Zbrojenie istniejącego słupa w RFEM zgodnie z AISC Design Guide 15

W tym artykule pokazano zastosowanie przekroju "Parametrycznego cienkościennego" w programie RFEM na przykładzie LRFD z AISC Design Guide 15: Renowacja i modernizacja [2]. Moduł dodatkowy RF-STEEL AISC służy do przeprowadzania obliczeń dla słupów niezbrojonych i zbrojonych zgodnie z AISC rozdział E.

Poniżej pokazano przykład 6.2 z AISC Design Guide 15 [2], w którym dla słupa o długości 16 stóp zastosowano historyczny kształt AISC W10X66 (F_y = 33 ksi).

• 3D Viewer | Google
• 3D Viewer | Babylon
• Wirtualna rzeczywistość

1 W10X66 Kolumna zdefiniowana przez użytkownika

W poniższych krokach opisano procedurę tworzenia przekroju zdefiniowanego przez użytkownika i materiału.

Tworzenie przekroju W10X66 zdefiniowanego przez użytkownika

1. Z biblioteki przekrojów należy wybrać opcję "Symetryczny dwuteownik". Następnie należy wprowadzić właściwości geometryczne znajdujące się w tabeli 5-2.1 (strona 50 Design Guide 15 [2]). Kolejnym krokiem jest utworzenie nowego materiału zdefiniowanego przez użytkownika dla stali F_y = 33 ksi za pomocą przycisku [Importuj materiał z biblioteki materiałów].
   

   2 Przekrój zdefiniowany przez użytkownika W10X66
2. Wypełnij filtr w Bibliotece materiałów, a następnie "Utwórz nowy materiał" na podstawie "Stal A36". W następnym oknie wypełnij „Opis materiału” i zmień F_y na 33 ksi.
   

   3 Utwórz nowy materiał na bazie stali A36
3. Narysuj pręt o długości 4,9 m. Zapewnij podporę przegubową (utrwalony obrót Z) w dolnej części słupa. W przypadku podpory u góry ustalone jest tylko przesunięcie w kierunku X i Y. Zastosuj obciążenie osiowe = 550 kips (stałe + zmienne).
4. Rozwiąż model za pomocą modułu dodatkowego RF-STEEL AISC.
   

   4 Wynik niezbrojonego słupa w RF-STEEL AISC

Jak pokazano powyżej, wymagana wytrzymałość przekracza dostępną wytrzymałość o 26%, dlatego słup wymaga zbrojenia ze stali (F_y = 36 ksi) przyspawanej do pasów słupa. Załóżmy, że na całej długości słupa znajdują się blachy wzmacniające.

Uwaga: Niewielkie rozbieżności w wytrzymałości na ściskanie między modelem RFEM a przykładem obliczeń ręcznych z AISC [2] wynikają z różnicy pól przekroju (promień naroża nie jest uwzględniony w przekroju).

Tworzenie zdefiniowanego przez użytkownika zbrojonego słupa W10X66 z płyt stalowych A36

Przyspawane blachy wzmacniające zwiększają zarówno pole przekroju, jak i moment bezwładności słupa. Skutkuje to zwiększoną wytrzymałością na ściskanie, jak określono na podstawie specyfikacji AISC, sekcja E3 [1].

Obliczanie zbrojenia jest procesem iteracyjnym, który najlepiej przeprowadzać przy użyciu arkusza kalkulacyjnego. Rozwiązanie to stanowi tylko rozwiązanie końcowe, w którym do pasów słupa przyspawane są dwie nakładki o wymiarach 8 cm x 25 cm, jak pokazano poniżej.

5 Wzmocniony przekrój

1. Z biblioteki przekrojów należy wybrać opcję "Umocniony dwuteownik". Następnie należy wprowadzić właściwości geometryczne słupa W10x66 i płyt wzmacniających o wymiarach 3/8 cala x 8 cali. Wybierz ten sam zdefiniowany przez użytkownika materiał "Stal Fy=33", który został wcześniej utworzony (zgodnie z AISC Design Guide 15 [2], "Istniejący słup ma granicę plastyczności F_y = 33 ksi, podczas gdy blachy wzmacniające mają granicę plastyczności F_y = 36 ksi. Przy obliczaniu dostępnej wytrzymałości słupa na ściskanie należy zgodnie z zasadami konserwatywnymi przyjąć granicę plastyczności równą 33 ksi dla całego przekroju zbrojonego słupa.").
   

   6 Przekrój zdefiniowany przez użytkownika słupa zbrojonego W10X66
   # Powtórz tę samą procedurę rysowania słupa i przykładania obciążeń, jak pokazano powyżej. Rozwiąż model za pomocą modułu RF-STEEL AISC. Jak pokazano poniżej, słup zbrojony spełnia warunki normowe.
   

