ตัวเสริมความแข็งรับแรงกด (AISC)

ตัวอย่างการตรวจสอบนี้จัดทำโดย Mark D. Denavit, Rick Mulholland และ Javad Esmaeelpour ในโครงการร่วมระหว่าง The University of Tennessee และ IDEA StatiCa

คำอธิบาย

การศึกษานี้นำเสนอการเปรียบเทียบระหว่างผลลัพธ์จากวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) และวิธีการคำนวณแบบดั้งเดิมที่ใช้ในการปฏิบัติในสหรัฐอเมริกาสำหรับตัวเสริมความแข็งรับแรงกด การศึกษามุ่งเน้นไปที่สภาวะขีดจำกัดที่เกี่ยวข้องกับตัวเสริมความแข็งรับแรงกดโดยเฉพาะ กรณีแรกที่ตรวจสอบคือตัวเสริมความแข็งรับแรงกดในคานถ่ายแรง ซึ่งเสาวางอยู่บนปีกบน ทำให้เกิดแรงอัดแบบจุดเดียว กรณีที่สองที่ตรวจสอบคือตัวเสริมความแข็งรับแรงกดในการเชื่อมต่อรับโมเมนต์ระหว่างคานและเสา ตัวเสริมความแข็งเหล่านี้มักเรียกว่าแผ่นความต่อเนื่อง โมเมนต์ในคานส่งผลให้เกิดแรงดึงและแรงอัด (กล่าวคือ แรงอัดแบบสองจุด) บนปีกของเสา นอกจากนี้ยังมีการเปรียบเทียบกับผลการทดลองด้วย

การคำนวณแบบดั้งเดิมดำเนินการตามข้อกำหนดสำหรับการออกแบบโดยใช้ปัจจัยแรงและความต้านทาน (LRFD) ใน AISC Specification (2022) ผลลัพธ์ CBFEM ได้มาจาก IDEA StatiCa เวอร์ชัน 24.0 แรงสูงสุดที่อนุญาตถูกกำหนดโดยการปรับค่าแรงที่ใช้ซ้ำๆ ให้เป็นค่าที่โปรแกรมถือว่าปลอดภัย แต่หากเพิ่มขึ้นเล็กน้อย (1 kip) โปรแกรมจะถือว่าไม่ปลอดภัยเนื่องจากเกินขีดจำกัดความเครียดพลาสติก 5% เกิน 100% ของอัตราการใช้งานของสลักเกลียวหรือรอยเชื่อม หรืออัตราส่วนการโก่งเดาะน้อยกว่า 3.0 การวิเคราะห์ประเภท DR สามารถช่วยระบุแรงสูงสุดที่อนุญาตได้ อย่างไรก็ตาม มีการประมาณค่าบางส่วนในการประเมินความต้านทานการออกแบบของจุดต่อ ดังนั้นผลลัพธ์ทั้งหมดในรายงานนี้จึงอ้างอิงจากการวิเคราะห์ประเภท EPS

ข้อกำหนดสำหรับตัวเสริมความแข็งรับแรงกดใน AISC Specification

AISC Specification Section J10 อธิบายสภาวะขีดจำกัดที่อาจเกิดขึ้นห้าประการสำหรับชิ้นส่วนรูปตัว I ที่มีแรงกระทำแบบจุดเดียวบนปีก

1. การโก่งเดาะเฉพาะที่ของปีก
2. การครากเฉพาะที่ของเอว
3. การบดอัดเสียหายเฉพาะที่ของเอว
4. การโก่งเดาะด้านข้างของเอว
5. การโก่งเดาะจากแรงอัดของเอว

จำเป็นต้องใช้แผ่นเสริมความแข็งหากความแข็งแรงที่ต้องการเกินความแข็งแรงที่มีอยู่สำหรับสภาวะขีดจำกัดใดๆ เหล่านี้ ความแข็งแรงที่มีอยู่จากสภาวะขีดจำกัดเหล่านี้ยังใช้เพื่อกำหนดความแข็งแรงที่ต้องการสำหรับแผ่นเสริมความแข็งด้วย

เมื่อกำหนดความจำเป็นในการใช้แผ่นเสริมความแข็งแล้ว แผ่นเสริมความแข็งจะถูกออกแบบตามข้อกำหนดของ AISC Specification Section J10.8

แผ่นเสริมความแข็งภายใน (กล่าวคือ แผ่นที่อยู่ห่างจากปลายชิ้นส่วน) ที่รับแรงอัดจะถูกออกแบบเป็นชิ้นส่วนรับแรงอัดตามแนวแกนตาม AISC Specification Sections E6.2 และ J4.4 โดยมีหน้าตัดดังแสดงในรูปที่ 1 ประกอบด้วยแผ่นเสริมความแข็งและแถบของเอวที่มีความกว้าง 25t_w และความยาวประสิทธิผล L_c = 0.75h โดยที่ t_w คือความหนาของเอว และ h คือความสูงของแผ่นเสริมความแข็ง สภาวะขีดจำกัดที่เกี่ยวข้องกับหน้าตัดเสาประสิทธิผลนี้ได้แก่ การครากและการโก่งเดาะแบบดัด ตาม AISC Specification Section J4.4 การครากใช้เมื่อ L_c/r ≤ 25 และการโก่งเดาะแบบดัดใช้ในกรณีอื่น นอกจากนี้ สภาวะขีดจำกัดของแรงกดระหว่างแผ่นเสริมความแข็งและปีกของชิ้นส่วนจะถูกตรวจสอบตาม AISC Specification Section J7

รูปที่ 1 หน้าตัดประสิทธิผลที่กำหนดใน AISC Specification J10.8 สำหรับแผ่นเสริมความแข็งภายใน

แผ่นเสริมความแข็งที่รับแรงดึงแบบจุดจะถูกออกแบบตาม AISC Specification Section J4.1 โดยมีความแข็งแรงที่ต้องการเท่ากับผลต่างระหว่างแรงที่ใช้และความแข็งแรงที่มีอยู่สำหรับสภาวะขีดจำกัดของแรงกระทำแบบจุดที่ควบคุมบนหน้าตัดที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง

AISC Specification Section J10.8 มีข้อกำหนดด้านมิติเพิ่มเติมสำหรับแผ่นเสริมความแข็งตามขวางดังนี้:

• ความกว้างของแผ่นเสริมความแข็งแต่ละแผ่นบวกกับครึ่งหนึ่งของความหนาของเอวเสาต้องไม่น้อยกว่าหนึ่งในสามของความกว้างปีกหรือแผ่นการเชื่อมต่อรับโมเมนต์ที่ส่งแรงกระทำแบบจุด
• ความหนาของแผ่นเสริมความแข็งต้องไม่น้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความหนาของปีกหรือแผ่นการเชื่อมต่อรับโมเมนต์ที่ส่งแรงกระทำแบบจุด และต้องไม่น้อยกว่าความกว้างหารด้วย 16
• แผ่นเสริมความแข็งตามขวางต้องยื่นออกไปอย่างน้อยครึ่งหนึ่งของความลึกของชิ้นส่วน ยกเว้นตามที่กำหนดใน Sections J10.3, J10.5 และ J10.7

