Renforcement du poteau existant dans RFEM selon l'AISC Design Guide 15

Cet article décrit l'utilisation de la section « Paramétrique - À parois minces » disponible dans RFEM à l'aide de l'exemple LRFD du Guide de calcul AISC 15 : Rénovation et rétromise [2]. Le module additionnel RF-STEEL AISC permet de calculer les poteaux avec ou sans armature selon le chapitre E de l’AISC.

L'exemple 6.2 du Guide de calcul AISC 15 [2] , dont la forme référencée de la section AISC W10X66 (F_y = 22,75 kN/cm²) est utilisée pour le poteau de 4,9 mètres de long.

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1 W10X66 Colonne définie par l'utilisateur

Les étapes suivantes expliquent comment créer une section et un matériau définis par l’utilisateur.

Création d'une section W10X66 définie par l'utilisateur

1. Sélectionnez « Section en I symétrique... » dans la bibliothèque des sections. Entrez ensuite les propriétés géométriques du Tableau 5-2.1 (page 50 du Guide de calcul 15 {%}#Refer [2]]]). L’étape suivante consiste à créer un nouveau matériau défini par l’utilisateur pour l’acier F_y = 22,75 kN/cm² en cliquant sur le bouton [Importer de la bibliothèque des matériaux...].
   

   2 Section définie par l'utilisateur W10X66
2. Définissez le filtre dans la bibliothèque de matériaux, puis cliquez sur « Créer le nouveau matériau ... » selon « Steel A36 ». Dans la fenêtre suivante, entrez la « Description de matériau » et remplacez F_y par 22,75 kN/cm².
   

   3 Créer un nouveau matériau à base d'acier A36
3. Dessinez ensuite la barre de 4,9 mètres de long. Un appui articulé (rotation en Z fixe) est prévu à la base du poteau. Seul le déplacement dans les directions X et Y est maintenu pour l’appui sur la tête de poteau. Appliquez ensuite une charge longitudinale = 2 447 kN (poids propre + charge d'exploitation).
4. Calculez le modèle à l'aide du module additionnel RF-STEEL AISC.
   

   4 Résultat du poteau non armé dans RF-STEEL AISC

Comme indiqué ci-dessus, la résistance requise dépasse de 26 % la résistance disponible et le poteau nécessite donc des plaques en acier de béton armé (F_y = 12,75 kN/cm²) soudées aux semelles du poteau. On suppose que les plaques de renforcement sont installées sur toute la longueur du poteau.

Remarque : Les légères différences de résistance à la compression entre le modèle RFEM et l'exemple de calcul manuel AISC [2] sont dues aux différences des aires de section (un rayon de coin n'est pas inclus dans la valeur de section).

Création d'un poteau W10X66 défini par l'utilisateur avec des plaques en acier A36

Les plaques de renforcement soudées augmentent simultanément l’aire et le moment d’inertie du poteau. On obtiendra une résistance à la compression accrue comme déterminée dans la spécification de l'AISC, section E3 [1].

La vérification de renforcement est un processus itératif, idéalement réalisé à l'aide d’une feuille de calcul. Cette méthode présentera uniquement la solution finale, où deux plaques de recouvrement de 3/8 po d’épaisseur x 8 po de large sont soudées aux semelles du poteau, comme indiqué ci-dessous.

5 Section contreventée

1. Sélectionnez l’entrée « Section en I renforcée... » dans la bibliothèque des sections. Entrez ensuite les propriétés géométriques du poteau W10x66 et des plaques de renforcement de 3/8 po x 8 po. Sélectionnez le matériau défini par l'utilisateur « Acier Fy = 22,75 » créé précédemment (selon le Guide de calcul AISC 15 [2]), « Le poteau existant a une limite d'élasticité de F_y = 22,75 kN/cm², tandis que les plaques de renforcement présentent une limite d'élasticité de F_y = 24,82 kN/cm². Pour le calcul de la résistance en compression disponible du poteau, considérez de manière conservatrice une limite d’élasticité de 22,75 kN/cm² pour l'ensemble de la section renforcée du poteau »).
   

   6 Section du poteau armé W10X66 définie par l'utilisateur
   # Répétez le même processus pour la création du poteau puis appliquez la charge comme indiqué ci-dessus. Calculez le modèle avec RF-STEEL AISC. Comme indiqué ci-dessous, le poteau renforcé est conforme à la vérification de calcul.
   

   7 Résultat final de la vérification dans RF-STEEL AISC
   == Vérification des exigences pour les poteaux composés selon la Section E6 de l'AISC et vérification des soudures == D'après la spécification AISC, section E6.1 [[#Refer [1]]] , les assemblages aux extrémités des plaques de renforcement sont calculés pour la charge de compression totale dans la plaque. Calculez maintenant les assemblages d’extrémité en fonction de la limite d’élasticité des plaques de renforcement. Utilisez des soudures d’angle de 1/4 de pouce des deux côtés de la plaque de renforcement. L'épaisseur de la semelle est t_f = 0,748 pouce et la plaque de renforcement de 3/8 pouces d'épaisseur, la taille de la soudure répond donc aux exigences de taille minimale du tableau de spécification de l'AISC J2.4 {%}#Refer [1]]]. La longueur de soudure requise est :
   $${\mathrm{l}}_{\mathrm{weld}} =\frac{{\mathrm{P}}_{\mathrm{u}}}{(2 \mathrm{welds}) \cdot \left({\mathrm{\varphi R}}_{\mathrm{n}}\right)}$$

   $${\mathrm{l}}_{\mathrm{weld} }= \frac{108.0\mathrm{kips}}{(2 \mathrm{welds}) · (5.57\mathrm{kips}/\mathrm{in})}$$

   $${\mathrm{l}}_{\mathrm{weld} }= 9.70 \mathrm{in} \to \mathrm{use} 10.0 \mathrm{in}$$

   lSoudure	Longueur de la soudure (weld)
   Pu	Charge de compression de (1) plaque = Fy. Ag
   fy	Limite d'élasticité de la plaque = 24,82 kN/cm²
   Ag	Aire brute de (1) plaque = 9,5 mm x 203,2 mm = 1930,4 mm2
   ΦRn	Résistance de la soudure par millimètre de soudure

