AISC อนุญาตให้ใช้วิธี Finite Element ในการออกแบบการเชื่อมต่อหรือไม่?

การวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element โดยทั่วไป และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element แบบไม่เชิงเส้น ได้รับการยอมรับว่าเป็นวิธีที่ใช้ได้จริงในงานวิจัยมาหลายปีแล้ว วิธีนี้ช่วยในการพัฒนาสมการและข้อกำหนดในมาตรฐานที่วิศวกรใช้งาน นอกจากนี้ การวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element แบบไม่เชิงเส้นยังถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติทั้งในสหรัฐอเมริกาและทั่วโลก เพื่อแก้ปัญหาทางวิศวกรรมตั้งแต่ปัญหาง่ายไปจนถึงปัญหาที่ซับซ้อน 

มาตรฐานและข้อกำหนดของสหรัฐอเมริกา รวมถึง ACI, AISC, TMS, NDS และอื่นๆ มีข้อกำหนดที่อนุญาตให้ใช้การวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element แบบไม่เชิงเส้นสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างและการเชื่อมต่อที่ไม่ครอบคลุมโดยมาตรฐาน ซึ่งโดยทั่วไปมักมีความซับซ้อน หากมาตรฐานอนุญาตให้ใช้วิธีนี้สำหรับปัญหาที่ซับซ้อน วิธีนี้ก็สามารถแก้ปัญหาง่ายๆ ที่มีสมมติฐานเพื่อลดความซับซ้อนของการแก้ปัญหาได้เช่นกัน งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าสภาวะขีดจำกัดของการออกแบบชิ้นส่วนและการเชื่อมต่อสามารถจำลองได้ด้วยการวิเคราะห์วิธี Finite Element ต่อไปนี้คือบางส่วนของเอกสารอ้างอิงที่ระบุไว้ในส่วนต่างๆ ของคู่มือ AISC  

คำอธิบายประกอบ AISC 360 ระบุในหลายตำแหน่งถึงความเป็นไปได้ในการใช้การวิเคราะห์วิธี Finite Element และวิธี Finite Element แบบไม่เชิงเส้น เช่น:

• "ข้อกำหนดยังอนุญาตให้ใช้การวิเคราะห์เชิงคำนวณ (เช่น วิธี Finite Element) แทนสมการในข้อกำหนดที่ใช้ประเมินสภาวะขีดจำกัดที่ครอบคลุมในบทที่ D ถึง H, J และ K" ในส่วนคำอธิบายประกอบ: ภาคผนวก 1, Comm 1.1 หน้า 573 ของคู่มือ AISC ฉบับที่ 16
• "วิธีการออกแบบใดๆ ที่อิงจากการวิเคราะห์แบบ inelastic และเป็นไปตามข้อกำหนดทั่วไปที่กำหนดไว้ถือว่าได้รับอนุญาต วิธีการเหล่านี้อาจรวมถึงการใช้ การวิเคราะห์วิธี Finite Element แบบไม่เชิงเส้น (Crisfield, 1991; Bathe, 1995) ที่อิงจาก continuum elements เพื่อออกแบบชิ้นส่วนโครงสร้างเดี่ยว เช่น การเชื่อมต่อ หรือการใช้การวิเคราะห์โครงสร้างแบบ second-order inelastic (Clarke et al., 1992; McGuire et al., 2000) เพื่อออกแบบระบบโครงสร้างที่ประกอบด้วยคาน เสา และการเชื่อมต่อ" ใน Comm 1.3 16.1-582 ของคู่มือ AISC ฉบับที่ 16
• "เมื่อการเชื่อมต่อที่ต้องการจำลองไม่อยู่ในช่วงของฐานข้อมูล อาจเป็นไปได้ที่จะกำหนดลักษณะการตอบสนองจากการทดสอบ การจำลองชิ้นส่วนอย่างง่าย หรือการศึกษาด้วย วิธี Finite Element (FEMA, 1995)" ใน B3. คำอธิบายประกอบ หน้า 16.1-322 ของคู่มือ AISC ฉบับที่ 16 
• "เมื่อวิศวกรผู้ออกแบบพบคานที่ไม่มีแกนสมมาตรหรือรูปทรงอื่นใดที่ไม่มีข้อกำหนดในส่วนอื่นของบทที่ F ให้จำกัดความเค้นด้วยความเค้นครากหรือความเค้นโก่งเดาะแบบ elastic การกระจายความเค้นและ/หรือความเค้นโก่งเดาะแบบ elastic ต้องกำหนดจากหลักการกลศาสตร์โครงสร้าง ตำราเรียนหรือคู่มือ เช่น SSRC Guide (Ziemian, 2010) บทความในวารสาร หรือการวิเคราะห์วิธี Finite Element หรืออีกทางหนึ่ง ผู้ออกแบบสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาโดยเลือกหน้าตัดจากตัวเลือกมากมายที่ให้ไว้ในส่วนก่อนหน้าของบทที่ F" ใน Comm. F12 16.1-393 ของคู่มือ AISC ฉบับที่ 16 
• "สำหรับความยาวรอยเชื่อมที่มากกว่า 100 เท่าของขนาดรอยเชื่อม ควรกำหนดความยาวประสิทธิผลให้น้อยกว่าความยาวจริง ตัวประกอบลดค่าที่ระบุในหัวข้อ J2.2b เทียบเท่ากับที่ให้ไว้ใน CEN (2005) ซึ่งเป็นการประมาณค่าแบบง่ายของสูตรเลขชี้กำลังที่พัฒนาจากการศึกษาด้วยวิธี Finite Elementและการทดสอบที่ดำเนินการในยุโรปมาหลายปี" ใน Comm J2. หน้า 16.1-484 ของคู่มือ AISC ฉบับที่ 16