AISC Specification Section J10.3 กำหนดให้แผ่นเสริมความแข็งต้องยื่นออกไปอย่างน้อยสามในสี่ของความลึกของเอวเมื่อจำเป็นต้องใช้แผ่นเสริมความแข็งเนื่องจากชิ้นส่วนที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็งมีความแข็งแรงไม่เพียงพอสำหรับสภาวะขีดจำกัดการบดอัดเสียหายเฉพาะที่ของเอว Section J10.5 กำหนดให้แผ่นเสริมความแข็งต้องยื่นตลอดความลึกของเอวเมื่อจำเป็นต้องใช้แผ่นเสริมความแข็งเนื่องจากชิ้นส่วนที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็งมีความแข็งแรงไม่เพียงพอสำหรับสภาวะขีดจำกัดการโก่งเดาะจากแรงอัดของเอว Section J10.7 เกี่ยวข้องกับปลายที่ไม่มีโครงยึดของคานและคานหลัก และไม่นำมาใช้ในการศึกษานี้

ตัวเสริมความแข็งรับแรงกดในคานถ่ายแรง

เมื่อเสาได้รับการรองรับโดยคานถ่ายแรง แรงกระทำแบบจุดบนคานมักเกินความแข็งแรงเฉพาะที่ของคาน ทำให้จำเป็นต้องติดตั้งแผ่นเสริมความแข็งรับแรงกดตามขวาง ความแข็งแรงของตัวเสริมความแข็งรับแรงกดในคานถ่ายแรงจะถูกประเมินในส่วนนี้โดยพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ต่อไปนี้:

1. ความหนาของแผ่นเสริมความแข็ง
2. ความกว้างของแผ่นเสริมความแข็ง
3. ความยาวรอยเชื่อมตามแนวเอวคาน
4. โมเมนต์ที่ใช้

สำหรับการเปรียบเทียบเหล่านี้ คานหลักเป็น W40x149 เพื่อแยกสภาวะขีดจำกัดที่ควบคุมให้เป็นสภาวะที่เกี่ยวข้องกับเอวคานและแผ่นเสริมความแข็ง เสาที่ยึดกับปีกบนถูกเลือกให้เป็นชิ้นส่วนรูปตัว I ที่แข็งแรงโดยมีความลึกรวม 12 นิ้ว ความกว้างปีก 8 นิ้ว และความหนาของปีกและเอว 2 นิ้ว ทั้งคานหลักและเสาเป็นไปตาม ASTM A992 (F_y = 50 ksi และ F_u = 65 ksi) เสาวางอยู่บนแผ่นฐานขนาด 9 นิ้ว x 13.5 นิ้ว x 1 นิ้ว และเป็นไปตาม ASTM A572 Gr 50 (F_y = 50 ksi และ F_u = 65 ksi) แผ่นฐานถูกเชื่อมกับปีกบนของคานถ่ายแรง (นอกจากนี้ยังมีการกำหนดการดำเนินการสัมผัสระหว่างแผ่นฐานและปีกบนใน IDEA StatiCa) คานหลักได้รับการเสริมด้วยแผ่นเสริมความแข็งสองด้าน (กล่าวคือ แผ่นเสริมความแข็งแต่ละด้านของเอวคาน) ที่วางอยู่ตรงกลางใต้แผ่นฐานเสา เพื่อหลีกเลี่ยงรูปแบบการโก่งเดาะจากแรงเฉือนของเอว จึงได้เพิ่มแผ่นเสริมความแข็งตามขวางหนา 3/4 นิ้ว ห่างจากแนวกึ่งกลางเสา 24 นิ้ว และตั้งค่าความยาวเริ่มต้นของชิ้นส่วนมาตรฐานเป็น 0.5 ใน code setup มุมมองสามมิติของการเชื่อมต่อแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 มุมมองสามมิติของการเชื่อมต่อคานถ่ายแรง

ผลของความหนาของแผ่นเสริมความแข็ง

เพื่อประเมินผลของความหนาของแผ่นเสริมความแข็ง จึงได้ตรวจสอบการเชื่อมต่อที่มีแผ่นเสริมความแข็งที่มีความหนาต่างกัน แผ่นเสริมความแข็งมีความกว้าง 5 นิ้ว ยื่นตลอดความลึกของเอวคาน และมีการตัดมุมลบคม 1.0 นิ้ว ที่ด้านบนและด้านล่าง แผ่นเสริมความแข็งถูกเชื่อมกับเอวคานโดยใช้รอยเชื่อมฟิลเลตสองด้านขนาด 1/4 นิ้ว ยาว 5 นิ้ว เว้นระยะ 2 นิ้ว และเชื่อมกับปีกบนและล่างโดยใช้รอยเชื่อมฟิลเลตสองด้านต่อเนื่องขนาด 5/8 นิ้ว (นอกจากนี้ยังมีการกำหนดการดำเนินการสัมผัสระหว่างแผ่นเสริมความแข็งและปีกใน IDEA StatiCa)

สำหรับการคำนวณแบบดั้งเดิม สภาวะขีดจำกัดของการครากและการโก่งเดาะแบบดัดถูกประเมินสำหรับเสาประสิทธิผล แรงกดถูกประเมินบนพื้นผิวสัมผัสระหว่างแผ่นเสริมความแข็งและปีก และการแตกหักถูกประเมินบนรอยเชื่อมระหว่างแผ่นเสริมความแข็งและเอวคาน ความแข็งแรงที่ต้องการสำหรับรอยเชื่อมระหว่างแผ่นเสริมความแข็งและเอวถูกกำหนดเป็นผลต่างระหว่างแรงที่ใช้และค่าที่น้อยกว่าของความแข็งแรงที่มีอยู่สำหรับสภาวะขีดจำกัดของการครากเฉพาะที่ของเอวและการบดอัดเสียหายเฉพาะที่ของเอวบนคานที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง  

การคำนวณดำเนินการสำหรับความหนาของแผ่นเสริมความแข็ง 9 ค่า ตั้งแต่ 1/2 นิ้ว ถึง 1 นิ้ว โดยเพิ่มทีละ 1/16 นิ้ว แรงอัดสูงสุดที่มีปัจจัยซึ่งสามารถใช้กับเสาตาม IDEA StatiCa และการคำนวณแบบดั้งเดิมแสดงในรูปที่ 3 ผลลัพธ์ IDEA StatiCa แสดงสำหรับการตั้งค่าตาข่ายเริ่มต้น (ขนาดสูงสุดของ element = 1.969 นิ้ว) และตาข่ายที่ละเอียดขึ้นซึ่งขนาดสูงสุดของ element ถูกตั้งค่าเป็น 0.75 นิ้ว

