การเชื่อมต่อโมเมนต์ที่มุมหลังคาของโครงพอร์ทัลแบบสลักเกลียว

คำอธิบาย

วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือการตรวจสอบความถูกต้องของการเชื่อมต่อที่มุมหลังคาของโครงพอร์ทัลแบบสลักเกลียว ดังแสดงในรูปที่ 9.2.1 จันทันถูกยึดด้วยสลักเกลียวโดยใช้แผ่นปลายบนปีกเสา เสาได้รับการเสริมด้วยแผ่นเสริมความแข็งแนวนอนสองแผ่นในระดับปีกคาน แผ่นที่รับแรงอัด เช่น แผ่นเสริมความแข็งแนวนอนของเสา แผ่นเว็บในการรับแรงเฉือนหรือแรงอัด และปีกคานที่รับแรงอัด ถูกออกแบบเป็นหน้าตัดชั้น 3 คานแนวนอนมีความยาว 6 ม. รับน้ำหนักบรรทุกแบบกระจายสม่ำเสมอตลอดความยาว

รูปที่ 9.2.1 การเชื่อมต่อที่มุมหลังคาของโครงพอร์ทัลแบบสลักเกลียว

แบบจำลองเชิงวิเคราะห์

มีการตรวจสอบส่วนประกอบแปดชิ้น ได้แก่ รอยเชื่อมมุม แผ่นเว็บในการรับแรงเฉือน แผ่นเว็บเสาในการรับแรงอัดตามขวาง แผ่นเว็บเสาในการรับแรงดึงตามขวาง ปีกคานในการรับแรงอัดและแรงดึง ปีกเสาในการดัด แผ่นปลายในการดัด และสลักเกลียว ส่วนประกอบทั้งหมดได้รับการออกแบบตาม EN 1993-1-8:2005 ค่าการออกแบบของส่วนประกอบขึ้นอยู่กับตำแหน่ง แผ่นเว็บในการรับแรงเฉือนรับค่าการออกแบบบนแกนแนวตั้งของเสา ส่วนประกอบอื่นๆ รับค่าการออกแบบที่ลดลงที่ปีกเสาซึ่งเชื่อมต่อกับคานแนวนอน

รอยเชื่อมมุม

รอยเชื่อมล้อมรอบหน้าตัดทั้งหมดของคาน ความหนาของรอยเชื่อมที่ปีกอาจแตกต่างจากความหนาของรอยเชื่อมที่เว็บ แรงเฉือนแนวตั้งถ่ายผ่านรอยเชื่อมที่เว็บเท่านั้น และพิจารณาการกระจายความเค้นแบบพลาสติก โมเมนต์ดัดถ่ายผ่านรูปทรงรอยเชื่อมทั้งหมด และพิจารณาการกระจายความเค้นแบบยืดหยุ่น มีการพิจารณาความกว้างรอยเชื่อมที่มีประสิทธิผลซึ่งขึ้นอยู่กับความแข็งแนวนอนของเสา (เนื่องจากการดัดของปีกเสาที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง) การออกแบบรอยเชื่อมดำเนินการตาม EN 1993-1-8:2005 ข้อ 4.5.3.2(6) การประเมินดำเนินการที่จุดหลักสองจุด ได้แก่ ที่ขอบบนหรือล่างของปีก (ความเค้นดัดสูงสุด) และที่จุดตัดระหว่างปีกและเว็บ (การรวมกันของความเค้นจากแรงเฉือนและโมเมนต์ดัด)

แผ่นเว็บในการรับแรงเฉือน

ความหนาของแผ่นเว็บเสาได้รับการออกแบบให้อยู่ในชั้นที่สามเป็นอย่างมาก ดูใน EN 1993-1-8:2005 ข้อ 6.2.6.1(1) พิจารณาการมีส่วนร่วมสองส่วนต่อความสามารถรับแรง ได้แก่ ความต้านทานของผนังเสาในการรับแรงเฉือน และการมีส่วนร่วมจากพฤติกรรมโครงของปีกเสาและแผ่นเสริมความแข็งแนวนอน ดูใน EN 1993-1-8:2005 ข้อ 6.2.6.1 (6.7 และ 6.8)

