การโก่งเดาะด้านข้างและบิด

การโก่งเดาะด้านข้างและบิดคืออะไร และเกิดจากสาเหตุใด

การโก่งเดาะด้านข้างและบิด (LTB) คือการเสียรูปของคานที่ไม่ได้รับการยึดรั้ง เนื่องจากแรงกระทำที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ ออกจาก แนวแกนตามยาวของคาน – ทั้งการเคลื่อนตัวทางด้านข้างและการบิด

คานเหล็กที่ไม่ได้รับการยึดรั้งคือคานที่ปีกรับแรงอัดสามารถเคลื่อนที่ (หรือเคลื่อนตัว) ในแนวด้านข้างและหมุนได้อย่างอิสระ หากเรานำทฤษฎีนี้ไปใช้กับคานช่วงเดียวที่มีจุดรองรับแบบง่าย ปีกรับแรงอัดก็คือปีกด้านบน เมื่อปีกนี้เคลื่อนตัวทางด้านข้าง ปีกรับแรงดึงจะพยายามทำให้คานตรงและสร้าง 'แรงคืนสภาพ' เนื่องจากการดัดด้านข้างของคาน อย่างไรก็ตาม แรงเหล่านี้เพียงอย่างเดียวไม่สามารถทำให้คานตรงได้ ความต้านทานของคานต่อ LTB ถูกกำหนดโดยแรงคืนสภาพและองค์ประกอบด้านข้างของแรงดึงในปีกรับแรงดึง

การกระทำร่วมกันของปีกรับแรงอัดและปีกรับแรงดึงบีบให้คานที่ไม่ได้รับการยึดรั้งเกิดการบิด ความต้านทานต่อการบิดนี้ขึ้นอยู่กับความต้านทานการบิดของหน้าตัดคาน ตัวอย่างเช่น คานที่มีความหนาปีกมากจะมีความต้านทานการบิดมากกว่าคานที่มีความหนาปีกน้อยกว่า สำหรับความลึกที่กำหนดใดๆ มีหน้าตัดอื่นๆ ที่ให้ความต้านทานมากกว่าเช่นกัน (RHS/SHS) และมักถูกใช้ในสถานการณ์ที่ต้องการช่วงพาด(ที่ค่อนข้าง)กว้างเพื่อรับแรงในแนวตั้ง (เช่น ช่องเปิดที่มีประตูบานเลื่อนพับ) ซึ่งมีความเสี่ยงต่อผลของแรงนอกระนาบ

หากต้องการดูว่าการวิบัติจาก LTB เกิดขึ้นและลุกลามอย่างไร ลองดูวิดีโอนี้

ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อ LTB?

มีปัจจัยหลักสามประการ:

1. ตำแหน่งของแรงที่กระทำ
2. การกระจายของโมเมนต์ดัด
3. สภาพเงื่อนไขจุดรองรับที่ปลาย

ตำแหน่งของแรงที่กระทำ

ผลของ LTB ถูกกำหนดโดยระยะห่างระหว่างตำแหน่งของแรงที่กระทำและจุดศูนย์กลางแรงเฉือนของหน้าตัดคาน  หน้าตัดจะมีความเสี่ยงต่อ LTB มากขึ้นหากแรงกระทำอยู่เหนือจุดศูนย์กลางแรงเฉือน  ผลกระทบจะน้อยลงหากแรงกระทำอยู่ในแนวจุดศูนย์กลางแรงเฉือน และหากแรงกระทำอยู่ด้านล่างจุดศูนย์กลางแรงเฉือน คานจะมีโอกาสเกิด LTB น้อยมาก

[หมายเหตุ] จุดศูนย์กลางแรงเฉือนคือจุดบนหน้าตัดคานที่แรงกระทำไม่ทำให้เกิดการบิด  ขึ้นอยู่กับหน้าตัด จุดศูนย์กลางแรงเฉือนและจุดศูนย์ถ่วงบนหน้าตัดที่สมมาตรจะอยู่ที่ตำแหน่งเดียวกัน  แต่อาจไม่ตรงกันบนหน้าตัดที่ไม่สมมาตร การคำนวณจุดศูนย์กลางแรงเฉือนสำหรับหน้าตัดใดๆ ต้องใช้คณิตศาสตร์พอสมควร แต่โชคดีที่วิศวกรมีซอฟต์แวร์และตารางอ้างอิงให้ใช้งาน!

การกระจายของโมเมนต์ดัด

หน้าตัดที่มีโมเมนต์ดัดสม่ำเสมอตลอดความยาวจะมีความต้านทานการโก่งเดาะน้อยกว่าเมื่อเทียบกับการกระจายของโมเมนต์ดัดแบบอื่น

สภาพเงื่อนไขจุดรองรับที่ปลาย

ความต้านทาน LTB ของหน้าตัดคานจะเพิ่มขึ้นเมื่อจุดรองรับที่ปลายมีการยึดรั้งมากขึ้น ลองพิจารณาคานที่วางอยู่บนแผ่นรองรับเทียบกับคานที่หล่อฝังอยู่ในผนังคอนกรีต แบบหลังมีการยึดรั้งที่ปลายมากกว่าแบบแรก แบบหนึ่งสามารถหมุนได้อย่างอิสระ แต่อีกแบบหนึ่งไม่สามารถหมุนได้

ข้อพิจารณาในการออกแบบ

การจัดให้มีการยึดรั้งด้านข้างที่มีประสิทธิภาพสามารถช่วยลดขนาดของคานได้อย่างมาก การยึดรั้งแบบสมบูรณ์สามารถทำได้ด้วยการทำงานร่วมกันแบบผสม (composite action) ของพื้นคอนกรีต การยึดรั้งแบบบางส่วนสามารถทำได้โดยใช้คานกลาง  นอกจากนี้ยังสามารถใช้ค้ำยัน (bracing) ที่มีขนาดเพียงพอและติดตั้งในตำแหน่งที่เหมาะสมได้

ทั้งหมดนี้เหมาะสมดีสำหรับการออกแบบชิ้นส่วน แต่จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อต้องออกแบบการเชื่อมต่อ?

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจริงยังคงเหมือนเดิมไม่ว่าจะมีการยึดรั้ง LTB หรือไม่ก็ตาม แต่ชิ้นส่วนจะมีความยึดแน่นเพิ่มขึ้นเนื่องจากการยึดรั้งนี้  หากเราไม่นำเรื่องนี้มาพิจารณา การออกแบบการเชื่อมต่อก็จะเป็นการประมาณค่าที่สูงเกินไป

ในIDEA StatiCa เวอร์ชันใหม่ (เวอร์ชัน 22.0) เราได้เปิดตัวการดำเนินการใหม่ – Lateral Torsional Restraint – เพื่อให้ผู้ใช้ของเราสามารถนำสิ่งนี้มาพิจารณาได้ตามต้องการ

ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับฟีเจอร์ Lateral Torsional Restraint การดำเนินการนี้ช่วยหลีกเลี่ยงการบิดของชิ้นส่วนในการเชื่อมต่อ และช่วยให้การออกแบบมีความประหยัดมากขึ้นในขณะที่ยังคงความปลอดภัยตามที่กำหนด