รูปที่ 3 ความแข็งแรงเทียบกับความหนาของแผ่นเสริมความแข็งสำหรับการเชื่อมต่อคานถ่ายแรง (ตัวเสริมความแข็งรับแรงกดที่รับแรงอัดแบบจุดเดียว)

สำหรับการคำนวณแบบดั้งเดิม การครากของหน้าตัดรูปกากบาทประสิทธิผลควบคุมสำหรับความหนาทุกค่าที่ทดสอบ ส่งผลให้ความแข็งแรงเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามความหนาของแผ่นเสริมความแข็ง ความแข็งแรงของ IDEA StatiCa ซึ่งควบคุมโดยขีดจำกัดความเครียดพลาสติก มีค่ามากกว่าที่ได้จากการคำนวณแบบดั้งเดิม การกระจายของความเค้นสมมูลและความเครียดพลาสติกสำหรับการเชื่อมต่อที่มีแผ่นเสริมความแข็งหนา 3/4 นิ้ว แสดงในรูปที่ 4 การคำนวณแบบดั้งเดิมใช้หน้าตัดรูปกากบาทประสิทธิผลซึ่งพิจารณาเฉพาะความกว้าง 25t_w ของเอว (รูปที่ 1) สำหรับคาน W40x149 ที่ใช้ในตัวอย่างนี้ t_w = 0.630 นิ้ว และ 25t_w = 15.75 นิ้ว  AISC Specification Section J10.2 สมมติสำหรับสภาวะขีดจำกัดการครากเฉพาะที่ของเอวว่าแรงกระจายตลอดความยาวของเอวเท่ากับความยาวของแรงกด บวกกับ 5 เท่าของระยะจากด้านนอกของปีกถึงจุดเริ่มต้นของรอยเชื่อมที่เอว โดยใช้สมมติฐานนี้กับความยาวของแรงกดเท่ากับความยาวของแผ่นฐาน (13.5 นิ้ว) และคุณสมบัติของ W40x149 (k = 2.01 นิ้ว) ความยาวของเอวที่รับแรงสำหรับสภาวะขีดจำกัดการครากเฉพาะที่ของเอวเท่ากับ 23.55 นิ้ว หรือ 37.4t_w รูปที่ 3 แสดงผลลัพธ์ของการคำนวณแบบดั้งเดิมทางเลือกของการครากบนหน้าตัดรูปกากบาทประสิทธิผลที่มีความกว้างเอว 37.4t_w แทนที่จะเป็น 25t_w ความแข็งแรงจากการคำนวณแบบดั้งเดิมทางเลือกมีค่าใกล้เคียงกับที่ได้จาก IDEA StatiCa โดยใช้ตาข่ายที่ละเอียดขึ้น

รูปที่ 4 การกระจายของความเค้นสมมูลและความเครียดพลาสติกสำหรับการเชื่อมต่อคานถ่ายแรงที่มีแผ่นเสริมความแข็งหนา 3/4 นิ้ว แรงที่ใช้ = 1091.0 kips (ตาข่ายเริ่มต้น); 982.1 kips (ตาข่ายละเอียด)

ผลของความกว้างของแผ่นเสริมความแข็ง

เพื่อประเมินผลของความกว้างของแผ่นเสริมความแข็ง จึงเลือกใช้แผ่นเสริมความแข็งสองด้านหนา 3/4 นิ้ว และทดสอบความกว้างของแผ่นเสริมความแข็ง 15 ค่าที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ 2 นิ้ว ถึง 5.5 นิ้ว โดยเพิ่มทีละ 1/4 นิ้ว โปรดทราบว่าความกว้างของแผ่นเสริมความแข็งที่เล็กกว่าบางค่าไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านมิติของ AISC Specification Section J10.8(a) การเปรียบเทียบความแข็งแรงเทียบกับความกว้างของแผ่นเสริมความแข็งแสดงในรูปที่ 5

ตามที่คาดไว้ ความแข็งแรงของการเชื่อมต่อเพิ่มขึ้นตามความกว้างของแผ่นเสริมความแข็งที่เพิ่มขึ้นทั้งสำหรับการคำนวณแบบดั้งเดิมและการวิเคราะห์ด้วย IDEA StatiCa ความแข็งแรงของ IDEA StatiCa มีค่ามากกว่าความแข็งแรงจากการคำนวณแบบดั้งเดิม เช่นเดียวกับก่อนหน้านี้ การใช้หน้าตัดประสิทธิผลในการคำนวณแบบดั้งเดิมที่รวมเฉพาะความกว้าง 25t_w ของเอวเป็นส่วนหนึ่งของสาเหตุของความแตกต่าง การใช้ตาข่ายที่ละเอียดขึ้นใน IDEA StatiCa ยังคาดว่าจะลดความแตกต่างของความแข็งแรงได้

รูปที่ 5 ความแข็งแรงเทียบกับความกว้างของแผ่นเสริมความแข็งสำหรับการเชื่อมต่อคานถ่ายแรง (ตัวเสริมความแข็งรับแรงกดที่รับแรงอัดแบบจุดเดียว)

ผลของความยาวรอยเชื่อม

ในการคำนวณแบบดั้งเดิม รอยเชื่อมระหว่างแผ่นเสริมความแข็งและเอวคานถูกกำหนดขนาดสำหรับความแข็งแรงที่ต้องการเท่ากับผลต่างระหว่างแรงที่ใช้และค่าที่น้อยกว่าของความแข็งแรงที่มีอยู่สำหรับสภาวะขีดจำกัดของการครากเฉพาะที่ของเอวและการบดอัดเสียหายเฉพาะที่ของเอว (คำนวณโดยสมมติว่าไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง)

เพื่อประเมินผลของความยาวรอยเชื่อมตามแนวเอวคาน แผ่นเสริมความแข็งกว้าง 5-1/2 นิ้ว และหนา 3/4 นิ้ว ถูกเชื่อมกับปีกบนและล่างโดยใช้รอยเชื่อมฟิลเลตสองด้านขนาด 1/4 นิ้ว แผ่นเสริมความแข็งถูกเชื่อมกับเอวโดยใช้รอยเชื่อมฟิลเลตสองด้านแบบเป็นช่วงขนาด 1/4 นิ้ว ความยาวรอยเชื่อมรวมคือความยาวรอยเชื่อมรวมระหว่างเอวและแผ่นเสริมความแข็งสำหรับแต่ละด้านของแต่ละแผ่นเสริมความแข็ง (กล่าวคือ 4 เท่าของความยาวรอยเชื่อมด้านหนึ่งของแผ่นเสริมความแข็งหนึ่งแผ่น) รอยเชื่อมต่อเนื่องจะมีความยาวรวม 138 นิ้ว การเชื่อมต่อที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้เพื่อประเมินผลของความหนาและความกว้างของแผ่นเสริมความแข็งมีความยาวรวม 100 นิ้ว

