Theoretical background

IDEA StatiCa Connection – การออกแบบโครงสร้างการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก

Steel

Connection

EN (Eurocode)

AISC (USA)

AS (Australia)

CSA (Canada)

IS (India)

GB (China)

HKG (Hong Kong)

SP 16 (Russia)

CBFEM

This article is also available in:

Translated by AI from English

บทนำสู่วิธี CBFEM

บทนำทั่วไปสำหรับการออกแบบโครงสร้างการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก
แบบจำลองวัสดุของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก
แบบจำลองแผ่นและการลู่เข้าของตาข่าย
การสัมผัสระหว่างแผ่นเหล็กในการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก
การวิเคราะห์การเชื่อมต่อแบบเชื่อม
การเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียวและสลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้า
สลักเกลียวยึด
แบบจำลองโครงสร้างของบล็อก Concrete

แบบจำลองการวิเคราะห์ของ IDEA StatiCa

แบบจำลองการวิเคราะห์จุดต่อเหล็ก
สมดุลที่ Node ในแบบจำลอง 3D FEM
แรงภายในในการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก
การวิเคราะห์กำลังของจุดต่อเหล็ก
การวิเคราะห์ความแข็งและความสามารถในการเสียรูปของจุดต่อเหล็ก
การออกแบบตามกำลังของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก
ความต้านทานการออกแบบของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก
การวิเคราะห์การโก่งเดาะของจุดต่อเหล็ก
การลู่เข้าของการวิเคราะห์แบบจำลองการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กที่ซับซ้อน
การเชื่อมต่อเหล็กกับไม้
ชิ้นส่วนเหล็กผนังบาง
การยึดรั้งด้านข้างและการบิดในการออกแบบโครงสร้าง
จุดต่อเหล็กของชิ้นส่วนหน้าตัดกลวง
ประเภทการวิเคราะห์ความล้าในการออกแบบโครงสร้าง
การออกแบบต้านทานไฟ
การกำหนดขนาดรอยเชื่อม

ข้อกำหนดสำหรับมาตรฐานแห่งชาติ

บทนำสู่วิธี CBFEM

บทนำทั่วไปสำหรับการออกแบบโครงสร้างการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก

บทนำ

วิศวกรนิยมใช้ชิ้นส่วนคานในการออกแบบโครงสร้างเหล็ก อย่างไรก็ตาม มีหลายตำแหน่งบนโครงสร้างที่ทฤษฎีของชิ้นส่วนไม่สามารถใช้ได้ เช่น จุดต่อเชื่อม การเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียว ฐานราก รูในผนัง ความสูงหน้าตัดที่เปลี่ยนแปลง และแรงกระทำแบบจุด การวิเคราะห์โครงสร้างในตำแหน่งดังกล่าวมีความซับซ้อนและต้องการความใส่ใจเป็นพิเศษ พฤติกรรมเป็นแบบไม่เชิงเส้น และต้องคำนึงถึงความไม่เชิงเส้นเหล่านี้ด้วย เช่น การครากของวัสดุแผ่นเหล็ก การสัมผัสระหว่างแผ่นปลายหรือแผ่นฐานกับบล็อกคอนกรีต การทำงานทิศทางเดียวของสลักเกลียวและพุก และรอยเชื่อม มาตรฐานการออกแบบ เช่น EN1993-1-8 รวมถึงเอกสารทางวิชาการ นำเสนอวิธีการแก้ปัญหาเชิงวิศวกรรม ลักษณะทั่วไปของวิธีการเหล่านี้คือการพัฒนาสำหรับรูปแบบโครงสร้างทั่วไปและแรงกระทำแบบง่าย โดยวิธีที่ใช้บ่อยที่สุดคือวิธีส่วนประกอบ

วิธีส่วนประกอบ

วิธีส่วนประกอบ (CM) แก้ปัญหาจุดต่อในฐานะระบบของรายการที่เชื่อมต่อกัน – ส่วนประกอบ โดยสร้างแบบจำลองที่สอดคล้องกันสำหรับแต่ละประเภทของจุดต่อ เพื่อให้สามารถกำหนดแรงและความเค้นในแต่ละส่วนประกอบได้ – ดังภาพต่อไปนี้

