การเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กแบบเชื่อม – ควรกังวลหรือไม่?

แบบจำลองรอยเชื่อมตามวิธี CBFEM

IDEA StatiCa มีวิธีการเฉพาะในตัวแก้ปัญหา คือ วิธี Component-Based Finite Element Method (CBFEM) แบบจำลองรอยเชื่อมที่ใช้ใน CBFEM ได้รับการอธิบายและตรวจสอบตามมาตรฐานการออกแบบโครงสร้างเหล็กหลายฉบับ ความต้านทานแรงและความสามารถในการเสียรูปยังได้รับการเปรียบเทียบกับโครงการวิจัยเชิงทดลองหลักด้วย

มีหลายวิธีในการจัดการรอยเชื่อมในแบบจำลองเชิงตัวเลข การเสียรูปขนาดใหญ่ทำให้การวิเคราะห์เชิงกลซับซ้อนมากขึ้น และสามารถใช้คำอธิบาย mesh ที่แตกต่างกัน ตัวแปรจลนศาสตร์และจลนพลศาสตร์ที่แตกต่างกัน และแบบจำลองเชิงโครงสร้าง โดยทั่วไปจะใช้แบบจำลองเรขาคณิต 2D และ 3D ประเภทต่างๆ และ finite element ที่มีความเหมาะสมสำหรับระดับความแม่นยำที่แตกต่างกัน แบบจำลองวัสดุที่ใช้บ่อยที่สุดคือแบบจำลอง plasticity ทั่วไปที่ไม่ขึ้นกับอัตราการเปลี่ยนแปลง โดยอิงตาม เกณฑ์การครากของ von Mises ความเค้นตกค้างและการเสียรูปที่เกิดจากการเชื่อมไม่ได้ถูกสมมติในแบบจำลองการออกแบบ

แรงถูกถ่ายผ่านข้อจำกัดแรง-การเสียรูปโดยอิงตามสูตร Lagrangian ไปยังแผ่นตรงข้าม การเชื่อมต่อเรียกว่า multi-point constraint (MPC) และเชื่อมโยง node ของ finite element ที่ขอบแผ่นหนึ่งไปยังขอบหรือพื้นผิวอีกด้านหนึ่ง node ของ finite element ไม่ได้เชื่อมต่อกันโดยตรง ข้อดีของวิธีนี้คือความสามารถในการเชื่อมต่อ mesh ที่มีความหนาแน่นต่างกัน ข้อจำกัดนี้ช่วยให้สามารถสร้างแบบจำลองพื้นผิวกึ่งกลางของแผ่นที่เชื่อมต่อกันพร้อม offset ซึ่งสอดคล้องกับการกำหนดค่ารอยเชื่อมจริงและความหนาของคอรอยเชื่อม การกระจายแรงในรอยเชื่อมได้มาจาก MPC ดังนั้นความเค้นจึงถูกคำนวณที่หน้าตัดคอรอยเชื่อม ซึ่งมีความสำคัญสำหรับการกระจายความเค้นในแผ่นใต้รอยเชื่อมและการสร้างแบบจำลอง T-stub

ในพื้นหลังทางทฤษฎีของเรา คุณสามารถค้นหา ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่วิธี CBFEM อธิบายและตรวจสอบรอยเชื่อม

หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ CBFEM โดยทั่วไป พื้นหลังทางทฤษฎีทั่วไป เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีที่สุด

รอยเชื่อมตามมาตรฐานและข้อกำหนด

รอยเชื่อมตามมาตรฐาน AISC

รอยเชื่อมแบบ Fillet ได้รับการตรวจสอบตาม AISC 360 - บทที่ J2 ความแข็งแรงของรอยเชื่อมแบบ CJP groove ถือว่าเท่ากับโลหะฐานและไม่ได้รับการตรวจสอบ ตามที่ผู้ใช้ IDEA StatiCa ส่วนใหญ่คุ้นเคย ค่าทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการตรวจสอบจะแสดงในตาราง

เมื่อพูดถึง รายละเอียดรอยเชื่อม ขนาดรอยเชื่อมขั้นต่ำและสูงสุด และความยาวที่เพียงพอของรอยเชื่อมจะได้รับการตรวจสอบ ขนาดรอยเชื่อมสูงสุดได้รับการตรวจสอบตาม AISC 360-16 – J2 ขนาดรอยเชื่อมขั้นต่ำได้รับการตรวจสอบตามตาราง J2.4  คำอธิบายโดยละเอียดของพารามิเตอร์สามารถพบได้ ในบทความนี้ 

เพื่อให้คุณมั่นใจว่าการออกแบบของคุณสมบูรณ์และถูกต้อง ผลลัพธ์ของ IDEA StatiCa ได้รับการทดสอบและตรวจสอบอย่างละเอียดตามข้อกำหนดของ AISC: 

• รอยเชื่อมต่อแบบ Splice
• การเชื่อมต่อมุมคู่แบบเชื่อมทั้งหมด
• รอยเชื่อมอย่างง่าย
• รอยเชื่อมอย่างง่าย - LRFD 
• และอื่นๆ อีกมากมาย

รอยเชื่อมตาม Eurocode

รอยเชื่อมแบบ Fillet ได้รับการตรวจสอบตาม EN 1993-1-8 ในกรณีนี้ ความกังวลของวิศวกรคือความต้านทานการออกแบบและอัตราการใช้งานรอยเชื่อม 

การกระจายความเค้นแบบ plastic ในรอยเชื่อมถูกใช้เพื่อหลีกเลี่ยงความเอกฐานของความเค้นใน element รอยเชื่อมโดยอัตโนมัติ เพื่อกระจายความเค้นต่อไปตามความยาวรอยเชื่อม 

นอกจากนี้ยังสำคัญที่ต้องทราบข้อสมมติฐานที่ว่า ความแข็งแรงของรอยเชื่อมชนถือว่าเท่ากับโลหะฐานและไม่ได้รับการตรวจสอบ 

หากต้องการอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ การตรวจสอบรอยเชื่อมตาม Eurocode พื้นหลังทางทฤษฎีของเราสามารถช่วยได้อีกครั้ง 

การตรวจสอบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กแบบเชื่อมตาม Eurocode:

• รอยเชื่อม Fillet ในจุดต่อแบบ Lap
• รอยเชื่อม Fillet ในจุดต่อแผ่น Fin
• รอยเชื่อม Fillet ในจุดต่อแผ่นมุม
• การเชื่อมต่อโมเมนต์ที่ขอบหลังคาโครงสร้างแบบ Portal Frame แบบเชื่อม
• และอีกมากมาย

รอยเชื่อมตามมาตรฐานอื่นๆ

ผู้ใช้ส่วนใหญ่ทราบแล้วว่า IDEA StatiCa ช่วยให้คุณตรวจสอบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กตามมาตรฐานและข้อกำหนดระดับชาติแปดฉบับจนถึงปัจจุบัน นอกจาก AISC และ Eurocode ที่กล่าวถึงข้างต้น  นี่คือวิธีที่รอยเชื่อมได้รับการจัดการโดย CBFEM  ในมาตรฐานที่เหลือ: 

• การตรวจสอบรอยเชื่อมตาม CISC (แคนาดา)
• การตรวจสอบรอยเชื่อมตาม AS (ออสเตรเลีย) + รายละเอียดรอยเชื่อม
• การตรวจสอบรอยเชื่อมตาม SP (รัสเซีย) + รายละเอียดรอยเชื่อม
• การตรวจสอบรอยเชื่อมตาม GB (จีน) + รายละเอียดรอยเชื่อม
• การตรวจสอบรอยเชื่อมตาม HKG (ฮ่องกง) + รายละเอียดรอยเชื่อม
• การตรวจสอบรอยเชื่อมตาม IS (อินเดีย) + รายละเอียดรอยเชื่อม