ทดสอบความยาวรอยเชื่อมรวม 11 ค่า ตั้งแต่ 20 นิ้ว ถึง 100 นิ้ว โดยเพิ่มทีละ 8 นิ้ว ใช้รอยเชื่อมแบบเป็นช่วงโดยมีความยาวรอยเชื่อม 4 ช่วงที่เว้นระยะเท่ากันในแต่ละด้านของแต่ละแผ่นเสริมความแข็ง รอยเชื่อมเริ่มต้นและสิ้นสุดห่างจากมุมลบคมของแผ่นเสริมความแข็ง 2 นิ้ว การเปรียบเทียบความแข็งแรงเทียบกับความยาวรอยเชื่อมแสดงในรูปที่ 6

ความแข็งแรงของ IDEA StatiCa มีค่ามากกว่าที่ได้จากการคำนวณแบบดั้งเดิม ดังที่สังเกตได้ก่อนหน้านี้ในรูปที่ 3 และรูปที่ 5 เมื่อความยาวรอยเชื่อมรวมลดลงและความแข็งแรงของรอยเชื่อมควบคุมทั้งสำหรับ IDEA StatiCa และการคำนวณแบบดั้งเดิม ผลลัพธ์ความแข็งแรงจะใกล้เคียงกันมากขึ้น ความแตกต่างของความแข็งแรงบางส่วนเป็นสิ่งที่คาดได้ เนื่องจากในการคำนวณแบบดั้งเดิม ความแข็งแรงที่ต้องการสำหรับรอยเชื่อมเท่ากับผลต่างระหว่างแรงที่ใช้และค่าที่น้อยกว่าของความแข็งแรงที่มีอยู่สำหรับสภาวะขีดจำกัดของการครากเฉพาะที่ของเอวและการบดอัดเสียหายเฉพาะที่ของเอว การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าความแข็งแรงจาก IDEA StatiCa สำหรับการครากเฉพาะที่ของเอวและการบดอัดเสียหายเฉพาะที่ของเอวอาจมีค่ามากกว่าที่ได้จากการคำนวณแบบดั้งเดิม แต่โดยทั่วไปสอดคล้องกับ ผลลัพธ์จากการจำลองด้วย finite element ขั้นสูง

รูปที่ 6 ความแข็งแรงเทียบกับความยาวรอยเชื่อมสำหรับการเชื่อมต่อคานถ่ายแรง (ตัวเสริมความแข็งรับแรงกดที่รับแรงอัดแบบจุดเดียว)

ผลของโมเมนต์ที่ใช้

การเชื่อมต่อในการวิเคราะห์ก่อนหน้าทั้งหมดถูกโหลดใน IDEA StatiCa โดยไม่มีโมเมนต์ในคานที่แนวกึ่งกลางเสา ขนาดของโมเมนต์ที่ตำแหน่งของแรงกระทำแบบจุดในคานถ่ายแรงจะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ช่วงคานและเงื่อนไขปลาย ขนาดของโมเมนต์ในคานไม่ส่งผลต่อการคำนวณแบบดั้งเดิม แต่สามารถส่งผลต่อผลลัพธ์ของ IDEA StatiCa ได้ เพื่อตรวจสอบผลของโมเมนต์ที่ใช้ต่อความแข็งแรง จึงดำเนินการวิเคราะห์โดยใช้โมเมนต์ที่กำหนด ขนาดของโมเมนต์ที่ทำให้เป็นมาตรฐานเป็น M/ϕM_p (โดยที่ ϕ = 0.9 และ M_p คือโมเมนต์พลาสติก ϕM_p = 2,242 kip-ft สำหรับคาน W40x149) ถูกเปลี่ยนแปลงระหว่าง 0.0 ถึง 1.0 โดยเพิ่มทีละ 0.1 ใช้เฉพาะโมเมนต์ดัดบวก (กล่าวคือ โมเมนต์ที่ทำให้เกิดแรงอัดตามแนวยาวในปีกบน) ตรวจสอบการเชื่อมต่อที่มีแผ่นเสริมความแข็งเต็มความลึกที่มีความกว้าง 5 นิ้ว และความหนา 0.5 นิ้ว และ 0.75 นิ้ว และผลลัพธ์แสดงในรูปที่ 7

ความแข็งแรงจาก IDEA StatiCa แทบคงที่สำหรับโมเมนต์ที่ใช้สูงถึงประมาณ 70% ของ ϕM_p ซึ่งเหนือกว่านั้นจะสังเกตเห็นการลดลงของความแข็งแรงอย่างค่อยเป็นค่อยไป แม้ว่าโมเมนต์ที่ใช้จะมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อความแข็งแรงในกรณีนี้ แต่การเชื่อมต่อและการกำหนดค่าการโหลดอื่นๆ อาจมีพฤติกรรมที่แตกต่างกัน โดยทั่วไป แรงทั้งหมดที่ใช้กับการเชื่อมต่อควรได้รับการพิจารณาในแบบจำลอง IDEA StatiCa

รูปที่ 7 ความแข็งแรงเทียบกับโมเมนต์ที่ใช้สำหรับการเชื่อมต่อคานถ่ายแรง (ตัวเสริมความแข็งรับแรงกดที่รับแรงอัดแบบจุดเดียว,  ϕM_p = 2,242 kip-ft)

ตัวเสริมความแข็งรับแรงกดในการเชื่อมต่อรับโมเมนต์ระหว่างคานและเสา

แรงอัดแบบสองจุดเกิดขึ้นที่การเชื่อมต่อระหว่างคานและเสาซึ่งโมเมนต์ในคานส่งแรงคู่ควบไปยังปีกเสา เสาที่รับแรงอัดแบบสองจุดมักต้องการแผ่นเสริมความแข็งซึ่งเรียกอีกอย่างว่าแผ่นความต่อเนื่อง การศึกษานี้ตรวจสอบกรณีของการเชื่อมต่อรับโมเมนต์ระหว่างคานและเสาด้านเดียว และโดยเฉพาะการเปลี่ยนแปลงของความแข็งแรงตามความหนาของแผ่นเสริมความแข็ง

การกำหนดค่าของการเชื่อมต่อในการเปรียบเทียบนี้ตรงกับตัวอย่าง 6-1 ถึง 6-3 ของ AISC Design Guide 13 (Carter 1999) คานเป็น W18x50 และเสาเป็น W14x53 ทั้งคู่เป็นไปตาม ASTM A992 (F_y = 50 ksi และ F_u = 65 ksi) ในการเชื่อมต่อรับโมเมนต์มักต้องการแผ่นเสริมเอวเพื่อให้ได้ความแข็งแรงรับแรงเฉือนของ panel zone ของเอวที่เพียงพอ อย่างไรก็ตาม ในตัวอย่างนี้ เพื่อขจัดความจำเป็นในการใช้แผ่นเสริมเอวและมุ่งเน้นการตรวจสอบที่แผ่นเสริมความแข็ง (ความต่อเนื่อง) ความหนาของเอวของเสา W14x53 ถูกปรับเป็น 9/16 นิ้ว นอกจากนี้ ยังใช้การเชื่อมต่อแบบง่ายระหว่างคานและเสา โดยปีกคานถูกเชื่อมกับปีกเสาโดยใช้รอยเชื่อมแบบเจาะทะลุเต็มหน้าตัด และเอวคานถูกเชื่อมต่อกับปีกเสาโดยใช้แผ่นด้านเดียว (ASTM A572 Gr 50) ที่เชื่อมกับเอวคานและปีกเสาโดยใช้รอยเชื่อมฟิลเลตขนาด 1/2 นิ้ว

