การเชื่อมต่อแผ่นปลายด้วยสี่สลักเกลียวในแถว

คำอธิบาย

การศึกษานี้มุ่งเน้นไปที่การตรวจสอบวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) สำหรับความต้านทานของการเชื่อมต่อแผ่นปลายด้วยสี่สลักเกลียวในแถว เทียบกับแบบจำลองเชิงวิเคราะห์ (AM) และแบบจำลอง Finite Element เชิงวิจัย (ROFEM) ที่ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องจากการทดลอง

แบบจำลองเชิงวิเคราะห์

ความต้านทานของสลักเกลียวต่อแรงเฉือนและแรงดึง และความต้านทานของแผ่นเหล็กต่อแรงกดทับและแรงเฉือนเจาะ ได้รับการออกแบบตาม Tab. 3.4, Chapter 3.6.1 ใน EN 1993-1-8:2006 T-stub สมมูลในแรงดึง ตาม Chapter 6.2.4 ได้รับการปรับปรุงโดย Jaspart et al. (2010) ดู Fig. 5.7.1 และ Tab. 5.7.1

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.1 Failure modes of T-stub with four bolts in a row: mode 1 (left), mode 2 (middle), mode 3 (right)}}}\]

Tab. 5.7.1 รูปแบบการวิบัติของ T-stub ที่มีสี่สลักเกลียวในแถว (Jaspart et al. 2010)

ใน Tab 5.7.1 นั้น 𝐹_t,Rd คือความต้านทานแรงดึงของสลักเกลียว, 𝑒_w=𝑑_w/4, 𝑑_w คือเส้นผ่านศูนย์กลางของแหวนรอง หรือความกว้างระหว่างจุดของหัวสลักเกลียวหรือน็อต ตามความเหมาะสม, 𝑚, 𝑛=𝑒₁+𝑒₂;⁡𝑛≤1.25𝑚, 𝑛₁=𝑒₁, 𝑛₂=𝑒₂;⁡𝑛₂≤1,25𝑚+𝑛₁ ดู Fig. 5.8.2, 𝑀_pl,1,Rd=0.25𝑙_eff,1𝑡_f²𝑓_y/𝛾_M0, 𝑀_pl,2,Rd=0.25𝑙_eff,2𝑡_f²𝑓_y/𝛾_M0, 𝑙_eff คือความยาวประสิทธิผล, 𝑡_f คือความหนาของปีก และ 𝑓_y คือกำลังครากของเหล็ก ดู Fig. 5.7.2

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.2 T-stub geometry with four bolts in a row}}}\]

การตรวจสอบความถูกต้องและการยืนยันความต้านทาน

ค่าการออกแบบความต้านทานที่คำนวณโดย CBFEM ได้รับการเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ของแบบจำลองเชิงวิเคราะห์ (Zakouřil, 2019) และการทดลองร่วมกับแบบจำลอง Finite Element เชิงวิจัย (Samaan et al. 2017) ดู Fig. 5.7.3 ผลลัพธ์สรุปไว้ใน Fig. 5.7.4 ใช้สลักเกลียวเกรด 8.8 และเหล็กเกรด S450 กำลังครากและกำลังดึงสูงสุดสอดคล้องกับค่าทดลองอย่างใกล้ชิด เช่น กำลังครากของสลักเกลียวคือ 600 MPa และกำลังดึงสูงสุดของสลักเกลียวคือ 800 MPa

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Extended unstiffened end plate labeled ENS}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Flushed end plate labeled F}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Extended stiffened end plate labeled EX}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.3 Tested specimens}}}\]

ความต้านทานโมเมนต์ดัดที่กำหนดโดย CBFEM มักอยู่ระหว่างความต้านทานที่กำหนดโดยวิธีส่วนประกอบและจากการทดลอง ตาราง 5.7.2 แสดงการเปรียบเทียบระหว่างความต้านทานของ CM, CBFEM, ROFEM และการทดลองสำหรับชิ้นทดสอบที่มีความหนาแผ่นปลาย 20 มม. และ 32 มม. ทั้งวิธีส่วนประกอบและ CBFEM ต่างประเมินความต้านทานของชิ้นทดสอบที่มีแผ่นปลายแบบ Flushed ต่ำกว่าความเป็นจริง 

Tab. 5.7.2 การเปรียบเทียบระหว่าง CM, ROFEM, CBFEM และการทดลอง

ตาราง 5.7.3 และ Fig. 5.7.4 แสดงการยืนยัน CBFEM เทียบกับ CM สำหรับแบบจำลอง ENS ที่มีความหนาแผ่นปลาย เส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียว และความสูงคานที่แตกต่างกัน

Tab. 5.7.3 การยืนยัน CBFEM เทียบกับ CM ENS

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.4 Verification of CBFEM to CM}}}\]

ผลลัพธ์ของการศึกษาความไว (Sensitivity study) สรุปไว้ในกราฟใน Fig. 5.7.5, Fig. 5.7.6, Fig. 5.7.7 

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.5 Sensitivity study for plate thickness}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.6 Sensitivity study for bolt diameter}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.7 Sensitivity study for beam height}}}\]

ตาราง 5.7.4 และ Fig. 5.7.8 แสดงการยืนยัน CBFEM เทียบกับ CM สำหรับแบบจำลอง F ที่มีความหนาแผ่นปลายและเส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียวที่แตกต่างกัน 

Tab. 5.7.4 การยืนยัน CBFEM เทียบกับ CM F

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.8 Verification of CBFEM to CM}}}\]

ผลลัพธ์ของการศึกษาความไวสรุปไว้ในกราฟใน Fig. 5.7.9 และ 5.7.10

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.9 Sensitivity study for plate thickness}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.10 Sensitivity study for bolt diameter}}}\]

ตาราง 5.7.5 และ Fig. 5.7.11 แสดงการยืนยัน CBFEM เทียบกับ CM สำหรับแบบจำลอง F ที่มีความหนาแผ่นปลายและเส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียวที่แตกต่างกัน 

Tab. 5.7.5 การยืนยัน CBFEM เทียบกับ CM EX

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.11 Verification of CBFEM to CM}}}\]

ผลลัพธ์ของการศึกษาความไวสรุปไว้ในกราฟใน Fig. 5.7.12 และ 5.7.13 

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.12 Sensitivity study for plate thickness}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.13 Sensitivity study for bolt diameter}}}\]

ตัวอย่าง Benchmark

ข้อมูลนำเข้า

• เหล็ก S450

เสา

• รูปตัด I แบบรีด
• h = 390mm
• b = 350mm
• t_f = 20mm
• t_w = 12mm
• r = 27mm

แผ่นเสริมความแข็งเสา

• t_s = 16mm

คาน

• รูปตัด I แบบรีด
• h_b = 340mm
• b_b = 350mm
• t_f = 20mm
• t_w = 12mm
• r = 27mm

แผ่นปลาย

• t_p = 20mm
• b_p = 350mm
• h_p= 540mm

สลักเกลียว

• 4 แถว x 4 x M16 8.8
• ระยะห่าง e₁ = 50 mm, p₁ = 120 mm, p₂ = 100mm, e₂= 50mm, w₁ = 75mm, w₂ = 100mm

รอยเชื่อม

• a_w = 7mm

ผลลัพธ์

• ค่าการออกแบบความต้านทาน F_Rd = 247 kN
• ส่วนประกอบวิกฤตคือสลักเกลียวที่มีแรงเพิ่มขึ้นจากแรงงัดของแผ่นปลาย

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.14 Benchmark example}}}\]