Knowledge base

การตรวจสอบตามมาตรฐานอย่างสมบูรณ์ของพุกและบล็อกคอนกรีตใน Detail 3D (ACI)

Concrete

Detail 3D

Anchoring

Connection

ACI (USA)

This article is also available in:

Translated by AI from English

IDEA StatiCa Connection และ Detail ร่วมกันเป็นคู่ที่ทรงพลังสำหรับการประเมินการยึดเหนี่ยว ต้องประเมินอะไรบ้างตามมาตรฐาน ACI และเราได้ผลลัพธ์อะไรจากแอปพลิเคชันใด ดูบทความต่อไปนี้เพื่อภาพที่ชัดเจนยิ่งขึ้น

การออกแบบพุกโดยทั่วไปเป็นเรื่องตรงไปตรงมา จนกว่าจะมีแรงกระทำสูง ระยะขอบจำกัด หรือรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนทำให้การตรวจสอบคอนกรีตล้วนตามมาตรฐานไม่เพียงพอ ในกรณีเหล่านี้ เหล็กเสริมกลายเป็นสิ่งจำเป็น แต่การตรวจสอบประสิทธิภาพของเหล็กเสริมต้องการมากกว่าแค่สูตรตามมาตรฐาน นี่คือจุดที่ IDEA StatiCa Detail 3D เข้ามามีบทบาท โดยมอบเครื่องมือให้วิศวกรวิเคราะห์ แสดงภาพ และยืนยันการถ่ายแรงผ่านคอนกรีตเสริมเหล็ก

ในส่วนต่อไปนี้ เราจะอธิบายรูปแบบการวิบัติแต่ละแบบที่กำหนดโดย ACI และแสดงวิธีใช้ Detail 3D เพื่อประเมินอย่างละเอียดถี่ถ้วน เพื่อให้มั่นใจว่าการออกแบบการยึดเหนี่ยวมีความน่าเชื่อถือและสอดคล้องกับมาตรฐาน แม้ในสถานการณ์ที่ท้าทายที่สุด ตาม ACI 318 การวิบัติของพุกถูกจำแนกภายใต้แรงดึงและแรงเฉือน และต้องตรวจสอบแยกกันเพื่อให้มั่นใจว่าการออกแบบปลอดภัยและสอดคล้องกับมาตรฐาน

ACI 318-19 Fig. R17.5.1.2- รูปแบบการวิบัติสำหรับพุก

ใน IDEA StatiCa Connection เราสามารถประเมินพุกได้จนถึงปัจจุบัน แต่มีข้อจำกัดบางประการที่ต้องดำเนินการด้วยตนเอง ช่องว่างนี้ได้รับการแก้ไขด้วย IDEA StatiCa Detail 3D ซึ่งขยายความสามารถของวิศวกรในการประเมินประสิทธิภาพของพุกในคอนกรีตเสริมเหล็ก รวมถึงวิธีการถ่ายแรงเข้าสู่ฐานรากและการต้านทานโดยทั้งคอนกรีตและเหล็กเสริม

แม้ว่า IDEA StatiCa Detail 3D จะไม่มีการประเมินตามที่เราคุ้นเคยในมาตรฐานที่กำหนดสำหรับคอนกรีตล้วน อย่างไรก็ตาม ด้วยการวิเคราะห์ FE เราสามารถตรวจสอบได้ว่าบริเวณคอนกรีตเสริมเหล็กสามารถรับแรงกระทำที่ใช้ได้และ ป้องกันการวิบัติของคอนกรีต ซึ่งจะสอดคล้องกับเงื่อนไขเหล่านั้น

แอปพลิเคชันทำงานอิสระและสามารถใช้แยกกันได้ แต่ด้วย การเชื่อมโยงระหว่าง Connection และ Detail วิศวกรสามารถดำเนินการตรวจสอบตามมาตรฐานเบื้องต้นใน Connection แล้วตรวจสอบการกระจายความเค้นที่ซับซ้อนและประสิทธิภาพของเหล็กเสริมใน Detail เป็นขั้นตอนเพิ่มเติม

ความสามารถรับแรงอัดของคอนกรีต

IDEA StatiCa Detail 3D ประเมินความสามารถรับแรงอัดของคอนกรีตโดยใช้ แบบจำลองความเค้น-ความเครียดแบบพาราโบลา-พลาสติกไม่เชิงเส้นตามแนวทาง PCA ซอฟต์แวร์ละเลยกำลังรับแรงดึง สอดคล้องกับการออกแบบคอนกรีตมาตรฐาน และใช้ตัวประกอบลดกำลังตาม ACI 318-19

ซึ่งช่วยให้วิศวกรสามารถ:

แสดงภาพ การไหลของความเค้นผ่านคอนกรีต
ดูว่าความเค้นอัดกระจุกตัวอยู่รอบบริเวณพุกอย่างไร
ตรวจสอบว่า ความเค้นอัดหลักยังคงต่ำกว่ากำลังรับแรงอัดที่ลดแล้ว

ความสามารถรับแรงดึงของเหล็กเสริม

ความสามารถรับแรงดึงของเหล็กเสริมได้รับการประเมินโดยใช้ แบบจำลองความเค้น-ความเครียดแบบอิลาสโต-พลาสติกที่สอดคล้องกับ ACI 318-19 แบบจำลองนี้จับพฤติกรรมของเหล็กเสริมที่ไม่อัดแรงได้อย่างแม่นยำ โดยพิจารณาทั้งกำลังครากและโมดูลัสความยืดหยุ่น โดยค่าเริ่มต้น ผลของการเสริมความแข็งจากแรงดึงจะถูกรวมโดยอัตโนมัติ ซึ่งเพิ่มความสมจริงของการวิเคราะห์โดยคำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างเหล็กเสริมและคอนกรีตโดยรอบ

ซอฟต์แวร์ประเมิน แรงดึงในเหล็กเสริมแต่ละเส้นโดยอิงจากองค์ประกอบสำคัญสองประการ:

แรงดึงโดยตรงในเหล็กเสริม
แรงยึดเหนี่ยวที่พัฒนาตลอดความยาวฝัง

แนวทางโดยละเอียดนี้ช่วยให้มั่นใจว่าแรงดึงรวมยังคงอยู่ภายในความสามารถของเหล็กเสริม โดยคำนึงถึงทั้งขีดจำกัดของวัสดุและเงื่อนไขการยึดเหนี่ยว

ตอนนี้ มาดูเงื่อนไขรูปแบบการวิบัติของ ACI ทีละข้อและความเป็นไปได้ที่แอปพลิเคชันสามารถนำเสนอได้

แรงดึง

(i) การวิบัติของเหล็ก

การตรวจสอบการวิบัติของเหล็กใน IDEA StatiCa ดำเนินการในทั้งโมดูล Connection และ Detail 3D ตามข้อกำหนด ACI 318-19 ใน Connection การวิบัติของเหล็กได้รับการตรวจสอบผ่านการตรวจสอบความสามารถรับแรงตามแนวแกน ซึ่งเปรียบเทียบแรงดึงที่ใช้กับกำลังครากที่ลดแล้วของเหล็กพุก

Detail 3D ขยายความสามารถนี้โดยจำลองเหล็กเสริมและเหล็กพุกภายในบล็อกคอนกรีต ให้การกระจายแรงที่ละเอียดยิ่งขึ้นและตรวจสอบว่าชิ้นส่วนเหล็กยังคงอยู่ภายในขีดจำกัดอิลาสติก-พลาสติก

(ii) การดึงหลุด

ใน Connection การตรวจสอบการดึงหลุดอิงจากสูตรเชิงประจักษ์จาก ACI 318 ที่คำนึงถึงรูปทรงเรขาคณิตของพุกและกำลังคอนกรีต โดยใช้ตัวประกอบลดกำลังที่เหมาะสม

Detail 3D ปรับปรุงการตรวจสอบการดึงหลุดโดยจำลองแรงยึดเหนี่ยวตลอดความยาวฝังของเหล็กเสริม แรงยึดเหนี่ยวคำนวณโดยใช้ผลการวิเคราะห์ ช่วยให้ประเมินผลกระทบของปฏิสัมพันธ์และเงื่อนไขแรงยึดเหนี่ยวที่แปรผันได้อย่างสมจริง พุกแบบกาวยังสามารถจำลองได้โดยกำหนดกำลังแรงยึดเหนี่ยวการออกแบบตามข้อมูลของผู้ผลิต

แรงรวมของพุก

แรงรวมที่เกิดขึ้นตลอดความยาวของเหล็กเสริม

แรงขีดจำกัดของพุก

แรงขีดจำกัดที่เกิดขึ้นตลอดความยาวของเหล็กเส้น

อัตราส่วนแรงพุก

อัตราส่วนของแรงรวมบนเหล็กเสริมต่อค่าขีดจำกัดของแรง แสดงถึงระดับอัตราการใช้งานของเหล็กเสริม

(iii) การแตกหักของคอนกรีต

การวิบัติแบบกรวยคอนกรีตสามารถตรวจสอบได้ใน Connection อย่างไรก็ตาม ใน Connection การแตกหักของคอนกรีตภายใต้แรงดึงคำนวณโดยใช้สูตรมาตรฐานที่พิจารณาเฉพาะ คอนกรีตล้วน