ส่วนประกอบของจุดต่อที่มีแผ่นปลายยึดด้วยสลักเกลียว โดยจำลองด้วย Spring

แต่ละส่วนประกอบจะถูกตรวจสอบแยกกันโดยใช้สูตรที่สอดคล้องกัน เนื่องจากต้องสร้างแบบจำลองที่เหมาะสมสำหรับแต่ละประเภทของจุดต่อ การใช้วิธีนี้จึงมีข้อจำกัดเมื่อแก้ปัญหาจุดต่อที่มีรูปทรงทั่วไปและแรงกระทำทั่วไป

IDEA StatiCa ร่วมกับทีมโครงการของภาควิชาโครงสร้างเหล็กและไม้ คณะวิศวกรรมโยธา กรุงปราก และสถาบันโครงสร้างโลหะและไม้ คณะวิศวกรรมโยธา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีบรโน ได้พัฒนาวิธีการสำหรับการออกแบบขั้นสูงของจุดต่อโครงสร้างเหล็ก

Component Based Finite Element Model (CBFEM) มีคุณสมบัติดังนี้:

ทั่วไปเพียงพอ ที่จะใช้งานได้กับจุดต่อ ฐานราก และรายละเอียดส่วนใหญ่ในงานวิศวกรรมจริง
ง่ายและรวดเร็ว เพียงพอในการใช้งานประจำวัน เพื่อให้ผลลัพธ์ในเวลาที่เทียบเคียงได้กับวิธีการและเครื่องมือในปัจจุบัน
ครอบคลุม เพียงพอที่จะให้ข้อมูลที่ชัดเจนแก่วิศวกรโครงสร้างเกี่ยวกับพฤติกรรมของจุดต่อ ความเค้น ความเครียด และสำรองของส่วนประกอบแต่ละชิ้น รวมถึงความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือโดยรวม

วิธี CBFEM อยู่บนพื้นฐานแนวคิดที่ว่าส่วนที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและมีประโยชน์มากที่สุดของ CM ควรได้รับการรักษาไว้ จุดอ่อนของ CM – ความเป็นทั่วไปในการวิเคราะห์ความเค้นของส่วนประกอบแต่ละชิ้น – ถูกแทนที่ด้วยการสร้างแบบจำลองและการวิเคราะห์โดยใช้วิธี Finite Element (FEM)

FEM เป็นวิธีทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการวิเคราะห์โครงสร้าง การใช้ FEM สำหรับการสร้างแบบจำลองจุดต่อในรูปทรงใดก็ได้ดูเหมือนจะเป็นอุดมคติ (Virdi, 1999) จำเป็นต้องใช้การวิเคราะห์แบบ elastic-plastic เนื่องจากเหล็กมักจะครากในโครงสร้าง ในความเป็นจริง ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์เชิงเส้นไม่มีประโยชน์สำหรับการออกแบบจุดต่อ

แบบจำลอง FEM ถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์การวิจัยพฤติกรรมของจุดต่อ ซึ่งมักใช้ elements เชิงพื้นที่และค่าคุณสมบัติวัสดุที่วัดได้จริง

แบบจำลอง FEM ของจุดต่อสำหรับการวิจัย ใช้ elements เชิงพื้นที่ 3D สำหรับทั้งแผ่นเหล็กและสลักเกลียว

ทั้งเอวและปีกของชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อถูกจำลองโดยใช้ shell elements ในแบบจำลอง CBFEM ซึ่งมีวิธีแก้ปัญหาที่ทราบและได้รับการพิสูจน์แล้ว

ตัวยึด – สลักเกลียวและรอยเชื่อม – มีความยากที่สุดในแง่ของแบบจำลองการวิเคราะห์ การสร้างแบบจำลององค์ประกอบดังกล่าวในโปรแกรม FEM ทั่วไปเป็นเรื่องยาก เนื่องจากโปรแกรมไม่มีคุณสมบัติที่ต้องการ ดังนั้นจึงต้องพัฒนาส่วนประกอบ FEM พิเศษเพื่อจำลองพฤติกรรมของรอยเชื่อมและสลักเกลียวในจุดต่อ

