistência à compressão disponível do pilar, considere de forma conservadora uma tensão de cedência de 33 ksi para toda a seção transversal do pilar reforçado.").
- Repita o mesmo procedimento de desenhar o pilar e aplicar cargas como mostrado anteriormente. Resolva o modelo utilizando RF-STEEL AISC. Como mostrado abaixo, o pilar reforçado cumpre a norma de dimensionamento.
Verificação dos requisitos para os pilares compostos de acordo com a seção E6 da AISC e dimensionar soldaduras
Da norma AISC especificação da secção E6.1 [1], as ligações nas extremidades das placas de reforço são dimensionadas para a carga de compressão total na placa. Dimensione as ligações de extremidade para a tensão de cedência das placas de reforço.
Utilize cordões de soldadura de 1/4 de polegada em ambos os lados da placa de reforço. A espessura da aba é tf = 0,748 polegada e a placa de reforço é de 3/8 polegada de espessura, portanto, o tamanho da soldadura cumpre os requisitos mínimos de tamanho da Tabela J2.4 da Especificação AISC [1]. O comprimento de soldadura requerido 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 prescritivo da seção E6.2(b) da AISC [1] de que o comprimento da soldadura final não seja inferior à largura máxima da barra.
Utilize soldaduras longitudinais de 1/4" x 10 polegadas de comprimento em ambos os lados nas extremidades das placas.
De acordo com a Seção E6.1(b) da AISC [1], é necessário um fator de esbelteza modificado para pilares compostos quando a/ri > 40, onde a é a distância entre as soldaduras. Para evitar a necessidade de utilizar um fator de esbelteza modificado, a distância máxima entre os 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 1,5 polegadas de comprimento a cada 4 polegadas no centro (Seção J2.2b para comprimento mínimo de soldadura). Uma soldadura de 1,5 polegada de comprimento cumpre o 4*tamanho da soldadura de 1,5 polegada mínima.
De acordo com a seção E6.2(a) da AISC [1], os componentes individuais das barras de compressão devem ser unidos em intervalos, a, de modo que o fator de esbelteza, a/ri, não exceda 3/4 vezes o fator de esbelteza determinado do pilar composto.
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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) |
De acordo com a seção E6.2(b) da AISC [1], o espaçamento máximo das soldaduras intermitentes não deve exceder a espessura da placa vezes 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 reforçada é apresentado abaixo.
Como apresentado no exemplo acima, a seção transversal "Paramétrica - Parede fina" do RFEM pode ser utilizada para calcular as propriedades geométricas das barras compostas que são utilizadas com frequência. O módulo adicional RF-STEEL AISC calcula o dimensionamento das resistências e realiza a verificação de conformidade com a norma.