ดังนั้น ในกรณีที่กรวยคอนกรีตวิบัติ จึงเหมาะสมที่จะดำเนินการต่อไปยัง IDEA StatiCa Detail ซึ่งให้การวิเคราะห์บล็อกเสริมเหล็กทั้งหมด กำลังรับแรงดึงของคอนกรีตถูกละเลยอย่างอนุรักษ์นิยม ซึ่งหมายความว่าความสามารถรับแรงสำหรับการวิบัติแบบกรวยถูกกำหนดในระดับมากโดยปริมาณเหล็กเสริมที่กำหนด Detail เปรียบเทียบความเค้นหลักสมมูลสูงสุดกับกำลังคอนกรีตที่ลดแล้ว ให้การตรวจสอบความต้านทานการแตกหักของคอนกรีตที่ละเอียดและแม่นยำภายใต้สถานการณ์การรับแรงที่ซับซ้อน

ในภาพด้านล่าง คุณสามารถเห็น ทิศทางของความเค้นหลักที่บ่งชี้รูปร่างของกรวยที่กล่าวถึงข้างต้น ในส่วนขวา คุณสามารถเห็นค่าความเค้นคอนกรีต ซึ่งได้รับการประเมินด้วยค่าขีดจำกัด

(iv) การแยกตัวของคอนกรีต

ไม่สามารถประเมินรูปแบบการวิบัตินี้ใน Connection ได้ อย่างไรก็ตาม ใน Detail 3D การแยกตัวมักถูกบรรเทาโดยเหล็กเสริมที่ควบคุมการแพร่กระจายของรอยแตก ซอฟต์แวร์ช่วยให้วิศวกรแสดงภาพสนามความเค้นและความเครียดทั้งในเหล็กเสริม (ภายใต้แรงดึงและแรงอัด) และคอนกรีตโดยรอบ (ภายใต้แรงอัด) ข้อมูลเชิงลึกนี้ช่วยยืนยันว่าเหล็กเสริมป้องกันการวิบัติจากการแยกตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ

(v) การระเบิดด้านข้าง

สำหรับ คอนกรีตล้วน Connection มีการตรวจสอบเชิงประจักษ์ตามข้อกำหนด ACI 318

สำหรับ ชิ้นส่วนโครงสร้างเสริมเหล็ก รูปแบบการวิบัตินี้ครอบคลุมอยู่ในการวิเคราะห์กำลังคอนกรีตของ Detail 3D ในที่นี้ แรงดึงถูกต้านทานเป็นหลักโดยเหล็กเสริม โดยคอนกรีตรับแรงอัด ซึ่ง IDEA StatiCa จำลองได้อย่างแม่นยำ

(vi) การวิบัติของแรงยึดเหนี่ยว

การวิบัติของแรงยึดเหนี่ยวหมายถึงการสูญเสียการถ่ายแรงระหว่างเหล็กเสริมและคอนกรีตเนื่องจากการยึดเกาะหรือความยาวฝังที่ไม่เพียงพอ รูปแบบการวิบัตินี้ไม่สามารถจับได้ใน Connection application เนื่องจากคอนกรีตเป็นแบบไม่เสริมเหล็กเท่านั้น

Detail 3D ประเมินการกระจายแรงยึดเหนี่ยวตลอดเหล็กเสริมอย่างชัดเจนโดยใช้การวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ ซึ่งช่วยให้ตรวจสอบความสามารถรับแรงยึดเหนี่ยวได้เกินกว่าสูตรเชิงประจักษ์อย่างง่าย โดยพิจารณาการจัดวางเหล็กเสริมที่ซับซ้อนและสภาพคอนกรีต

แรงยึดเหนี่ยว

แรงยึดเหนี่ยวบนพื้นผิวของเหล็กเสริม

อัตราส่วนความเค้นยึดเหนี่ยว

อัตราส่วนของความเค้นยึดเหนี่ยวและความแข็งแรงยึดเหนี่ยวสูงสุด

แรงเฉือน

ACI จำแนกการวิบัติที่เกิดจากแรงเฉือนออกเป็นหลายประเภทสำหรับพุกและบล็อกคอนกรีต รวมถึงการวิบัติของเหล็กพร้อมการแตกร้าวของคอนกรีต การงัดของคอนกรีต และการแตกหักของคอนกรีต (i, ii & iii)

รูปด้านล่างแสดง แผนผังว่าการวิบัติประเภทใดที่คุณสามารถประเมินด้วย Connection app และพฤติกรรมใดที่สามารถครอบคลุมได้โดยใช้คอนกรีตเสริมเหล็ก และด้วยเหตุนี้จึงใช้การวิเคราะห์ใน Detail IDEA StatiCa Connection ใช้สูตรเชิงประจักษ์จาก AISC 360 สำหรับการออกแบบพุก (CBFEM). การวิบัติทุกประเภทที่เกิดจากแรงเฉือนสามารถครอบคลุมได้ใน Connection app

