Армирование существующей колонны в RFEM в соответствии с AISC Design Guide 15

Эта статья демонстрирует использование поперечного сечения "Параметрическое тонкостенное", доступного в RFEM, на основе примера LRFD, приведенного в Руководстве по проектированию AISC 15: Восстановление и модернизация [2]. Дополнительный модуль RF-STEEL AISC используется для выполнения проверки проектных характеристик как для неусиленных, так и для усиленных колонн в соответствии с главой E AISC.

Ниже показан пример 6.2 из Руководства по проектированию AISC 15 [2], где историческая форма AISC W10X66 (F_y = 33 ksi) используется для 16-футовой колонны.

• 3D-визуализатор
• 3D Viewer | Babylon
• Виртуальная реальность

1 W10X66 Пользовательская колонна

Следующие шаги описывают процедуру создания пользовательского поперечного сечения и материала.

Создание пользовательского поперечного сечения W10X66

1. Выберите "Симметричное I-сечение" в библиотеке поперечных сечений. Затем введите геометрические свойства, представленные в Таблице 5-2.1 (страница 50 Руководства по проектированию 15 [2]). Следующим шагом создайте новый пользовательский материал для стали с F_y = 33 ksi, используя кнопку [Импорт материала из библиотеки материалов].
   

   2 Пользовательское сечение W10X66
2. Заполните фильтр в Библиотеке материалов, затем "Создайте новый материал" на основе "Сталь A36". В следующем окне заполните "Описание материала" и измените F_y на 33 ksi.
   

   3 Создать новый материал на основе стали А36
3. Нарисуйте элемент длиной 16 футов. Обеспечьте шарнирную опору (фиксированное вращение Z) внизу колонны. Для опоры сверху, фиксированы только перемещения в направлениях X и Y. Приложите осевую нагрузку = 550 кип (Постоянная + Временна́я).
4. Решите модель, используя дополнительный модуль RF-STEEL AISC.
   

   4 Результат неармированной колонны в RF-STEEL AISC

Как показано выше, требуемая прочность превышает доступную прочность на 26%, и поэтому колонне требуется усиление стальными пластинами (F_y = 36 ksi), приваренными к полкам колонны. Предположим, что усиливающие пластины установлены на всю длину колонны.

Примечание: Небольшие расхождения в прочности на сжатие между моделью RFEM и ручным расчетным примером AISC [2] объясняются разницей в площадях поперечного сечения (радиус закругления не включен в поперечное сечение RFEM).

Создание пользовательской усиленной колонны W10X66 со стальными пластинами A36

Приваренные усиливающие пластины увеличат как площадь, так и момент инерции колонны. Это приведет к увеличению прочности на сжатие, определяемой из раздела E3 Спецификации AISC [1].

Проектирование усиления — итеративный процесс, лучше всего выполняемый с использованием электронной таблицы. В этом решении будет представлено только окончательное решение, когда две накладные пластины толщиной 3/8 дюйма и шириной 8 дюймов приварены к полкам колонны, как показано ниже.

5 Усиленное сечение

1. Выберите "Усиленное I-сечение" в библиотеке поперечных сечений. Затем введите геометрические свойства колонны W10x66 и усилительных пластин размером 3/8 дюйма x 8 дюймов. Выберите тот же пользовательский материал "Сталь Fy=33", который был создан ранее (по Руководству по проектированию AISC 15 [2], "Существующая колонна имеет предельную прочность F_y = 33 ksi, тогда как усиливающие пластины имеют предельную прочность F_y = 36 ksi. Для расчета доступной прочности на сжатие колонны, консервативно примите предельную прочность 33 ksi для всего усиленного поперечного сечения колонны.").
   

   6 Пользовательское сечение армированной колонны W10X66
2. Повторите ту же процедуру рисования колонны и прикладывания нагрузок, как показано ранее. Решите модель, используя RF-STEEL AISC. Как показано ниже, усиленная колонна соответствует проектным требованиям.
   

   7 Конечный результат расчета в RF-STEEL AISC

Проверка требований для составных колонн в соответствии с разделом E6 AISC и проектирование сварных швов

Согласно разделу E6.1 Спецификации AISC [1], соединения на концах усиливающих пластин проектируются для полной сжимающей нагрузки в пластине. Проектируйте концевые соединения для предельной прочности усиливающих пластин.

Используйте угловые сварные швы размером 1/4 дюйма с обеих сторон усиливающей пластины. Толщина полки t_f = 0.748 дюйма, а усиливающая пластина имеет толщину 3/8 дюйма, таким образом размер сварного шва соответствует минимальным требованиям в Таблице J2.4 Спецификации AISC [1]. Требуемая длина сварного шва:

Эта длина сварного шва соответствует предписывающему требованию из раздела E6.2(b) AISC [1], что длина сварного шва на конце не должна быть меньше максимальной ширины элемента.

Используйте продольные сварные швы размером 1/4" длиной 10 дюймов на обоих концах пластин.

Согласно разделу E6.1(b) AISC [1], модифицированное отношение гибкости для составных колонн требуется, когда a/r_i > 40, где a — расстояние между швами. Чтобы избежать необходимости использования модифицированной гибкости, максимальное расстояние между периодическими угловыми сварными швами должно быть ограничено:

Используйте периодические соединяющие сварные швы длиной 1.5 дюйма через каждые 4 дюйма (раздел J2.2b для минимальной длины сварного шва). Сварной шов длиной 1.5 дюйма соответствует 4*размеру сварного шва и минимальной длине 1.5 дюйма.

Согласно разделу E6.2(a) AISC [1], отдельные компоненты сжимающих элементов должны соединяться с интервалами, a, таким образом, чтобы отношение гибкости, a/r_i, не превышало 3/4 от управляющего отношения гибкости составного элемента.

Согласно разделу E6.2(b) AISC [1], максимальное расстояние периодических сварных швов не должно превышать толщину пластин, умноженную на 0.75 √(E/F_y), или 12 дюймов.

Окончательный проект усиленной колонны показан ниже.

8 Расчет сварного шва сборной колонны

Как показано в приведенном выше примере, поперечное сечение "Параметрическое тонкостенное" RFEM может быть использовано для расчета геометрических характеристик часто используемых составных элементов. Дополнительный модуль RF-STEEL AISC рассчитывает прочность элементов и выполняет проверку на соответствие коду.