แผ่นเสริมความแข็งเป็นแผ่นขนาด 3 นิ้ว x 10.5 นิ้ว ที่มีการตัดมุมลบคม 3/4 นิ้ว และเป็นไปตาม ASTM A36 (F_y = 36 ksi และ F_u = 58 ksi) แผ่นเสริมความแข็งถูกเชื่อมกับเอวเสาและปีกด้านคานโดยใช้รอยเชื่อมฟิลเลตสองด้านขนาด 1/4 นิ้ว และ 1/2 นิ้ว ตามลำดับ มุมมองสามมิติของการเชื่อมต่อแสดงในรูปที่ 8

รูปที่ 8 มุมมองสามมิติของการเชื่อมต่อรับโมเมนต์ด้านเดียว

ในตัวอย่างนี้ ตรวจสอบความหนาของแผ่นเสริมความแข็ง 14 ค่า ตั้งแต่ 3/16 นิ้ว ถึง 1 นิ้ว แผ่นเสริมความแข็งที่มีความหนา 3/16 นิ้ว และ 1/4 นิ้ว ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านมิติของ AISC Specification Section J10.8 โดยเฉพาะที่กำหนดว่าความหนาของแผ่นเสริมความแข็งต้องไม่น้อยกว่าครึ่งหนึ่งของความหนาของปีกคาน แต่ถูกรวมไว้ในการตรวจสอบเพื่อการเปรียบเทียบ ใช้แรงอัดตามแนวแกน 300 kips กับเสา (P/A_gF_y = 0.48) และกำหนดโมเมนต์สูงสุดที่อนุญาตให้ใช้ กราฟของโมเมนต์สูงสุดที่อนุญาต (กล่าวคือ ความแข็งแรง) เทียบกับความหนาของแผ่นเสริมความแข็งแสดงในรูปที่ 9 คำอธิบายประกอบในรูปที่ 9 ระบุขีดจำกัดที่ควบคุมสำหรับแต่ละกรณี ในการคำนวณแบบดั้งเดิม ใช้สมการสำหรับความแข็งแรงรับแรงเฉือนของ panel zone "เมื่อไม่ได้คำนึงถึงผลของการเสียรูปพลาสติกของ panel zone ต่อเสถียรภาพของโครงในการวิเคราะห์"

ในกรณีที่ความแข็งแรงรับแรงเฉือนของ panel zone ควบคุม ความแข็งแรงจากการคำนวณแบบดั้งเดิมและจาก IDEA StatiCa มีค่าใกล้เคียงกัน สำหรับแผ่นเสริมความแข็งที่บางกว่า ซึ่งการครากของแผ่นเสริมความแข็งควบคุม ความแข็งแรงจาก IDEA StatiCa มีค่ามากกว่าที่ได้จากการคำนวณแบบดั้งเดิม โดย IDEA StatiCa แสดงการลดลงของความแข็งแรงเพียงเล็กน้อย ในขณะที่การคำนวณแบบดั้งเดิมแสดงการลดลงของความแข็งแรงมากกว่าเมื่อความหนาของแผ่นเสริมความแข็งลดลง

รูปที่ 9 ความแข็งแรงเทียบกับความหนาของแผ่นเสริมความแข็งสำหรับการเชื่อมต่อรับโมเมนต์ด้านเดียว

การเปรียบเทียบกับผลการทดลอง

การเปรียบเทียบที่นำเสนอในการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าความแข็งแรงของการเชื่อมต่อที่มีตัวเสริมความแข็งรับแรงกดตาม IDEA StatiCa มักเกินกว่าที่ได้จากการคำนวณแบบดั้งเดิม ความแตกต่างสามารถอธิบายได้บางส่วนจากความอนุรักษ์นิยมในข้อกำหนดของ AISC Specification (เช่น การใช้หน้าตัดประสิทธิผลที่รวมเฉพาะความกว้าง 25t_w ของเอว) เพื่อขยายการตรวจสอบ ส่วนนี้รวมการเปรียบเทียบกับผลการทดลองที่เผยแพร่ก่อนหน้านี้

สำหรับการเปรียบเทียบเหล่านี้ มิติและความเค้นครากของวัสดุถูกนำมาจากการวัดและรายงานโดยนักทดลอง และไม่ได้ใช้ปัจจัยความต้านทาน สำหรับ IDEA StatiCa ปัจจัยความต้านทานสำหรับวัสดุและรอยเชื่อมถูกตั้งค่าเป็น 1.0 ใน code setup

แผ่นเสริมความแข็งรับแรงอัด – Bougoffa et al. 2021 และ 2022

Bougoffa et al. (2021) ตรวจสอบความแข็งแรงของแผ่นเสริมความแข็งในบริเวณรับแรงอัดของการเชื่อมต่อระหว่างคานและเสา ทดสอบชิ้นทดสอบแปดชิ้นที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็งและสิบหกชิ้นที่มีแผ่นเสริมความแข็งตามขวาง ภายใต้การโหลดแบบ patch ที่ใช้ผ่านแผ่นทั้งสองด้านที่ครอบคลุมความกว้างทั้งหมดของปีก แผนผังของการกำหนดค่าการทดสอบแสดงในรูปที่ 10

รูปที่ 10 แผง web ภายใต้การโหลดแบบ patch ตรงข้าม (Bougoffa et al. 2021)

จากชิ้นทดสอบที่มีแผ่นเสริมความแข็งสิบหกชิ้นที่ทดสอบ สี่ชิ้นไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง (เรียกว่ากลุ่ม US) สี่ชิ้นเป็นแบบสองด้านเต็มความลึก (DFS) สองชิ้นเป็นแบบด้านเดียวเต็มความลึก (SFS) สองชิ้นเป็นแบบความลึกบางส่วนด้านเดียว (PTSE) สองชิ้นเป็นแบบด้านเดียวที่มีแผ่นเสริมความแข็งบางส่วนที่ส่วนกลางของเอว (PTSC) และสองชิ้นเป็นแบบด้านเดียวที่มีแผ่นเสริมความแข็งบางส่วนที่มีความลึกน้อยกว่าครึ่งที่ปีกแต่ละข้าง ชิ้นทดสอบประเภท DFS, SFS และ PTSE ถูกเลือกสำหรับการเปรียบเทียบกับการวิเคราะห์ IDEA StatiCa เนื่องจากการจัดเรียงเหล่านี้มีตัวเสริมความแข็งรับแรงกดที่เป็นตัวแทนของที่ใช้กันทั่วไปในทางปฏิบัติ ผลลัพธ์ของการเปรียบเทียบแสดงในตารางที่ 1 และรูปที่ 11