แผ่นเว็บเสาในการรับแรงอัดหรือแรงดึงตามขวาง

พิจารณาผลของปฏิกิริยาระหว่างแรงเฉือน ดูใน EN 1993-1-8:2005 ข้อ 6.2.6.2 และตาราง 6.3 พิจารณาอิทธิพลของความเค้นตามยาวในผนังเสา ดูใน EN 1993-1-8:2005 ข้อ 6.2.6.2(2) แผ่นเสริมความแข็งแนวนอนป้องกันการโก่งเดาะและรวมอยู่ในความสามารถรับแรงของส่วนประกอบนี้ด้วยพื้นที่ที่มีประสิทธิผล

ปีกคานในการรับแรงอัด

คานแนวนอนได้รับการออกแบบให้อยู่ในชั้นที่สามเป็นอย่างมาก

ปีกเสาหรือแผ่นปลายในการดัด

พิจารณาความยาวที่มีประสิทธิผลสำหรับการวิบัติแบบวงกลมและไม่ใช่วงกลมตาม EN 1993-1-8:2005 ข้อ 6.2.6 พิจารณาสามรูปแบบการพังทลายตาม EN 1993-1-8:2005 ข้อ 6.2.4.1

สลักเกลียว

สลักเกลียวได้รับการออกแบบตาม EN 1993-1-8:2005 ข้อ 3.6.1 ความต้านทานการออกแบบพิจารณาความต้านทานการเฉือนทะลุและการขาดของสลักเกลียว

แบบจำลองการออกแบบเชิงตัวเลข

T-stub ถูกจำลองด้วยองค์ประกอบเปลือกแบบ 4 โหนด ตามที่อธิบายในบทที่ 3 และสรุปเพิ่มเติม แต่ละ Node มี 6 องศาอิสระ การเสียรูปของชิ้นส่วนประกอบด้วยการมีส่วนร่วมของเมมเบรนและการดัด สถานะวัสดุแบบยืดหยุ่น-พลาสติกไม่เชิงเส้นได้รับการตรวจสอบในแต่ละชั้นของจุดอินทิเกรชัน การประเมินอ้างอิงจากความเครียดสูงสุดตาม EN 1993-1-5:2006 ที่ค่า 5 % สลักเกลียวแบ่งออกเป็นสามส่วนประกอบย่อย ส่วนแรกคือก้านสลักเกลียว ซึ่งจำลองเป็น Spring ไม่เชิงเส้นและรับแรงดึงเท่านั้น ส่วนประกอบย่อยที่สองถ่ายแรงดึงไปยังปีก ส่วนประกอบย่อยที่สามแก้ปัญหาการถ่ายแรงเฉือน

พฤติกรรมโดยรวม

มีการเปรียบเทียบพฤติกรรมโดยรวมของจุดต่อ ซึ่งอธิบายด้วยไดอะแกรมโมเมนต์-การหมุนสำหรับทั้งสองวิธีการออกแบบที่กล่าวถึงข้างต้น โดยให้ความสนใจกับลักษณะสำคัญของไดอะแกรมโมเมนต์-การหมุน ได้แก่ ความแข็งเริ่มต้น ความต้านทานการออกแบบ และความสามารถในการเสียรูป คาน IPE 330 เชื่อมต่อกับเสา HEB 300 โดยใช้แผ่นปลายแบบขยายพร้อมสลักเกลียว M24 8.8 จำนวน 5 แถว ผลลัพธ์ของทั้งสองวิธีการออกแบบแสดงในกราฟในรูปที่ 9.2.2 และในตาราง 9.2.1 โดยทั่วไป CM ให้ความแข็งเริ่มต้นสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ CBFEM CBFEM ให้ความต้านทานการออกแบบสูงกว่า CM เล็กน้อยในทุกกรณี ดังแสดงในบทที่ 9.2.5 ความแตกต่างอยู่ที่ ไม่เกิน 10% นอกจากนี้ยังมีการเปรียบเทียบความสามารถในการเสียรูป ความสามารถในการเสียรูปคำนวณตาม (Beg et al. 2004) เนื่องจาก EC3 ให้พื้นฐานที่จำกัดสำหรับความสามารถในการเสียรูปของจุดต่อแผ่นปลาย

