การวิเคราะห์เปรียบเทียบความต้านทานของการเชื่อมต่อ CHS: วิธี Component-Based Finite Element เทียบกับมาตรฐานการออกแบบ (EN, FprEN และ AISC)

คำอธิบาย 

ในการศึกษานี้ ความต้านทานแรงปกติของการเชื่อมต่อหน้าตัดกลวงกลม (CHS) ได้รับการตรวจสอบโดยเปรียบเทียบผลลัพธ์จากวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) กับมาตรฐานการออกแบบของยุโรปและอเมริกาที่เกี่ยวข้อง (EN 1993-1-8 และ AISC 360-22) นอกจากนี้ยังมีการเปรียบเทียบกับร่างมาตรฐานการออกแบบยุโรปฉบับใหม่ (FprEN 1993-1-8) ซึ่งประกอบด้วยองค์ความรู้ล่าสุดที่ทันสมัยที่สุด

การศึกษาได้ตรวจสอบขอบเขตความถูกต้องทั้งหมดที่กำหนดไว้ในมาตรฐานการออกแบบ ขอบเขตนี้ระบุช่วงของหน้าตัดการเชื่อมต่อที่ครอบคลุมโดยมาตรฐาน โดยอิงจากคุณสมบัติทางเรขาคณิตและวัสดุที่ได้รับการพิสูจน์จากการวิจัยและการทดสอบเชิงทดลอง สำหรับหน้าตัดกลวงกลม (CHS) คุณสมบัติเหล่านี้ได้แก่ เส้นผ่านศูนย์กลาง ความหนาของผนัง และเกรดเหล็ก ขอบเขตความถูกต้องช่วยให้มั่นใจว่าเฉพาะรูปแบบการวิบัติที่ตั้งใจไว้เท่านั้นที่ควบคุมการตอบสนองของการเชื่อมต่อ ตัวอย่างเช่น ไม่รวมกรณีที่การโก่งเดาะเฉพาะที่จะส่งผลต่อความต้านทานของการเชื่อมต่อ

การศึกษาได้ประเมินชุดคู่หน้าตัดจำนวนมากโดยใช้ทั้งขั้นตอนตามมาตรฐานและวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) การวิเคราะห์ครอบคลุมการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตและวัสดุ เช่น ขนาดหน้าตัด เกรดเหล็ก การโหลดล่วงหน้าของคอร์ด และมุมของ Brace การคำนวณทั้งหมดดำเนินการด้วยสคริปต์ Python และประมวลผลภายในสภาพแวดล้อม Python การวิเคราะห์ CBFEM ดำเนินการผ่านIDEA StatiCa Connection REST API

ผลลัพธ์

EN 1993-1-8 และ AISC 360-22 ให้ผลลัพธ์ที่เกือบเหมือนกัน เนื่องจากอิงจากวิธีการเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ร่างมาตรฐาน FprEN 1993-1-8 นำเสนอการปรับปรุงสำหรับการเชื่อมต่อหน้าตัดกลวงกลม (CHS) ร่างมาตรฐานคาดการณ์ความต้านทานที่อนุรักษ์นิยมน้อยกว่า EN 1993-1-8 โดยทั่วไป — สูงถึง 55% สำหรับพารามิเตอร์ที่เลือก — และผลลัพธ์มีความสัมพันธ์ที่ดีกว่ากับวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM)

ตัวอย่างการเปรียบเทียบจุดต่อ X ของ CBFEM กับ FprEN 1993-1-8 โดยแสดงความเค้นปกติในคอร์ด

ผลลัพธ์ CBFEM สำหรับกรณีที่ไม่มีการโหลดล่วงหน้าของคอร์ดโดยทั่วไปสอดคล้องกับข้อกำหนดของมาตรฐาน อย่างไรก็ตาม เมื่อชิ้นส่วนคอร์ดถูกโหลดล่วงหน้า ผลลัพธ์ CBFEM จะแตกต่างจากมาตรฐาน จะมีการตรวจสอบเพิ่มเติมเพื่อพิจารณาว่าฟังก์ชันการลดความต้านทานในปัจจุบันของมาตรฐานสำหรับคอร์ดที่โหลดล่วงหน้าจำเป็นต้องปรับปรุงหรือไม่

ตัวอย่างการตรวจสอบ:

• การออกแบบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กด้วยวิธี Component-Based Finite Element: บทในหนังสือ CHS 
• การออกแบบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กด้วยวิธี Component-Based Finite Element: บทในหนังสือ RHS 

เข้าถึงวิทยานิพนธ์ฉบับเต็มได้ที่นี่: การออกแบบจุดต่อหน้าตัดกลวง: การเปรียบเทียบวิธีการออกแบบ

GitHub พร้อมโครงการทั้งหมด: การออกแบบจุดต่อหน้าตัดกลวง: การเปรียบเทียบวิธีการออกแบบ