การถ่ายโอนรอยเชื่อมใน BIM links

เมื่อสร้างแบบจำลองการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กในซอฟต์แวร์ CAD ด้วย BIM links ของ IDEA StatiCa เคยมีจุดอ่อนบางประการเมื่อเกี่ยวข้องกับรอยเชื่อม IDEA StatiCa เวอร์ชัน 20.1 ใหม่ ที่เปิดตัวในเดือนตุลาคม 2020 ได้นำการปรับปรุงหลายอย่างมาเพื่อลดภาระของวิศวกรและเร่งกระบวนการออกแบบ 

การส่งออกรอยเชื่อมที่แนะนำ

บางครั้งในระหว่างกระบวนการสร้างแบบจำลองในซอฟต์แวร์ CAD รอยเชื่อมบางส่วนอาจถูกละเว้นหรือนำเข้าไม่ถูกต้อง สำหรับสถานการณ์เช่นนี้ ขณะนี้มีตัวเลือกในการเพิ่มรอยเชื่อมที่แนะนำ เมื่อคุณเลือกตัวเลือกนี้ จะมีการตรวจสอบรอยเชื่อมที่อาจขาดหายไป รอยเชื่อมดังกล่าวจะถูกเพิ่มและนำเข้าพร้อมกับส่วนประกอบที่เหลือ 

การตรวจสอบรอยเชื่อมที่ขาดหายไป

เพื่อหลีกเลี่ยง ความเอกฐานในการเชื่อมต่อของคุณ เมื่อการเชื่อมต่อถูกถ่ายโอนไปยัง IDEA StatiCa แล้ว ควรตรวจสอบว่าไม่มีรอยเชื่อมที่ขาดหายไปในจุดต่อ เพื่อจุดประสงค์นี้ เราได้เพิ่มเครื่องมือที่มีประโยชน์อีกอย่างหนึ่งเพื่อช่วยผู้ใช้ค้นหาส่วนที่ไม่ได้เชื่อมของการเชื่อมต่อโดยอัตโนมัติ คุณลักษณะนี้ระบุและแสดงรายการแผ่นและขอบแผ่นที่เกี่ยวข้องทั้งหมด และอนุญาตให้เพิ่มรอยเชื่อมที่ขาดหายไปได้

คุณสามารถเข้าถึงฟังก์ชันนี้ได้โดยคลิกขวาที่ Operations ในแผนผังของ entity ทางด้านขวาของฉาก

สรุป

การออกแบบการเชื่อมต่อใน IDEA StatiCa มีแบบจำลอง CBFEM ของรอยเชื่อมที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว ซึ่งช่วยให้สามารถการตรวจสอบตามมาตรฐาน การกระจายความเค้นที่สมจริง และการเชื่อมต่อแผ่นด้วย mesh ที่มีความหนาแน่นต่างกัน ความถูกต้องของผลลัพธ์แสดงบนชุดตัวอย่างสำหรับมาตรฐานการออกแบบแต่ละฉบับ แบบจำลอง finite element ถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติ ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมเมื่อเทียบกับโปรแกรม FEM ทั่วไป เมื่อเร็วๆ นี้ มีการเพิ่มการปรับปรุงหลายอย่างเพื่อเร่งกระบวนการนำเข้าการเชื่อมต่อจากซอฟต์แวร์ CAD

รอยเชื่อมเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการประกอบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก แต่วิศวกรต้องการเครื่องมือที่แม่นยำและรวดเร็วสำหรับการออกแบบและการตรวจสอบตามมาตรฐาน นั่นคือเหตุผลที่ควรใช้ IDEA StatiCa ในโครงการของคุณ 

หากคุณต้องการพัฒนาทักษะการออกแบบการเชื่อมต่อ ลองเข้าร่วมการฝึกอบรมออนไลน์ IDEA StatiCa Campus ของเราได้เลย