รูปที่ 9.2.2 ไดอะแกรมโมเมนต์-การหมุน

ตาราง 9.2.1 ภาพรวมพฤติกรรมโดยรวม

การตรวจสอบความต้านทาน

ความต้านทานการออกแบบที่คำนวณโดย CBFEM ถูกเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ของวิธีส่วนประกอบในขั้นตอนถัดไป การเปรียบเทียบมุ่งเน้นที่ความต้านทานและส่วนประกอบวิกฤต การศึกษาดำเนินการสำหรับพารามิเตอร์หน้าตัดเสา คาน IPE 330 เชื่อมต่อกับเสาโดยใช้แผ่นปลายแบบขยายพร้อมสลักเกลียว 5 แถว ใช้สลักเกลียว M24 8.8 ขนาดของแผ่นปลาย P15 พร้อมระยะขอบและระยะห่างของสลักเกลียวในหน่วยมิลลิเมตร ได้แก่ ความสูง 450 (50-103-75-75-75-73) และความกว้าง 200 (50-100-50) ขอบนอกของปีกบนอยู่ห่างจากขอบแผ่นปลาย 91 มม. ปีกคานเชื่อมต่อกับแผ่นปลายด้วยรอยเชื่อมที่มีความหนาคอ 8 มม. เว็บคานเชื่อมต่อด้วยความหนาคอรอยเชื่อม 5 มม. เสาได้รับการเสริมด้วยแผ่นเสริมความแข็งแนวนอนตรงข้ามกับปีกคาน แผ่นเสริมความแข็งมีความหนา 15 มม. และความกว้างสอดคล้องกับความกว้างเสา ความหนาของแผ่นเสริมความแข็งแผ่นปลายคือ 10 มม. และความกว้างคือ 90 มม. ผลลัพธ์แสดงในตาราง 9.2.2 และรูปที่ 9.2.3

ตาราง 9.2.2 ความต้านทานการออกแบบสำหรับพารามิเตอร์ – หน้าตัดเสา

รูปที่ 9.2.3 ความต้านทานการออกแบบขึ้นอยู่กับหน้าตัดเสา

เพื่อแสดงความแม่นยำของแบบจำลอง CBFEM ผลลัพธ์ของการศึกษาพารามิเตอร์ถูกสรุปในกราฟที่เปรียบเทียบความต้านทานที่คาดการณ์โดย CBFEM และโดย CM ดูรูปที่ 9.2.4 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่า CBFEM ให้ความต้านทานการออกแบบสูงกว่า CM เล็กน้อยในเกือบทุกกรณี ความแตกต่างระหว่างทั้งสองวิธีอยู่ที่ไม่เกิน 10%

รูปที่ 9.2.4 การตรวจสอบความถูกต้องของ CBFEM เทียบกับ CM

ตัวอย่าง Benchmark

ข้อมูลนำเข้า

• เหล็ก S235
• คาน IPE 330
• เสา HEB 300
• ความสูงแผ่นปลาย h_p = 450 (50-103-75-75-75-73) มม.
• ความกว้างแผ่นปลาย b_p = 200 (50-100-50) มม.
• แผ่นปลาย P15
• แผ่นเสริมความแข็งเสาหนา 15 มม. และกว้าง 300 มม.
• แผ่นเสริมความแข็งแผ่นปลายหนา 10 มม. กว้างและลึก 90 มม. มุมลบคม 20 มม. 
• ความหนาคอรอยเชื่อมปีก a_f = 8 มม.
• ความหนาคอรอยเชื่อมเว็บและแผ่นเสริมความแข็งแผ่นปลาย a_w = 5 มม.
• สลักเกลียว M24 8.8

ผลลัพธ์

• ความต้านทานการออกแบบในการดัด M_Rd = 206 kNm
• แรงเฉือนแนวตั้งที่สอดคล้องกัน V_Ed= –206 kN
• รูปแบบการพังทลาย: การครากของแผ่นเสริมความแข็งคานที่ปีกบน
• อัตราการใช้งานของสลักเกลียว 90,2 %
• อัตราการใช้งานของรอยเชื่อม 99,0 %