AISC Design Guide 1 การออกแบบการเชื่อมต่อฐานสำหรับโครงสร้างเหล็ก ฉบับที่สาม มีภาคผนวกใหม่สองส่วน (ภาคผนวก C และ D) เพื่อให้วิธีการแสดงการเชื่อมต่อฐานเสาในการวิเคราะห์โครงสร้าง และแนวทางการออกแบบเกี่ยวกับการจำลองด้วยการวิเคราะห์วิธี Finite Element

• ภาคผนวก D - แนวทางการใช้การวิเคราะห์วิธี Finite Element สำหรับการวิเคราะห์และออกแบบแผ่นฐาน โดยเน้นที่รายละเอียดการเชื่อมต่อฐานเสาแบบเปิดเผย

AISC Design Guide 24 การเชื่อมต่อหน้าตัดโครงสร้างกลวง ฉบับที่สาม อ้างถึง:

• "คำอธิบายประกอบของข้อกำหนด AISC บทที่ K อ้างถึงการวิเคราะห์วิธี Finite Element (FE) แบบ inelastic ว่าเป็นเครื่องมือสำหรับการออกแบบที่เกินขีดจำกัดการใช้งานสำหรับวิศวกรที่มีประสบการณ์ และตัวเลือกนี้ได้รับอนุญาตตามภาคผนวก 1 ของข้อกำหนด AISC การเชื่อมต่อทั้งแบบเชื่อมและแบบสลักเกลียวอาจออกแบบด้วยวิธี FE โดยการวิเคราะห์แบบ elastic เพียงพอสำหรับการออกแบบด้านความล้า แต่การวิเคราะห์แบบ inelastic โดยทั่วไปจำเป็นสำหรับการจำลองสภาวะขีดจำกัดสูงสุด ควรตรวจสอบข้อจำกัดของซอฟต์แวร์ที่เลือกใช้เสมอเพื่อให้แน่ใจว่าซอฟต์แวร์มีความสามารถในการตรวจสอบและจำลองสภาวะขีดจำกัดที่ต้องการได้อย่างถูกต้อง ซึ่งอาจรวมถึงการยืนยันการวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้น เกณฑ์การวิบัติ จำนวน node และ element ที่เพียงพอ ประเภท element ในไลบรารี และอื่นๆ"  ในบทที่ 2.13 หน้า 41
• "ในกรณีนี้ เทคนิคการสร้างแบบจำลอง FE และพารามิเตอร์ตาข่ายและวัสดุที่เลือกควรได้รับการตรวจสอบกับการวิเคราะห์ FE บางส่วนจากเอกสารงานวิจัยหรือจากกรณีทดสอบมาตรฐานที่รวบรวมไว้ (ซึ่งได้รับการตรวจสอบความถูกต้องแล้ว) เช่น โดย Wald et al. (2017)" ในบทที่ 2.13 หน้า 41 

วิศวกรโครงสร้างและผู้ออกแบบการเชื่อมต่อสามารถใช้ชุดเครื่องมือเพื่อทำงานให้สำเร็จ ได้แก่ การออกแบบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กตามมาตรฐาน AISC อย่างปลอดภัย แม่นยำ และรวดเร็ว IDEA StatiCa พร้อมโซลูชัน FEA ที่เป็นเอกลักษณ์และผ่านการทดสอบแล้ว เป็นส่วนหนึ่งของชุดเครื่องมือนี้ อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการในพื้นหลังทางทฤษฎีและชุดการตรวจสอบที่ครอบคลุมของเรา