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบกับการตรวจสอบเชิงทดลองของ Bougoffa et al. (2021)

รูปที่ 11 การเปรียบเทียบกับการตรวจสอบเชิงทดลองของ Bougoffa et al. (2021)

การวิเคราะห์ IDEA StatiCa มีความอนุรักษ์นิยมเมื่อเปรียบเทียบกับผลการทดลอง ความเครียดพลาสติกในเอวคานควบคุมสำหรับชิ้นทดสอบส่วนใหญ่ ขีดจำกัดอัตราส่วนการโก่งเดาะควบคุมสำหรับชิ้นทดสอบ DFS.2 และ DFS.4 การโก่งเดาะของแผ่นเสริมความแข็งถูกสังเกตในการตรวจสอบเชิงทดลองสำหรับชิ้นทดสอบประเภท DFS การเปรียบเทียบระหว่างรูปร่างที่โก่งเดาะจาก IDEA StatiCa สำหรับ DFS.1 และของชิ้นทดสอบจริงแสดงในรูปที่ 12

รูปที่ 12 รูปร่างที่โก่งเดาะของชิ้นทดสอบ DFS.1 (Bougoffa et al., 2021)

Bougoffa et al. (2022) ดำเนินการทดลองเพิ่มเติมบนหน้าตัดรูปตัว I ที่ไม่มีและมีแผ่นเสริมความแข็งภายใต้แรงอัดสองด้าน การทดสอบดำเนินการบนแผงของหน้าตัดรูปตัว I แบบเชื่อมที่มีการกำหนดค่าแผ่นเสริมความแข็ง 3 แบบ ได้แก่ แผงที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง (P0S 508 และ P0S 370) แผงที่มีแผ่นเสริมความแข็งตรงกลาง (PMS 508 และ PMS 370) และแผงที่มีแผ่นเสริมความแข็งที่ขอบ (PES 508 และ PES 370) ชิ้นทดสอบที่มี 508 ในชื่อมีความสูงเอว 488 มม. ชิ้นทดสอบที่มี 370 ในชื่อมีความสูงเอว 349 มม. สำหรับชิ้นทดสอบทั้งหมด ความหนาของเอวเป็น 6 มม. ความกว้างของปีกเป็น 200 มม. และความหนาของปีกเป็น 10 มม. มิติเพิ่มเติมและการกำหนดค่าการโหลดสำหรับชิ้นทดสอบแสดงในรูปที่ 13

รูปที่ 13 การกำหนดค่าการโหลด มิติในหน่วย มม. (Bougoffa et al., 2022)

รายงานค่าเฉลี่ยของแรงสูงสุดจากการทดสอบ 4 ครั้งของแต่ละการกำหนดค่า ค่าเฉลี่ยถูกเปรียบเทียบกับการวิเคราะห์ใน IDEA StatiCa คุณสมบัติของวัสดุที่วัดได้ไม่ได้รายงานในบทความต้นฉบับ แต่ได้รับจากผู้เขียนที่ติดต่อได้ (Bouchair 2023) ปีกคานและแผ่นเสริมความแข็งมีความเค้นคราก 51.9 ksi และเอวมีความเค้นคราก 52.2 ksi สำหรับแบบจำลอง IDEA StatiCa ใช้ความเค้นครากของเอว 52.2 ksi สำหรับทั้งเอวและปีกของหน้าตัดรูปตัว I ผลลัพธ์ของการเปรียบเทียบแสดงในตารางที่ 2 และรูปที่ 14

ขีดจำกัดความเครียดพลาสติก 5% ควบคุมสำหรับชิ้นทดสอบ PMS 370 และขีดจำกัดอัตราส่วนการโก่งเดาะ 3.0 ควบคุมสำหรับชิ้นทดสอบอื่นทั้งหมด ความแข็งแรงจาก IDEA StatiCa มีค่ามากกว่าที่ได้จาก AISC Specification สำหรับ 4 ใน 6 ชิ้นทดสอบ แต่น้อยกว่าที่ได้จากการทดลองในทั้ง 6 กรณี

ตารางที่ 2 การเปรียบเทียบกับการตรวจสอบเชิงทดลองของ Bougoffa et al. (2022)

รูปที่ 14 การเปรียบเทียบกับการตรวจสอบเชิงทดลองของ Bougoffa et al. (2022)

แผ่นเสริมความแข็งความลึกบางส่วน – Salkar et al. 2015

Salkar et al. (2015) ดำเนินการทดสอบบนชิ้นทดสอบ 27 ชิ้น แบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติของวัสดุที่วัดได้ (เช่น ความเค้นคราก) รายงานเฉพาะสำหรับชิ้นทดสอบ 17 ชิ้นในกลุ่ม 3 จากชิ้นทดสอบในกลุ่ม 3 มี 5 ชิ้นที่โหลดโดยใช้แผ่น patch 11 ชิ้นโหลดโดยใช้ลูกกลิ้ง และ 1 ชิ้นโหลดด้วยหน้าตัดรูปตัว I ที่วางบนปีกบน การทดลองยังอธิบายโดย Salkar (1992) ด้วย

คานสำหรับชิ้นทดสอบทั้งหมดเป็น W16x26 ที่โหลดในการดัดสามจุด แรงเฉือนและโมเมนต์ถูกใช้กับคานใน IDEA StatiCa เพื่อจำลองแผนภาพโมเมนต์ในการทดลอง ลูกกลิ้งถูกจำลองใน IDEA StatiCa เป็นแผ่นสี่เหลี่ยมกว้าง 1/2 นิ้ว แผ่นเสริมความแข็งที่กึ่งกลางช่วง ซึ่งยื่นออกไปครึ่งหนึ่งหรือสามในสี่ของความลึกของคาน ถูกเชื่อมกับเอวคานและปีกบนโดยใช้รอยเชื่อมขนาด 1/4 นิ้ว ใน IDEA StatiCa นอกจากรอยเชื่อมแล้ว ยังมีการกำหนดการดำเนินการสัมผัสระหว่างแผ่นเสริมความแข็งและปีกบนของคาน การกำหนดค่าการทดสอบแบบแผ่น patch และรายละเอียดของการทดสอบกลุ่ม 3 ตามที่นำเสนอโดย Salkar et al. (2015) ถูกจำลองในรูปที่ 15 และตารางที่ 3 ตามลำดับ แผ่นเสริมความแข็งที่จุดรองรับถูกจำลองโดยสมมติความหนา 1/4 นิ้ว

รูปที่ 15 การกำหนดค่าการโหลดแบบลูกกลิ้งและแผ่น patch, Salkar et al. (2015)

