การโก่งเดาะด้านข้างและบิด

การโก่งเดาะด้านข้างและบิดคืออะไร และเกิดจากสาเหตุใด

การโก่งเดาะด้านข้างและบิด (LTB) คือการเสียรูปของคานที่ไม่มีการยึดรั้งอันเนื่องมาจากแรงกระทำที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ ออกจาก แนวแกนตามยาวของคาน ทั้งการเคลื่อนตัวด้านข้างและการบิด

คานเหล็กที่ไม่มีการยึดรั้ง คือคานที่ปีกด้านรับแรงอัดสามารถเคลื่อนที่ (หรือเคลื่อนตัว) ในทิศทางด้านข้างได้อย่างอิสระและสามารถหมุนได้เช่นกัน หากเรานำทฤษฎีนี้มาใช้กับคานที่รองรับแบบธรรมดา ปีกด้านรับแรงอัดก็คือปีกด้านบน เมื่อปีกนี้เกิดการโก่งตัวด้านข้าง ปีกด้านรับแรงดึงจะพยายามรักษาให้คานตรงและสร้างแรง 'ต้านกลับ' อันเนื่องมาจากการดัดด้านข้างของคาน อย่างไรก็ตาม แรงเหล่านี้เพียงอย่างเดียวไม่สามารถรักษาให้คานตรงได้ ความต้านทานของคานต่อการโก่งเดาะด้านข้างและบิดถูกกำหนดโดยแรงต้านกลับและองค์ประกอบด้านข้างของแรงดึงในปีกด้านรับแรงดึง

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างปีกด้านรับแรงอัดและปีกด้านรับแรงดึงบังคับให้คานที่ไม่มีการยึดรั้งเกิดการบิด ความต้านทานต่อการบิดนี้ขึ้นอยู่กับความต้านทานแรงบิดของหน้าตัดคาน ตัวอย่างเช่น คานที่มีความหนาปีกมากจะมีความต้านทานแรงบิดมากกว่าคานที่มีความหนาปีกน้อยกว่าสำหรับความลึกที่กำหนดใด ๆ ยังมีหน้าตัดประเภทอื่นที่ให้ความต้านทานที่มากกว่า (RHS/SHS) และมักถูกนำมาใช้ในสถานการณ์ที่ต้องการช่วงพาด(ค่อนข้าง)ยาวเพื่อรับแรงในแนวดิ่ง (เช่น ช่องเปิดที่มีประตูพับ) ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดผลของแรงนอกระนาบ

หากต้องการดูว่าการวิบัติจากการโก่งเดาะด้านข้างและบิดเกิดขึ้นอย่างไร ลองดูวิดีโอนี้

ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อการโก่งเดาะด้านข้างและบิด

มีปัจจัยหลัก 3 ประการ ได้แก่

1. ตำแหน่งของแรงกระทำ
2. การกระจายของโมเมนต์ดัด
3. เงื่อนไขการรองรับที่ปลาย

ตำแหน่งของแรงกระทำ

ผลของการโก่งเดาะด้านข้างและบิดถูกกำหนดโดยระยะห่างระหว่างตำแหน่งของแรงกระทำและจุดศูนย์กลางแรงเฉือนของหน้าตัดคาน  หน้าตัดจะมีแนวโน้มเกิดการโก่งเดาะด้านข้างและบิดมากขึ้นหากแรงกระทำอยู่เหนือจุดศูนย์กลางแรงเฉือน  ผลจะน้อยลงหากแรงกระทำอยู่ในแนวจุดศูนย์กลางแรงเฉือน และหากแรงกระทำอยู่ต่ำกว่านั้น คานก็แทบจะไม่มีโอกาสเกิดการโก่งเดาะด้านข้างและบิด

[หมายเหตุ] จุดศูนย์กลางแรงเฉือนคือจุดบนหน้าตัดคานที่แรงกระทำจะไม่ทำให้เกิดการบิด  ตำแหน่งนี้ขึ้นอยู่กับหน้าตัด จุดศูนย์กลางแรงเฉือนและจุดศูนย์ถ่วงของหน้าตัดสมมาตรจะอยู่ที่ตำแหน่งเดียวกัน  แต่อาจไม่ตรงกันในหน้าตัดที่ไม่สมมาตร การคำนวณจุดศูนย์กลางแรงเฉือนสำหรับหน้าตัดใด ๆ ต้องใช้คณิตศาสตร์พอสมควร แต่โชคดีที่วิศวกรสามารถใช้ซอฟต์แวร์และมีตารางอ้างอิงให้ใช้งานได้!

การกระจายของโมเมนต์ดัด

หน้าตัดที่มีโมเมนต์ดัดสม่ำเสมอตลอดความยาวจะมีความต้านทานการโก่งเดาะน้อยกว่าเมื่อเทียบกับการกระจายโมเมนต์ดัดแบบอื่น

เงื่อนไขการรองรับที่ปลาย

ความต้านทานต่อการโก่งเดาะด้านข้างและบิดของหน้าตัดคานจะเพิ่มขึ้นเมื่อการรองรับที่ปลายมีการยึดรั้งมากขึ้น ลองพิจารณาคานที่วางอยู่บนแท่นรองรับเทียบกับคานที่หล่อฝังอยู่ในผนังคอนกรีต กรณีหลังมีการยึดรั้งที่ปลายมากกว่ากรณีแรก กรณีหนึ่งสามารถหมุนได้อย่างอิสระ ส่วนอีกกรณีหนึ่งไม่สามารถหมุนได้

ข้อพิจารณาในการออกแบบ

การจัดให้มีการยึดรั้งด้านข้างที่มีประสิทธิภาพสามารถช่วยลดขนาดของคานได้อย่างมาก การยึดรั้งแบบเต็มรูปแบบสามารถทำได้ด้วยการทำงานร่วมกันแบบผสม (composite action) ของพื้นคอนกรีต การยึดรั้งบางส่วนสามารถทำได้โดยใช้คานกลาง  นอกจากนี้ยังสามารถใช้ค้ำยัน (bracing) ที่มีขนาดเพียงพอและติดตั้งในตำแหน่งที่เหมาะสมได้เช่นกัน

ทั้งหมดนี้เป็นเรื่องที่ดีสำหรับการออกแบบชิ้นส่วน แต่จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อพูดถึงการออกแบบการเชื่อมต่อ

แรงปฏิกิริยาที่แท้จริงยังคงเหมือนเดิมไม่ว่าจะมีการยึดรั้งการโก่งเดาะด้านข้างและบิดหรือไม่ แต่ชิ้นส่วนจะมีความยึดตรึง (fixity) เพิ่มเติมเนื่องจากการยึดรั้งนี้  หากเราละเลยผลนี้ การออกแบบการเชื่อมต่อก็จะเป็นการประเมินค่าสูงเกินจริง

ในIDEA StatiCa เวอร์ชันใหม่ (เวอร์ชัน 22.0) เราได้เพิ่มการดำเนินการใหม่ – Lateral Torsional Restraint – เพื่อให้ผู้ใช้ของเราสามารถนำผลนี้มาพิจารณาได้หากต้องการ

ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับฟีเจอร์ Lateral Torsional Restraint การดำเนินการนี้ช่วยหลีกเลี่ยงการบิดของชิ้นส่วนในการเชื่อมต่อ และช่วยให้การออกแบบมีความประหยัดมากขึ้นในขณะที่ยังคงรักษาความปลอดภัยตามที่กำหนดไว้