แบบจำลอง CBFEM ของการเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียวผ่านแผ่นปลาย

จุดต่อของชิ้นส่วนถูกจำลองเป็นจุดไร้มวลเมื่อวิเคราะห์โครงสร้างเฟรมเหล็กหรือโครงสร้างคาน สมการสมดุลถูกประกอบขึ้นที่จุดต่อ และแรงภายในที่ปลายคานถูกกำหนดหลังจากแก้ปัญหาโครงสร้างทั้งหมด ในความเป็นจริง จุดต่อถูกรับแรงโดยแรงเหล่านั้น ผลรวมของแรงจากชิ้นส่วนทั้งหมดในจุดต่อเป็นศูนย์ – จุดต่อทั้งหมดอยู่ในสมดุล

รูปทรงที่แท้จริงของจุดต่อไม่เป็นที่ทราบในแบบจำลองโครงสร้าง วิศวกรเพียงกำหนดว่าจุดต่อนั้นถือว่าเป็นแบบแข็งหรือแบบหมุนได้

จำเป็นต้องสร้างแบบจำลองจุดต่อที่น่าเชื่อถือซึ่งสะท้อนสภาพที่แท้จริง เพื่อออกแบบจุดต่ออย่างถูกต้อง ในวิธี CBFEM จะใช้ปลายของชิ้นส่วนที่มีความยาว 2-3 เท่าของความสูงหน้าตัดสูงสุด โดยส่วนเหล่านี้ถูกจำลองโดยใช้ shell elements

จุดต่อเชิงทฤษฎี (ไร้มวล) และรูปทรงที่แท้จริงของจุดต่อโดยไม่มีการปรับปลายชิ้นส่วน

เพื่อความแม่นยำที่ดีขึ้นของแบบจำลอง CBFEM แรงที่ปลายของชิ้นส่วน 1D จะถูกนำไปใช้เป็นแรงกระทำที่ปลายของส่วน ชุดแรงหกองค์ประกอบจากจุดต่อเชิงทฤษฎีจะถูกถ่ายโอนไปยังปลายของส่วน – ค่าของแรงยังคงเดิม แต่โมเมนต์จะถูกปรับโดยการกระทำของแรงบนแขนที่สอดคล้องกัน

ปลายของส่วนที่จุดต่อไม่ได้เชื่อมต่อกัน จำเป็นต้องสร้างแบบจำลองการเชื่อมต่อ ในวิธี CBFEM จะใช้สิ่งที่เรียกว่าการดำเนินการผลิตเพื่อจำลองการเชื่อมต่อ การดำเนินการผลิตได้แก่: การตัด การเลื่อน รู แผ่นเสริมความแข็ง ซี่เสริม แผ่นปลายและรอยต่อ เหล็กฉากยึด แผ่น Gusset และอื่นๆ รวมถึงการเพิ่มองค์ประกอบยึด (รอยเชื่อมและสลักเกลียว)

IDEA StatiCa Connection สามารถทำการวิเคราะห์ได้สองประเภท:

การวิเคราะห์เชิงเส้นทางเรขาคณิตที่มีความไม่เชิงเส้นของวัสดุและการสัมผัส สำหรับการวิเคราะห์ความเค้นและความเครียด
การวิเคราะห์ค่าลักษณะเฉพาะเพื่อกำหนดความเป็นไปได้ของการโก่งเดาะ

ในกรณีของการเชื่อมต่อ การวิเคราะห์ไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตไม่จำเป็น เว้นแต่แผ่นเหล็กจะบางมาก ความบางของแผ่นเหล็กสามารถกำหนดได้โดยการวิเคราะห์ค่าลักษณะเฉพาะ (การโก่งเดาะ) สำหรับความบางขีดจำกัดที่การวิเคราะห์เชิงเส้นทางเรขาคณิตยังคงเพียงพอ โปรดดูบทที่ 3.9 การวิเคราะห์ไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตไม่ได้ถูกนำไปใช้ในซอฟต์แวร์

