ความต้านทานการวิบัติแบบ Block Shear ถูกคำนวณแตกต่างกันเล็กน้อยในแต่ละมาตรฐาน ในตัวอย่างนี้ ความต้านทานการวิบัติแบบ Block Shear โดย วิธี Component-Based Finite Element ถูกเปรียบเทียบกับโปรแกรมการทดสอบเชิงทดลองที่อธิบายไว้ในรายงานฉบับละเอียดที่จัดทำขึ้นที่มหาวิทยาลัย Alberta ในประเทศแคนาดา

วัสดุและรูปทรงเรขาคณิต

วัสดุแผ่นเหล็ก: 350W (\(f_y = 350\,\textrm{MPa},\,f_u = 450\,\textrm{MPa}\))

ตัวประกอบความต้านทานเหล็ก: \(\phi=0.9\)

คุณสมบัติวัสดุจริงมีค่าต่ำกว่าค่าระบุอย่างน่าแปลกใจ (ตารางนำมาจากรายงาน) ในวิธี Component-Based Finite Element จะใช้ค่าระบุร่วมกับตัวประกอบความต้านทาน

ความหนาแผ่นเหล็ก: 6.4 มม.

สลักเกลียว: เส้นผ่านศูนย์กลาง 1/2 นิ้ว เกรด A325 เส้นผ่านศูนย์กลางรูสลักเกลียว = เส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียว

การตั้งค่าการทดสอบประกอบด้วยการเชื่อมต่อที่เสริมแรง (ส่วนบน) และการเชื่อมต่อทดสอบ (ส่วนล่าง) ในวิธี Component-Based Finite Element จะสร้างแบบจำลองเฉพาะการเชื่อมต่อทดสอบเท่านั้น รูปด้านล่างนำมาจากรายงาน

มีรูปทรงเรขาคณิตสองแบบ:

• สลักเกลียวอยู่ใกล้กัน (ระยะห่าง 51 มม. ชิ้นทดสอบ T1A, T1B และ T1C)

• สลักเกลียวที่มีระยะห่างมากขึ้น 152 มม. (ชิ้นทดสอบ T2B และ T2C)

ผลลัพธ์

การเสียรูปของวิธี Component-Based Finite Element อ่านค่าจากตำแหน่งที่คล้ายกับในการทดสอบในโหมดนักพัฒนา ซึ่งสามารถแสดงการเคลื่อนตัวได้ ค่าถูกอ่านจากสเกล ดังนั้นการเสียรูปจึงไม่แม่นยำอย่างสมบูรณ์

เส้นโค้งแรง-การเสียรูปสอดคล้องกับกราฟเชิงทดลองที่นำมาจากรายงานอย่างใกล้ชิด ความแตกต่างอยู่ที่ค่าระบุและตัวประกอบความต้านทานที่ใช้ในวิธี Component-Based Finite Element แบบจำลองยังใช้เพียงแผนภาพวัสดุแบบสองเส้นตรงที่มีการแข็งตัวจากความเครียดที่ไม่มีนัยสำคัญ นอกจากนี้ รูปร่างที่เสียรูปโดยวิธี Component-Based Finite Element สอดคล้องกับการทดสอบเป็นอย่างดี และความเครียดพลาสติกกระจุกตัวอยู่บริเวณส่วนบนระหว่างสลักเกลียว ซึ่งบ่งชี้ว่าการแตกหักจากแรงดึงจะเกิดขึ้นก่อนการแตกหักจากแรงเฉือนที่ด้านข้าง 

สิ่งสำคัญที่ต้องสังเกตคือขีดจำกัดความเครียดพลาสติก 5% (จุดสีส้มในกราฟด้านล่าง) ถูกบรรลุที่การเสียรูปขนาดเล็กมากและก่อนการแตกหักใดๆ ในระยะเวลานาน การแตกหักจากแรงดึงเกิดขึ้นที่ความเครียดพลาสติก 45% และ 42% สำหรับรูปทรงเรขาคณิต T1 และ T2B/C ตามลำดับ ระนาบแรงเฉือนมีความเหนียวมากกว่าแต่ความต้านทานแรงกระทำลดลงอย่างมีนัยสำคัญแล้ว

บทสรุป

ในวิธี Component-Based Finite Element ความต้านทานการวิบัติแบบ Block Shear ของกลุ่มสลักเกลียวถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์ Finite Element และตรวจสอบโดยขีดจำกัดความเครียดพลาสติก 5% การเปรียบเทียบกับผลการทดสอบเชิงทดลองจากรายงานการวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าแผนภาพแรง-การเสียรูปสอดคล้องกันอย่างใกล้ชิด แม้ว่าจะใช้ตาข่ายที่ค่อนข้างหยาบและแบบจำลองวัสดุที่ลดความซับซ้อนในวิธี Component-Based Finite Element การค้นพบที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือขีดจำกัดความเครียดพลาสติก 5% ถูกบรรลุที่การเสียรูปขนาดเล็กมากก่อนการแตกหักใดๆ ในระยะเวลานาน 

วิธี Component-Based Finite Element มีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดความต้านทานการออกแบบ ไม่ใช่เพื่อจำลองพฤติกรรมจริงของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กอย่างสมบูรณ์แบบ แม้ว่าขีดจำกัดความเครียดพลาสติก 5% จะมีความปลอดภัยสูงในสองกรณีของความต้านทานการวิบัติแบบ Block Shear เหล่านี้ ผู้ใช้ไม่ควรเพิ่มขีดจำกัดนี้

เอกสารอ้างอิง:

Huns, Bino Baljit Singh, Grondin, Gilbert Y., Driver, Robert G. Block shear behaviour of bolted gusset plates, Structural engineering report SER 248 | SER-ID SER248, University of Alberta, 2002. Available at: https://era.library.ualberta.ca/items/cf9bf338-36ca-4557-9bb2-ee198954bd00