Verifications

การเชื่อมต่อกับปีกที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง

Steel

EN (Eurocode)

Welds

Connection

This article is also available in:

Translated by AI from English

บทความนี้เป็นบทที่คัดเลือกมาจากหนังสือ Component-based finite element design of steel connections โดย ศ. Wald และคณะ บทนี้มุ่งเน้นไปที่การตรวจสอบรอยเชื่อม

คำอธิบาย

ในบทนี้ วิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) ของรอยเชื่อมต่อเนื่องที่เชื่อมแผ่นเหล็กกับเสาที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็งได้รับการตรวจสอบโดยเปรียบเทียบกับวิธีส่วนประกอบ (CM) แผ่นเหล็กถูกเชื่อมต่อกับเสาหน้าตัดเปิดและหน้าตัดกล่อง และรับแรงดึง

แบบจำลองเชิงวิเคราะห์

รอยเชื่อมต่อเนื่องเป็นส่วนประกอบเดียวที่ศึกษาในงานนี้ รอยเชื่อมได้รับการออกแบบตามบทที่ 4 ใน EN 1993-1-8:2005 ให้เป็นส่วนประกอบที่อ่อนแอที่สุดในจุดต่อ ความต้านทานการออกแบบของรอยเชื่อมต่อเนื่องอธิบายไว้ใน หัวข้อ 4.1 แรงที่กระทำตั้งฉากกับแผ่นที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งเชื่อมกับหน้าตัดที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็งมีค่าจำกัด ความเค้นจะกระจุกตัวอยู่ในความกว้างประสิทธิผล ในขณะที่ความต้านทานของรอยเชื่อมรอบส่วนที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็งจะถูกละเลย ดังแสดงในรูปที่ 4.5.1 สำหรับหน้าตัด I หรือ H ที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง ความกว้างประสิทธิผลได้จาก:

\[ b_\mathrm{eff} = t_\mathrm{w} + 2s + 7kt_\mathrm{f} \qquad (4.5.1)\]

\[ k = \frac{t_\mathrm{f} \cdot f_\mathrm{y,f} }{ t_\mathrm{p} \cdot f_\mathrm{y,p}} \qquad (4.5.2)\]

ค่า s สำหรับหน้าตัดรีดร้อนคือ \(s =r\) และสำหรับหน้าตัดเชื่อมคือ \(s = \sqrt{2} \cdot a \) สำหรับหน้าตัดกล่องหรือหน้าตัดรางน้ำ ความกว้างประสิทธิผลควรได้จาก:

\[ b_\mathrm{eff} = 2t_\mathrm{w} + 5 t_\mathrm{f} \quad \textrm{but}\quad b_\mathrm{eff} \leq 2t_\mathrm{w} + 5 kt_\mathrm{f}\qquad (4.5.1)\]

\[\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + 3 \cdot \left( \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2\right)} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}\]

\[\sigma_{\perp} = \tau_{\perp} = \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} = \frac{N}{b_\mathrm{eff} \cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \]

\[ \tau_{\parallel} = 0\]

\[ \sqrt{ \left( \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} \right)^2 + 3 \cdot \left( \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}\]

\[ \sqrt{ \left( \frac{N}{b_\mathrm{eff} \cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2 + 3 \cdot \left( \frac{N}{b_\mathrm{eff}\cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}\]

\[ N \leq \frac{f_{u} \cdot b_\mathrm{eff} \cdot a }{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}} \cdot \sqrt{2}} \]

โดยที่:

\(a\) - ความหนาคอรอยเชื่อม

\(N\) - แรงปกติที่กระทำบนคาน

\(b_\mathrm{eff}\) - ความยาวรอยเชื่อมประสิทธิผลรวม

\(\beta_{\mathrm{w}}\) - ตัวประกอบสหสัมพันธ์ที่นำมาจากตารางที่ 4.1 ใน EN 1993-1-8

