การศึกษาการเชื่อมต่อโมเมนต์แผ่นดินไหวที่ผ่านการรับรองล่วงหน้า - (AISC)

บทนำ

ในการศึกษานี้ มหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตต (OSU) ได้ดำเนินการตรวจสอบความน่าเชื่อถือของ IDEA StatiCa ในการวิเคราะห์การเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กที่ผ่านการรับรองล่วงหน้าสำหรับแผ่นดินไหวประเภทต่างๆ โดยผลลัพธ์ที่ได้จะถูกเปรียบเทียบกับวิธีการที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว ได้แก่ สมการของ AISC, ABAQUS (ซอฟต์แวร์ FEA) และผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการขนาดเต็มรูปแบบ

เป้าหมายของโครงการ

วัตถุประสงค์ของโครงการนี้คือการประเมินพฤติกรรมของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กสำหรับแผ่นดินไหวที่ได้จากซอฟต์แวร์ IDEA StatiCa โดยพิจารณาความต้านทานแรง ความสามารถในการหมุน และการตอบสนองของโมเมนต์-การหมุน 

เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงได้คัดเลือกการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กแบบแข็งที่ผ่านการรับรองล่วงหน้าสี่ประเภทที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถใช้เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างรับโมเมนต์ระดับกลาง (IMF) และโครงสร้างรับโมเมนต์พิเศษตามมาตรฐาน AISC 358 (2016) และการเชื่อมต่อโมเมนต์หนึ่งรายการสำหรับใช้เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างรับโมเมนต์ทั่วไปตามมาตรฐาน AISC 341 

การเชื่อมต่อโมเมนต์แบบหน้าตัดคานลดลง (RBS)

การเชื่อมต่อโมเมนต์แผ่นปลาย (EPM)

การเชื่อมต่อโมเมนต์แบบปีกไม่เสริมเชื่อม-เว็บเชื่อม (WUF-W)

การเชื่อมต่อโมเมนต์แบบปีกไม่เสริมเชื่อม-เว็บสลักเกลียว (WUF-B)

การเชื่อมต่อโมเมนต์แบบ Double-tee

โครงสร้างโครงการตรวจสอบ

• สำหรับการเชื่อมต่อแต่ละประเภท ได้คัดเลือกการศึกษาเชิงทดลองหนึ่งรายการจากเอกสารอ้างอิง และเลือกชิ้นทดสอบหนึ่งชิ้นเป็นแบบจำลองพื้นฐาน พร้อมทั้งคัดเลือกหรือสร้างชิ้นทดสอบแปรผันเพิ่มเติมอีกห้าชิ้นจากการทดสอบเดียวกันเพื่อตรวจสอบ
• ตามข้อกำหนดของ AISC 341 (2016), AISC 358 (2016) และ AISC 360 (2016) ได้ดำเนินการตรวจสอบตามมาตรฐานสำหรับการเชื่อมต่อแต่ละประเภท และคำนวณความสามารถในการรับแรงดัด
• ชิ้นทดสอบเดียวกันได้ถูกสร้างแบบจำลองและวิเคราะห์ใน IDEA StatiCa เพื่อคำนวณความสามารถในการรับโมเมนต์และรูปแบบการวิบัติ
• สำหรับแบบจำลองพื้นฐานของการเชื่อมต่อแต่ละประเภท ได้ดำเนินการวิเคราะห์การหมุนของโมเมนต์โดยใช้ IDEA StatiCa และเปรียบเทียบเส้นโค้งการหมุนพลาสติกของโมเมนต์ที่คำนวณได้กับความสัมพันธ์การหมุนพลาสติกของโมเมนต์ที่วัดได้จากการทดลองในรายงานการทดสอบ
• เพื่อเปรียบเทียบผลลัพธ์ของ IDEA StatiCa กับวิธี FEA แบบดั้งเดิม ได้พัฒนาแบบจำลอง ABAQUS ที่เทียบเท่าสำหรับแบบจำลองพื้นฐานของการเชื่อมต่อแต่ละประเภท โดยเปรียบเทียบการกระจายความเค้นและความเครียด รวมถึงความสัมพันธ์ของโมเมนต์-การหมุน
• ผลลัพธ์ที่ได้จากการทดสอบ การคำนวณออกแบบตาม AISC, IDEA StatiCa และ ABAQUS ได้รับการประเมิน และมีการให้ข้อเสนอแนะ

สรุป

การศึกษาที่ดำเนินการโดย OSU แสดงให้เห็นว่าแนวทางของ IDEA StatiCa เป็นเครื่องมือที่เชื่อถือได้สำหรับการคำนวณความสามารถในการรับโมเมนต์และการทำนายรูปแบบการวิบัติในการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กประเภทต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การวิจัยแสดงให้เห็นค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ย 2-13% ระหว่างการคำนวณจาก IDEA StatiCa และแนวทางของ AISC ความแตกต่างนี้ในระดับสูงสุดสามารถอธิบายได้จากความละเอียดอ่อนของประเภทการยึดเหนี่ยวของรอยเชื่อมและข้อสมมติฐานที่เกี่ยวกับตำแหน่งของบานพับพลาสติก 

ผลการศึกษายืนยันความสามารถของซอฟต์แวร์ในการให้ข้อมูลเชิงลึกที่แม่นยำเกี่ยวกับพฤติกรรมของโครงสร้าง โดยเน้นย้ำถึงประโยชน์ของซอฟต์แวร์ในโลกวิศวกรรม