ตารางที่ 3 รายละเอียดการทดสอบกลุ่ม 3, Salkar et al. (2015)

การกำหนดค่าของชิ้นทดสอบและความเค้นครากที่สอดคล้องกันที่แสดงในตารางที่ 3 ถูกจำลองใน IDEA StatiCa ผลลัพธ์ของการเปรียบเทียบแสดงในตารางที่ 4 และรูปที่ 16 ขีดจำกัดอัตราส่วนการโก่งเดาะควบคุมสำหรับชิ้นทดสอบที่โหลดด้วยแผ่น patch หรือหน้าตัดรูปตัว I (การเปรียบเทียบรูปร่างที่โก่งเดาะสำหรับชิ้นทดสอบ 9 แสดงในรูปที่ 17) ในขณะที่ความเครียดพลาสติกในเอวคานควบคุมสำหรับชิ้นทดสอบที่โหลดด้วยลูกกลิ้งทั้งหมดยกเว้นหนึ่งชิ้น โดยเฉลี่ย ความแข็งแรงจากผลลัพธ์ IDEA StatiCa น้อยกว่าความแข็งแรงจากการทดลอง 5%

ตารางที่ 4 การเปรียบเทียบกับการตรวจสอบเชิงทดลองของ Salkar et al. (2015)

รูปที่ 16 การเปรียบเทียบกับการตรวจสอบเชิงทดลองของ Salkar et al. (2015)

รูปที่ 17 รูปร่างที่โก่งเดาะของชิ้นทดสอบ 9 (Salkar et al., 2015)

แผ่นเสริมความแข็งแบบเยื้องศูนย์ – Graham et al. 1959

Graham et al. (1959) ตรวจสอบผลของความเยื้องศูนย์ของแผ่นเสริมความแข็ง การทดสอบดำเนินการบนชิ้นส่วนสั้นของเสา 12WF40 และ 14WF61 โดยชิ้นทดสอบถูกอัดในแนวตั้งฉากกับแกนตามยาวระหว่างแท่งเหล็กจนถึงจุดวิบัติ ประเมินผลของแผ่นเสริมความแข็งที่มีความเยื้องศูนย์ 0, 2, 4 และ 6 นิ้ว การศึกษาแสดงให้เห็นการลดลงของประสิทธิภาพของแผ่นเสริมความแข็งสำหรับความเยื้องศูนย์มากกว่า 2 นิ้ว และสรุปว่า "สำหรับวัตถุประสงค์การออกแบบ อาจเป็นการดีที่จะละเลยความต้านทานของแผ่นเสริมความแข็งที่มีความเยื้องศูนย์มากกว่า 2 นิ้ว" คำแนะนำนี้ถูกนำมาใช้ใน AISC Design Guide 13 (Carter 1999)   

ชิ้นทดสอบจากการศึกษาที่แสดงในตารางที่ 5 ถูกจำลองใน IDEA StatiCa และผลลัพธ์ถูกเปรียบเทียบกับผลจากการศึกษา แบบจำลอง IDEA StatiCa ตรงกับการกำหนดค่าการทดสอบ โดยมีชิ้นส่วนปีกกว้างที่ถูกอัดระหว่างแท่งเหล็กสองแท่งขนาด 3/4 นิ้ว x 7/16 นิ้ว x 7 นิ้ว ชิ้นส่วนปีกกว้างเป็นไปตาม ASTM A36 แต่ไม่ได้รายงานคุณสมบัติของวัสดุที่วัดได้ จึงใช้ค่าระบุ F_y = 36 ksi และ F_u = 58 ksi ในการวิเคราะห์ แท่งเหล็กถูกจำลองด้วย F_y = 100 ksi และ F_u = 110 ksi เพื่อแยกสภาวะขีดจำกัดที่ควบคุมให้เป็นสภาวะที่เกี่ยวข้องกับชิ้นทดสอบ แผ่นเสริมความแข็งยื่นตลอดความลึกของเอว มีมิติ 1/4 นิ้ว x 3-3/4 นิ้ว และเป็นไปตาม ASTM A36 แผ่นเสริมความแข็งถูกเชื่อมกับปีกและเอวโดยใช้รอยเชื่อมแบบเจาะทะลุเต็มหน้าตัดใน IDEA StatiCa เพื่อขจัดรูปแบบการวิบัติที่เกี่ยวข้องกับรอยเชื่อม มุมมองสามมิติของชิ้นทดสอบ 12WF40 ที่มีความเยื้องศูนย์ของแผ่นเสริมความแข็ง 2 นิ้ว แสดงในรูปที่ 18

ตารางที่ 5 โปรแกรมการทดสอบที่มีแผ่นเสริมความแข็งแบบเยื้องศูนย์, Graham et al., 1959

รูปที่ 18 มุมมองสามมิติของชิ้นทดสอบ 12WF40 ที่จำลองใน IDEA StatiCa (ความเยื้องศูนย์ของแผ่นเสริมความแข็ง = 2 นิ้ว)

ความสัมพันธ์ระหว่างความแข็งแรงและความเยื้องศูนย์ของแผ่นเสริมความแข็งแสดงสำหรับชิ้นทดสอบ 12WF40 และ 14WF61 ในรูปที่ 19 และรูปที่ 20 ตามลำดับ เนื่องจากไม่ได้รายงานคุณสมบัติของวัสดุที่วัดได้ จึงไม่สามารถเปรียบเทียบค่าโดยตรงระหว่างผลการทดลองและผลลัพธ์ IDEA StatiCa ได้ อย่างไรก็ตาม แนวโน้มจากการวิเคราะห์ IDEA StatiCa มีความคล้ายคลึงกับผลการทดลอง ตามที่คาดไว้ การเชื่อมต่อมีความแข็งแรงสูงสุดเมื่อมีแผ่นเสริมความแข็งแบบตรงศูนย์ และความแข็งแรงลดลงเมื่อความเยื้องศูนย์เพิ่มขึ้น

รูปที่ 19 ความแข็งแรงเทียบกับความเยื้องศูนย์ของแผ่นเสริมความแข็ง (12WF40)

รูปที่ 20 ความแข็งแรงเทียบกับความเยื้องศูนย์ของแผ่นเสริมความแข็ง (14WF61)