\(f_u\) - กำลังดึงประลัยที่กำหนดของชิ้นส่วนที่อ่อนแอกว่าที่เชื่อมต่อกัน

\(\gamma_{\mathrm{M2}}\) - ตัวประกอบความปลอดภัยบางส่วนสำหรับรอยเชื่อม

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.5.1 Effective width of an unstiffened joint (Fig. 4.8 in EN 1993-1-8:2005)}}}\]

แบบจำลองเชิงตัวเลข

ส่วนประกอบรอยเชื่อมใน CBFEM อธิบายไว้ใน พื้นฐานทางทฤษฎีทั่วไป และ พื้นฐานทางทฤษฎีตาม EN สาขาพลาสติกถูกบรรลุในส่วนหนึ่งของรอยเชื่อม และยอดความเค้นถูกกระจายตลอดความยาวรอยเชื่อม

การตรวจสอบความต้านทาน

ความต้านทานการออกแบบที่คำนวณโดย CBFEM ถูกเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ของ CM โดยเปรียบเทียบเฉพาะความต้านทานการออกแบบของรอยเชื่อม ภาพรวมของตัวอย่างที่พิจารณาและวัสดุแสดงไว้ในตารางที่ 4.5.1 รูปทรงเรขาคณิตของจุดต่อพร้อมขนาดแสดงในรูปที่ 4.5.2

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.5.1 Examples overview}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{a) Flexible plate to open section b) Flexible plate to box section}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.5.2 Joint geometry and dimentions}}}\]

ผลลัพธ์แสดงไว้ในตารางที่ 4.5.2 การศึกษาดำเนินการสำหรับสองพารามิเตอร์ ได้แก่ ความกว้างปีกของหน้าตัด HEB และความหนาเอวของหน้าตัดกล่อง แผ่นที่ยืดหยุ่นได้รับแรงดึง อิทธิพลของความกว้างปีกของหน้าตัด HEB ต่อความต้านทานการออกแบบของจุดต่อแสดงในรูปที่ 4.5.3 ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาเอวของหน้าตัดกล่องกับความต้านทานการออกแบบของจุดต่อแสดงในรูปที่ 4.5.4

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.5.2 Comparison of CBFEM and CM}}}\]

ผลลัพธ์ของ CBFEM และ CM ถูกเปรียบเทียบในการศึกษาความไว อิทธิพลของความกว้างปีกของหน้าตัด HEB ต่อความต้านทานการออกแบบของจุดต่อศึกษาในรูปที่ 4.5.3 อิทธิพลของความหนาเอวของหน้าตัดกล่องต่อความต้านทานการออกแบบของจุดต่อแสดงในรูปที่ 4.5.4 การศึกษาเชิงพารามิเตอร์แสดงให้เห็นความสอดคล้องที่ดีมากของผลลัพธ์สำหรับการกำหนดค่ารอยเชื่อมทั้งหมด

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.5.3 Flange width of the HEB section Fig. 4.5.4 Web thickness of the box section}}}\]

ผลลัพธ์ของการศึกษาความไวถูกสรุปในแผนภาพที่เปรียบเทียบความต้านทานการออกแบบของ CBFEM และ CM ดูรูปที่ 4.5.5 ซึ่งแสดงความแม่นยำของแบบจำลอง CBFEM

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.5.5 Verification of CBFEM to CM}}}\]

อิทธิพลของความหนาแผ่นต่อความต้านทานการออกแบบของรอยเชื่อมแสดงในรูปที่ 4.5.6 หน้าตัดเสาคือ HEB 180 ที่มีความหนาปีก 14 มม. รอยเชื่อมที่เชื่อมแผ่นที่หนากว่าปีกเสามีความต้านทานเท่ากันสำหรับ CM และ CBFEM ในทางกลับกัน รอยเชื่อมที่เชื่อมแผ่นกับปีกเสาที่มีความหนาเท่ากันหรือน้อยกว่ามีความต้านทานการออกแบบในแบบจำลองเชิงตัวเลขน้อยกว่า 20% ความหนาของแผ่นไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาในแบบจำลองเชิงตัวเลขที่ใช้ Shell element ซึ่งเป็นสาเหตุของความแตกต่างนี้