ต้องการพัฒนาทักษะของคุณ? เยี่ยมชม Campus ของเรา

เรียนรู้วิธีใช้ IDEA StatiCa อย่างมีประสิทธิภาพด้วยหลักสูตร e-learning แบบเรียนด้วยตนเองของเรา

เริ่มเรียนรู้

แบบจำลองวัสดุการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก

แผนภาพวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในการสร้างแบบจำลอง Finite Element ของเหล็กโครงสร้าง ได้แก่ แบบจำลองพลาสติกอุดมคติหรือแบบยืดหยุ่นที่มีการแข็งตัวจากความเครียด และแผนภาพความเค้น-ความเครียดจริง แผนภาพความเค้น-ความเครียดจริงคำนวณจากคุณสมบัติวัสดุของเหล็กอ่อนที่อุณหภูมิแวดล้อมที่ได้จากการทดสอบแรงดึง ความเค้นและความเครียดจริงสามารถหาได้ดังนี้:

\[ \sigma_{true}=\sigma (1 + \varepsilon) \]

\[ \varepsilon_{true}=\ln (1 + \varepsilon) \]

โดยที่ σ_true คือความเค้นจริง ε_true คือความเครียดจริง σ คือความเค้นทางวิศวกรรม และ ε คือความเครียดทางวิศวกรรม

แผ่นเหล็กใน IDEA StatiCa Connection ถูกสร้างแบบจำลองด้วยวัสดุยืดหยุ่น-พลาสติก โดยมีความชันของที่ราบครากตามชื่อตาม EN1993-1-5 ข้อ C.6 (2) คือ tan^-1 (E/1000) พฤติกรรมของวัสดุอ้างอิงตามเกณฑ์การครากของ von Mises โดยสมมติว่าวัสดุมีพฤติกรรมยืดหยุ่นก่อนถึงกำลังครากการออกแบบ f_yd

เกณฑ์สภาวะขีดจำกัดสูงสุดสำหรับบริเวณที่ไม่เสี่ยงต่อการโก่งเดาะคือการถึงค่าขีดจำกัดของความเครียดหลักในระนาบ ค่าที่แนะนำคือ 5 % (เช่น EN1993-1-5 ภาคผนวก C ข้อ C.8 หมายเหตุ 1)

แผนภาพวัสดุของเหล็กในแบบจำลองเชิงตัวเลข

ค่าขีดจำกัดของความเครียดพลาสติกมักเป็นประเด็นที่ถกเถียงกัน ในความเป็นจริง แรงกระทำสูงสุดมีความไวต่อค่าขีดจำกัดของความเครียดพลาสติกต่ำ เมื่อใช้แบบจำลองพลาสติกอุดมคติ ดังแสดงในตัวอย่างต่อไปนี้ของจุดต่อคานกับเสา คานหน้าตัดเปิด IPE 180 เชื่อมต่อกับเสาหน้าตัดเปิด HEB 300 และรับโมเมนต์ดัด อิทธิพลของค่าขีดจำกัดของความเครียดพลาสติกต่อความต้านทานของคานแสดงในรูปต่อไปนี้ ความเครียดพลาสติกขีดจำกัดเปลี่ยนแปลงจาก 2 % ถึง 8 % แต่การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานโมเมนต์น้อยกว่า 4 %

ตัวอย่างการทำนายสภาวะขีดจำกัดสูงสุดของจุดต่อคานกับเสา

อิทธิพลของค่าขีดจำกัดของความเครียดพลาสติกต่อความต้านทานโมเมนต์

แบบจำลองแผ่นและการลู่เข้าของตาข่าย

การเพิ่มจำนวน Element ให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น แต่ต้องแลกกับความต้องการในการคำนวณที่สูงขึ้น

แบบจำลองแผ่น

แนะนำให้ใช้ Shell element สำหรับการจำลองแผ่นในการวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ของการเชื่อมต่อโครงสร้าง โดยใช้ Shell element รูปสี่เหลี่ยมสี่ Node ที่มี Node อยู่ที่มุม แต่ละ Node มีอิสระในการเคลื่อนที่ 6 องศา ได้แก่ การเคลื่อนที่เชิงเส้น 3 แกน (u_x, u_y, u_z) และการหมุน 3 แกน (φ_x, φ_y, φ_z) การเสียรูปของ Element แบ่งออกเป็นส่วนประกอบแบบ Membrane และแบบดัด