ใน IDEA StatiCa Detail 3D แรงเฉือนสามารถถ่ายได้โดยแรงเสียดทาน พุก หรือเดือยรับแรงเฉือน สิ่งสำคัญคือต้องระบุว่าประเมินเฉพาะฐานรากเท่านั้น พุก/เดือยรับแรงเฉือนต้องตรวจสอบใน Connection หรือที่อื่น อีกครั้ง ต้องเน้นย้ำว่าต้องใช้คอนกรีตเสริมเหล็กเท่านั้น

(i) การวิบัติของเหล็กก่อนการแตกร้าวของคอนกรีต

รูปแบบการวิบัตินี้เกิดขึ้นเมื่อแรงเฉือนทำให้เหล็กพุกครากและคอนกรีตโดยรอบแตกร้าว (การแตกผิว) IDEA StatiCa Connection ประเมินการวิบัตินี้โดยใช้สูตรความต้านทานแรงเฉือนของ ACI สำหรับพุก เพื่อให้มั่นใจว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างเหล็กและคอนกรีตภายใต้แรงเฉือนได้รับการคำนึงถึงอย่างเหมาะสม การตรวจสอบนี้ไม่มีใน Detail 3D ซึ่งมุ่งเน้นการจำลองคอนกรีตและเหล็กเสริมโดยละเอียดมากกว่าความต้านทานแรงเฉือนของเหล็กพุก

(ii) การงัดของคอนกรีตสำหรับพุกที่อยู่ห่างจากขอบอิสระ

การงัดของคอนกรีตเกี่ยวข้องกับการวิบัติของคอนกรีตใต้แผ่นฐานพุกเนื่องจากความเค้นเฉือน รูปแบบนี้ได้รับการประเมินเฉพาะใน Connection โดยใช้สูตรเชิงประจักษ์จาก ACI ที่พิจารณาความลึกฝัง กำลังคอนกรีต และตัวประกอบแรง

เพื่อเสริมสิ่งนี้ Detail 3D ประเมินความสามารถรับแรงเฉือนของฐานรากคอนกรีตเอง โดยให้การวิเคราะห์ความเค้นโดยละเอียดของบริเวณคอนกรีตที่ได้รับผลกระทบจากแรงเฉือน

(iii) การแตกหักของคอนกรีต

การแตกหักของคอนกรีตภายใต้แรงเฉือนเป็นรูปแบบการวิบัติที่แรงเฉือนทำให้คอนกรีตแตกและก่อตัวเป็นพื้นผิวการแตกหักรูปลิ่มหรือกรวยเริ่มจากพุกและแพร่กระจายไปยังขอบอิสระ ใน IDEA StatiCa Connection การวิบัตินี้ได้รับการประเมินสำหรับ คอนกรีตล้วนโดยใช้สูตรการออกแบบเชิงประจักษ์ ACI 318-19

ใน Detail 3D ซอฟต์แวร์ใช้การวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์เพื่อจำลองการกระจายความเค้นจริงและกลไกการวิบัติภายในบล็อกคอนกรีต โดยการแสดงภาพความเค้นหลักและการถ่ายแรงเฉือนผ่านเหล็กเสริม Detail 3D สามารถตรวจสอบได้ว่าคอนกรีตเสริมเหล็กสามารถป้องกันหรือต้านทานการแตกหักจากแรงเฉือนได้อย่างเพียงพอ

การตรวจสอบรายละเอียด

แม้ว่า IDEA StatiCa Detail 3D สามารถวิเคราะห์และตรวจสอบรูปแบบการวิบัติได้หลากหลายโดยใช้การวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์แบบไม่เชิงเส้น การตรวจสอบรายละเอียด เช่น ที่ระบุในบทที่ 17 ของ ACI 318 ไม่ครอบคลุมใน Detail 3D ซึ่งรวมถึงข้อกำหนดต่างๆ เช่น ระยะขอบขั้นต่ำ ระยะห่างพุก ความลึกฝัง และระยะหุ้มคอนกรีต

เป็นความรับผิดชอบของวิศวกรในการตรวจสอบข้อกำหนดรายละเอียดเหล่านี้อย่างอิสระและให้มั่นใจว่าเรขาคณิตที่ป้อนใน Detail 3D สอดคล้องกับข้อกำหนดรายละเอียดทั้งหมดที่กำหนดโดยมาตรฐานก่อนดำเนินการวิเคราะห์

Detail application มุ่งเน้นที่การตอบสนองเชิงโครงสร้างและการกระจายความเค้นของบล็อกคอนกรีตและเหล็กเสริม แต่ไม่ตรวจสอบหรือตรวจสอบขนาดรายละเอียดขั้นต่ำหรือการจัดวางพุกตามกฎรายละเอียดของ ACI ข้อมูลที่ถูกต้องและสอดคล้องกับมาตรฐานเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีความหมายและถูกต้อง