Este artigo demonstra o uso da seção "Parede fina paramétrica" disponível no RFEM 6 com base num exemplo LRFD apresentado no guia de dimensionamento na AISC 15: Reabilitação e modernização [2]. O módulo de dimensionamento de aço é utilizado para executar a verificação do dimensionamento tanto para os pilares com e sem armadura, de acordo com o Capítulo E da AISC.
Abaixo é apresentado o Exemplo 6.2 do AISC Guia de dimensionamento 15 [2], onde a forma histórica W10X66 (Fy = 33 ksi) é usada para o pilar de 16 pés de comprimento.
Os passos a seguir delineiam o procedimento de criação de uma seção transversal e material definidos pelo utilizador.
Criar a seção transversal W10X66 definida pelo utilizador
- Escolha a "Secção em I parede fina" na biblioteca de seções. 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 o aço Fy = 33 ksi usando o botão “Importar da biblioteca de materiais”.
- Navegue para o separador “Geral” na “Nova secção”. Abra a biblioteca de materiais, então crie um novo material baseado no "Ferro A36". Na próxima janela, selecione “Material definido pelo utilizador” e depois vá para o separador seguinte, “Valores de material”, e altere 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 suporte na parte superior, apenas a translação é fixada nas direções X e Y. Aplique uma carga axial = 550 kips (morta + viva).
- Resolva o modelo usando o módulo de dimensionamento de Aço.
Como apresentado acima, a resistência necessária excede a resistência disponível em 23%, e, portanto, o pilar requer chapas de aço de reforço (Fy = 36 ksi) soldadas aos banzos do pilar. Assuma que as chapas de reforço são instaladas ao longo de todo o comprimento do pilar.
Nota: As pequenas discrepâncias na resistência à compressão entre o modelo RFEM e o exemplo de cálculo manual da norma AISC [2] são devidas à diferença nas áreas das seções transversais (um raio de canto não está 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 num aumento da 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 conforme mostrado abaixo.
- Escolha a "Secção em I de simetria simples com duas barras planas" na biblioteca de seções. De seguida, insira as propriedades geométricas do pilar W10x66 e das placas de reforço de 3/8 polegadas x 8 polegadas. Escolha o mesmo material definido pelo utilizador "Steel Fy =33" que foi criado anteriormente (conforme AISC Design Guide 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 conservadoramente uma tensão de cedência de 33 ksi para toda a seção transversal reforçada do pilar.").
- Repita o mesmo procedimento de desenhar o pilar e aplicar cargas como apresentado anteriormente. Resolva o modelo usando o módulo de dimensionamento de aço. Como mostrado abaixo, o pilar reforçada atende à verificação de código de dimensionamento.
Verificação das exigências para pilares construídas de acordo com a seção E6 da AISC e dimensionamento de soldaduras
Da seção 6.1 da especificação da AISC [1], as conexões nas extremidades das placas de reforço são dimensionadas para a carga de compressão total na placa. Dimensione as conexões nas extremidades para a resistência de elasticidade das placas de reforço.
Utilize soldas de filete de 1/4 de polegada em ambos os lados da placa de reforço. A espessura da solda é tf = 0,748 polegadas e a placa de reforço tem 3/8 de polegada de espessura, assim o tamanho da solda atende aos requisitos mínimos de tamanho da tabela J2.4 da especificação da AISC [1]. O comprimento necessário da solda é:
|
lweld |
Comprimento de soldadura |
|
Pu |
Carga de compressão da chapa (1) = Fy ⋅ Ag |
|
Fy |
Resistência à cedência da chapa 36 ksi |
|
Ag |
Área bruta da placa (1) = 0.375 in x 8.0 in = 3.0 in2 |
|
ΦRn |
Resistência de cálculo de soldadura por polegada de soldadura |
Este comprimento de solda atende ao requisito prescritivo da Secção E6.2(b) da AISC [1] de que o comprimento da solda na extremidade não seja inferior à largura máxima da barra.
Use soldas longitudinais de 1/4" x 10 polegadas de comprimento em ambos os lados nas extremidades das placas.
Da Seção E6.1(b) da AISC [1], uma razão de esbeltez modificada para colunas construídas é necessária quando o valor a/ri > 40, onde a é a distância entre soldas. Para evitar a necessidade de usar uma esbeltez modificada, a distância máxima entre soldas intermitentes de filete deve ser limitada a:
|
ri |
Raio de giração da (1) placa |
|
Ixi |
bt3/12 = [(8,0 in) . (0,375 in)3]/12 =0,0352 in4 (uma placa) |
|
Ai |
Área da (1) placa = tw = (0.375in)(8in) = 3.0in2 |
|
amax |
Distância máxima entre cordões de soldadura intermitentes |
Use soldas de conexão intermitentes de 1,5 polegadas de comprimento a cada 4 polegadas de centro a centro (Seção J2.2b(e) para comprimento mínimo de solda). Uma solda de 1,5 polegadas de comprimento atende ao tamanho da solda de 4* e ao mínimo de 1,5 polegadas.
Da Seção E6.2(a) da AISC [1], os componentes individuais das barras de compressão devem ser conectados em intervalos a de modo que a razão de esbeltez a/ri não exceda 3/4 vezes a razão de esbeltez governante da barra construída.
|
a |
Intervalos de soldadura |
|
ri |
Raio de giração de (1) placa |
|
Lc |
Comprimento efetivo do pilar = 16 pés = 192 polegadas |
|
ro |
Raio de giração mínimo da secção reforçada (rz no RFEM) |
Da Seção E6.2(b) da AISC [1], o espaçamento máximo de soldas intermitentes não deve exceder o produto da espessura da placa vezes 0.75 √(E/Fy), nem 12 polegadas.
|
t |
Espessura da chapa |
|
E |
Módulo de elasticidade |
|
Fy |
Tensão de cedência da secção reforçada |
O projeto final do pilar reforçado é mostrado abaixo.
Como apresentado no exemplo acima, a seção transversal "Parede fina paramétrica" do RFEM pode ser utilizada para calcular as propriedades geométricas das barras construídos comumente usados. O módulo de dimensionamento do aço calcula as resistências de cálculo das barras e realiza a verificação da norma.
Base de dados de conhecimento