แผ่นเสริมความแข็งแบบเยื้องศูนย์ – Alvarez Rodilla และ Kowalkowski 2021

Alvarez Rodilla และ Kowalkowski (2021) ยังตรวจสอบผลของความเยื้องศูนย์ของแผ่นเสริมความแข็งด้วย พวกเขาดำเนินการทดสอบบนส่วนของเสาที่มีแรงกระทำบนปีก การทดสอบดำเนินการภายใต้เงื่อนไขการโหลดสามแบบ ได้แก่ แรงอัดเดี่ยว (กับเสา W16x31, W12x26, W10x39 และ W10x19) แรงอัดคู่ (กับเสา W16x31, W12x26 และ W10x19) และแรงดึงเดี่ยว สำหรับแต่ละเงื่อนไขการโหลดและขนาดเสา ทดสอบชิ้นทดสอบสี่ชิ้น ได้แก่ 1) ไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง 2) มีแผ่นเสริมความแข็งแบบตรงศูนย์ (ไม่มีความเยื้องศูนย์) 3) มีแผ่นเสริมความแข็งที่ความเยื้องศูนย์ต่ำกว่า (2 นิ้ว หรือ 3 นิ้ว) และ 4) มีแผ่นเสริมความแข็งที่ความเยื้องศูนย์สูงกว่า (4 นิ้ว หรือ 6 นิ้ว) ชิ้นทดสอบแรงดึงเดี่ยวไม่ได้รับการตรวจสอบในการศึกษานี้ เนื่องจากการศึกษานี้มุ่งเน้นที่แรงอัด และความแข็งแรงของชิ้นทดสอบแรงดึงเดี่ยวหลายชิ้นไม่สามารถบรรลุได้เนื่องจากข้อจำกัดของอุปกรณ์ทดสอบ ชิ้นทดสอบ W12×26 DC-E0 ยังถูกยกเว้นจากการศึกษานี้เนื่องจากความแข็งแรงเชิงทดลองไม่สามารถบรรลุได้เนื่องจากข้อจำกัดของอุปกรณ์ทดสอบ

ชิ้นทดสอบเสามีความยาว 6 ฟุต และผลิตจากเหล็ก ASTM A992 (ความเค้นครากที่วัดได้แสดงในตารางที่ 6)

ตารางที่ 6 ความเค้นครากที่วัดได้ของหน้าตัดปีกกว้าง, Alvarez Rodilla และ Kowalkowski (2021)

สำหรับชิ้นทดสอบเสา W10×39, W12×26 และ W16×31 แผ่นเสริมความแข็งมีความหนา 3/8 นิ้ว และเชื่อมโดยใช้รอยเชื่อมฟิลเลตขนาด 1/4 นิ้ว สำหรับชิ้นทดสอบเสา W10×19 แผ่นเสริมความแข็งมีความหนา 1/4 นิ้ว และเชื่อมโดยใช้รอยเชื่อมฟิลเลตขนาด 3/16 นิ้ว สำหรับชิ้นทดสอบส่วนใหญ่ แผ่นเสริมความแข็งถูกติดตั้งทั้งสองด้านของเอว อย่างไรก็ตาม สำหรับการทดสอบแรงอัดคู่กับเสา W16X31 แผ่นเสริมความแข็งถูกติดตั้งเพียงด้านเดียวของเอว แผ่นเสริมความแข็งผลิตจากเหล็ก A36 หรือเหล็กที่ได้รับการรับรองสองมาตรฐาน A36 และ A572 Gr. 50 ไม่ได้รายงานคุณสมบัติของวัสดุที่วัดได้โดยเฉพาะของแผ่น ใช้ F_y = 50 ksi สำหรับการคำนวณและการวิเคราะห์ในการศึกษานี้ แผ่นเสริมความแข็งมีความลึกเต็ม ยื่นถึงปลายปีก และมีการตัดมุมลบคม 1/2 นิ้ว

ชิ้นทดสอบแรงอัดเดี่ยวถูกรองรับแบบอิสระที่ปลายทั้งสองด้วยช่วง 5 ฟุต แรงเฉือนและโมเมนต์ถูกใช้กับคานใน IDEA StatiCa เพื่อจำลองแผนภาพโมเมนต์ในการทดลอง มุมมองสามมิติของชิ้นทดสอบ W12×26 SC-E4 แสดงในรูปที่ 18

รูปที่ 21 มุมมองสามมิติของชิ้นทดสอบ W12×26 SC-E4 ที่จำลองใน IDEA StatiCa

ชิ้นทดสอบแรงอัดคู่ถูกทดสอบในกรอบโหลดเดียวกับชิ้นทดสอบแรงอัดเดี่ยว แต่มีการเพิ่มแผ่นรับแรงปฏิกิริยาที่ด้านล่างเพื่อสร้างแรงอัดคู่ อย่างไรก็ตาม จุดรองรับที่ปลายของชิ้นทดสอบยังคงอยู่และต้านทานส่วนหนึ่งของแรงที่ใช้ซึ่งไม่สามารถระบุปริมาณได้ สมมติว่าจุดรองรับที่ปลายไม่ได้อยู่ในตำแหน่งสำหรับการศึกษานี้

การเปรียบเทียบระหว่างความแข็งแรงจากการทดลอง AISC Specification และ IDEA StatiCa สำหรับชิ้นทดสอบแรงอัดเดี่ยวและแรงอัดคู่แสดงในตารางที่ 7 และตารางที่ 8 ตามลำดับ AISC Specification ไม่มีสมการความแข็งแรงสำหรับแผ่นเสริมความแข็งแบบเยื้องศูนย์ ดังนั้นความแข็งแรงตาม AISC Specification สำหรับชิ้นทดสอบที่มีแผ่นเสริมความแข็งแบบเยื้องศูนย์จึงระบุเป็น "N/A" ผลลัพธ์ความแข็งแรงยังแสดงในรูปที่ 22 และรูปที่ 23

โดยทั่วไป ความแข็งแรงของการเชื่อมต่อสูงสุดเมื่อมีแผ่นเสริมความแข็งแบบตรงศูนย์ และลดลงเมื่อความเยื้องศูนย์เพิ่มขึ้น แนวโน้มนี้สังเกตได้จากการทดลองและผลลัพธ์ IDEA StatiCa ความแข็งแรงจาก IDEA StatiCa ต่ำกว่าความแข็งแรงจากการทดลองสำหรับชิ้นทดสอบทั้งหมด ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่า แม้ว่าประโยชน์ด้านความแข็งแรงของแผ่นเสริมความแข็งแบบเยื้องศูนย์จะน้อยกว่าของแผ่นเสริมความแข็งแบบตรงศูนย์ แต่ IDEA StatiCa ให้วิธีการพิจารณาการมีส่วนร่วมของแผ่นเสริมความแข็งแบบเยื้องศูนย์ในการออกแบบอย่างปลอดภัย

ตารางที่ 7 ความสามารถรับแรงทางทฤษฎีและผลการทดสอบแรงอัดเดี่ยว, Alvarez Rodilla และ Kowalkowski., 2021

ตารางที่ 8 ความสามารถรับแรงทางทฤษฎีและผลการทดสอบแรงอัดคู่, Alvarez Rodilla และ Kowalkowski., 2021

 รูปที่ 22 การเปรียบเทียบกับการตรวจสอบเชิงทดลองแรงอัดเดี่ยวของ Alvarez Rodilla และ Kowalkowski (2021)

รูปที่ 23 การเปรียบเทียบกับการตรวจสอบเชิงทดลองแรงอัดคู่ของ Alvarez Rodilla และ Kowalkowski (2021)