   7 Końcowy wynik obliczeń w RF-STEEL AISC
   == Wymagania dotyczące kontroli dla słupów złożonych wg AISC Rozdział E6 oraz Projektowanie spoin == Zgodnie ze specyfikacją AISC w sekcji E6.1 [[#Refer [1]]], połączenia na końcach blach zbrojeniowych są projektowane na pełne obciążenie ściskające w obrębie blachy. Oblicz połączenia na końcach z uwzględnieniem granicy plastyczności blach wzmacniających. Zastosuj spoinę pachwinową 1/4 cala po obu stronach blachy zbrojeniowej. Grubość pasa wynosi t_f = 0,748 cala, a grubość blachy wzmacniającej wynosi 3/8 cala, tym samym rozmiar spoiny spełnia minimalne wymagania dotyczące rozmiaru określone w tabeli J2.4 specyfikacji AISC [[#Refer [1]]]. Wymagana długość spoiny wynosi:
   $${\mathrm{l}}_{\mathrm{weld}} =\frac{{\mathrm{P}}_{\mathrm{u}}}{(2 \mathrm{welds}) \cdot \left({\mathrm{\varphi R}}_{\mathrm{n}}\right)}$$

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

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

   lspoina	Długość spoiny
   Pu	Obciążenie ściskające (1) płyty = Fy. Ag
   Fy	Granica plastyczności płyty = 36 ksi
   Ag	Powierzchnia brutto (1) płyty = 0,375 cala x 8,0 cala = 3,0 cala 2
   ΦRn	Wytrzymałość spoiny na cal spoiny

   Spoiny podłużne
   Ta długość spoiny spełnia wymaganie nakazane z AISC, sekcja E6.2(b) [[#Refer [1]]], aby końcowa długość spoiny nie była mniejsza niż maksymalna szerokość pręta. Zastosuj spoinę podłużną 1/4" x 10 cali po obu stronach na końcach płyt. Z AISC przekroju E6.1(b) [[#Refer [1]]] dla a/ri > 40, gdzie a jest odległością między spoinami, wymagany jest zmodyfikowany smukłość dla słupów złożonych. Aby uniknąć konieczności stosowania zmodyfikowanej smukłości, maksymalny rozstaw spoin pachwinowych należy ograniczyć do:
   $${\mathrm{r}}_{\mathrm{i}} = \sqrt{\frac{{\mathrm{I}}_{\mathrm{xi}}}{{\mathrm{A}}_{\mathrm{i}}}} = \sqrt{\frac{0.0352{\mathrm{in}}^4}{3.0{\mathrm{in}}^2}} = 0.108\mathrm{in}$$

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

   $$$$

   ri	Promień bezwładności (1) płyty
   Ixi	bt 3/12 = [(8.0in). (0,375 cala) 3 ]/12 = 0,0352 cala 4 (jedna płytka)
   Ai	Powierzchnia (1) płyty = tw = (0,375 cala) (8 cali) = 3,0 cala 2
   amax	Maksymalna odległość między spoinami pachwinowymi

   Maksymalna odległość między spoinami pachwinowymi przerywanymi wg AISC Section E6.1(b)
   Zastosuj przerywaną spoinę łączącą o długości 1,5 cala i szerokości 10 cm pośrodku (przekrój J2.2b dla minimalnej długości spoiny). Spoina o długości 1,5 cala spełnia wymagania co do rozmiaru spoiny 4* i minimum 1,5 cala. Z AISC przekroju E6.2(a) [[#Refer [1]]] poszczególne elementy prętów ściskanych muszą być połączone w odstępach a, tak aby współczynnik smukłości a/r_i nie wynosił przekroczyć 3/4-krotności decydującego współczynnika smukłości pręta złożonego.
   $$\frac{\mathrm{a}}{{\mathrm{r}}_{\mathrm{i}}} = \frac{4.0\mathrm{in}}{0.108\mathrm{in}} = 37.0$$

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

   [LinkToImage02]	Odległości spoiny
   ri	Promień bezwładności (1) płyty
   Lc	Długość słupa bez stężenia = 16 ft = 192 in
   ro	Minimalny promień bezwładności przekroju zbrojonego (rz w RFEM)

   Decydujący współczynnik smukłości zmontowanego pręta
   Z AISC przekroju E6.2(b) [[#Refer [1]]], maksymalny rozstaw spoin przerywanych nie powinien przekraczać krotności grubości płyty 0,75 √(E/F_y ) ani 12 cali.
   $$\mathrm{t} \left\{0.75 \sqrt{\frac{\mathrm{E}}{{\mathrm{F}}_{\mathrm{y}}}}\right\} = (0.375 \mathrm{in}) \left\{0.75\sqrt{\frac{29,000 \mathrm{ksi}}{36 \mathrm{ksi}}}\right\} = 7.98 \mathrm{in} > 4.0 \mathrm{in} \mathrm{o}.\mathrm{k}.$$

   t	Grubość płyty
   E	Moduł sprężystości
   Fy	Granica plastyczności wzmocnionego przekroju

   Maksymalny rozstaw spoin przerywanych wg AISC Section E6.2(b)
   Poniżej pokazano sposób wymiarowania zbrojonego słupa.
   

   8 Projektowanie spoin słupa złożonego
   Jak pokazano na powyższym przykładzie, przekrój w programie RFEM "Parametryczna konstrukcja cienkościenna" może być wykorzystany do obliczenia właściwości geometrycznych powszechnie stosowanych prętów złożonych. Dodatkowy moduł RF-STEEL AISC oblicza wytrzymałości pręta' i przeprowadza kontrolę normową.

Baza informacji

Wzmocnienie istniejącego słupa w RFEM zgodnie z AISC Design Guide 15

Baza informacji

Wzmocnienie istniejącego słupa w RFEM zgodnie z AISC Design Guide 15