   Soudures longitudinales
   Cette longueur de soudure répond à l'exigence de la section E6.2 (b) [[#Refer [1]]] de l'AISC selon laquelle la longueur de soudure d'extrémité ne doit pas être inférieure à la largeur maximale de la barre. Utilisez des soudures longitudinales de 1/4" x 10 pouces de long des deux côtés aux extrémités des plaques. De la section E6.1 (b) [[?#Refer [1]]] de l'AISC, un rapport d'élancement modifié pour les poteaux composés est requis quand a/ri > 40, a correspondant à la distance entre les soudures. Pour éviter d’avoir à utiliser un élancement modifié, la distance maximale entre les soudures d’angle interrompues doit être limitée à :
   $${\mathrm{r}}_{\mathrm{i}} = \sqrt{\frac{{\mathrm{I}}_{\mathrm{xi}}}{{\mathrm{A}}_{\mathrm{i}}}} = \sqrt{\frac{0.0352{\mathrm{in}}^4}{3.0{\mathrm{in}}^2}} = 0.108\mathrm{in}$$

   $${\mathrm{a}}_{\max } = 40{\mathrm{r}}_{\mathrm{i}} = 40·0.108\mathrm{in} = 4.33\mathrm{in} \to \mathrm{use} 4.0\mathrm{in}$$

   $$$$

   ri	Rayon de giration de (1) plaque
   Ixi	bt 3/12 = [(203,2mm). (9,5mm) 3 ]/12 = 14 518mm 4 = 0,0352in 4 (une plaque)
   Ai	Aire de (1) plaque = tw = (9,5mm) (203,2mm) = 1930,4mm² = 3.0in2
   amax	Distance maximale entre les soudures d'angle interrompues

   Distance maximale entre les soudures d'angle discontinues selon la Section E6.1 (b) de l'AISC
   Utilisez des soudures de connexion interrompues de 1,5 pouce de long à 4 pouces du centre (section J2.2b pour la longueur de soudure minimale). Une soudure de 1,5 pouce de long correspond à 4* la taille de soudure et au minimum de 1,5 pouce. De la section E6.2 (a) [[#Refer [1]]] de l'AISC, les composants individuels des barres en compression doivent être connectés à distances d'intervalles a afin que le rapport d'élancement a/r_i ne soit pas dépasser 3/4 du rapport d'élancement déterminant de la barre composée.
   $$\frac{\mathrm{a}}{{\mathrm{r}}_{\mathrm{i}}} = \frac{4.0\mathrm{in}}{0.108\mathrm{in}} = 37.0$$

   $$\frac{3}{4} \left(\frac{{\mathrm{L}}_{\mathrm{c}}}{{\mathrm{r}}_{\mathrm{o}}}\right)\mathrm{o} = \frac{3}{4} \left(\frac{192\mathrm{in}}{2.529\mathrm{in}}\right) = 57.1 > 37.0 \mathrm{o}.\mathrm{k}.$$

   a	Distances de soudure
   ri	Rayon de giration de (1) plaque
   Lc	Longueur du poteau coulissant = 4,9 m = 16 ft = 192 in
   ro	Rayon de giration minimal de la section renforcée (rz dans RFEM)

   Rapport d'élancement déterminant de la barre assemblée
   Selon la section E6.2 (b) de l'AISC #Refer [1]]], l'espacement maximal des soudures interrompues ne doit pas dépasser l'épaisseur de la plaque multipliée par 0,75 √ (E/F_y ), ni 12 pouces.
   $$\mathrm{t} \left\{0.75 \sqrt{\frac{\mathrm{E}}{{\mathrm{F}}_{\mathrm{y}}}}\right\} = (0.375 \mathrm{in}) \left\{0.75\sqrt{\frac{29,000 \mathrm{ksi}}{36 \mathrm{ksi}}}\right\} = 7.98 \mathrm{in} > 4.0 \mathrm{in} \mathrm{o}.\mathrm{k}.$$

   t	Épaisseur de plaque
   E	Module d'élasticité
   Fy	Limite d'élasticité de la section renforcée

   Espacement maximal des soudures discontinues selon la Section E6.2 (b) de l'AISC
   Le calcul final du poteau renforcé est illustré ci-dessous.
   

   8 Vérification des soudures composées de poteaux
   Comme le montre l'exemple ci-dessus, la section « Paramétrique - À parois minces » dans RFEM peut être utilisée pour calculer les propriétés géométriques des barres mixtes communes. Le module additionnel RF-STEEL AISC évalue les résistances de calcul de la barre et effectue une vérification standard.

Base de connaissance

Armature du poteau existant dans RFEM selon le Guide de calcul AISC 15

Base de connaissance

Armature du poteau existant dans RFEM selon le Guide de calcul AISC 15