การกำหนดสูตรพฤติกรรม Membrane อ้างอิงจากงานของ Ibrahimbegovic (1990) โดยพิจารณาการหมุนในแนวตั้งฉากกับระนาบของ Element และมีการกำหนดสูตรแบบ 3 มิติอย่างสมบูรณ์ การเสียรูปเนื่องจากแรงเฉือนนอกระนาบถูกพิจารณาในการกำหนดสูตรพฤติกรรมการดัดของ Element โดยอาศัยสมมติฐาน Mindlin ใช้ Mindlin quad plate element แบบ Stabilised ที่พัฒนาขึ้นภายในองค์กร โดยมีการเสียรูปเนื่องจากแรงเฉือนคงที่ตลอดขอบ Element เหล่านี้ได้รับแรงบันดาลใจจาก MITC4 element ดู Dvorkin (1984) Shell แบ่งออกเป็น 5 ชั้น Integration ตลอดความหนาของแผ่นที่แต่ละจุด Integration และวิเคราะห์พฤติกรรม Plastic ในแต่ละจุด เรียกว่าการ Integration แบบ Gauss–Lobatto ขั้นตอน Elastic-Plastic แบบไม่เชิงเส้นของวัสดุจะถูกวิเคราะห์ในแต่ละชั้นโดยอาศัยความเครียดที่ทราบ โดยแสดงเฉพาะความเค้นและความเครียดสูงสุดของทุกชั้นเท่านั้น

การลู่เข้าของตาข่าย

มีเกณฑ์บางประการสำหรับการสร้างตาข่ายในแบบจำลองการเชื่อมต่อ การตรวจสอบการเชื่อมต่อควรเป็นอิสระจากขนาด Element การสร้างตาข่ายบนแผ่นแยกต่างหากไม่มีปัญหา ควรให้ความสนใจกับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน เช่น แผงที่มีแผ่นเสริมความแข็ง, T-stub และแผ่นฐาน ควรทำการวิเคราะห์ความไวโดยพิจารณาการแบ่งตาข่ายสำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน

แผ่นทั้งหมดของหน้าตัดคานมีการแบ่ง Element ร่วมกัน ขนาดของ Finite Element ที่สร้างขึ้นมีการจำกัด โดยขนาด Element ขั้นต่ำกำหนดไว้ที่ 10 มม. และขนาดสูงสุดที่ 50 มม. (สามารถกำหนดได้ใน Code setup) ตาข่ายบนปีกและเอวเป็นอิสระจากกัน จำนวน Finite Element เริ่มต้นกำหนดไว้ที่ 8 Element ต่อความสูงหน้าตัด ดังแสดงในรูปต่อไปนี้ ผู้ใช้สามารถปรับเปลี่ยนค่าเริ่มต้นได้ใน Code setup

ตาข่ายบนคานพร้อมข้อจำกัดระหว่างเอวและแผ่นปีก

ตาข่ายของแผ่นปลายเป็นอิสระและแยกจากส่วนอื่นของการเชื่อมต่อ ขนาด Finite Element เริ่มต้นกำหนดไว้ที่ 16 Element ต่อความสูงหน้าตัด ดังแสดงในรูป

ตาข่ายบนแผ่นปลายที่มี 7 Element ตามความกว้าง

ตัวอย่างต่อไปนี้ของจุดต่อคานกับเสาแสดงให้เห็นอิทธิพลของขนาดตาข่ายต่อความต้านทานโมเมนต์ คานหน้าตัดเปิด IPE 220 เชื่อมต่อกับเสาหน้าตัดเปิด HEA 200 และรับโมเมนต์ดัด ดังแสดงในรูปต่อไปนี้ ส่วนประกอบวิกฤตคือแผงเสาที่รับแรงเฉือน จำนวน Finite Element ตามความสูงหน้าตัดแปรผันจาก 4 ถึง 40 และเปรียบเทียบผลลัพธ์ เส้นประแสดงความแตกต่าง 5%, 10% และ 15% แนะนำให้แบ่งความสูงหน้าตัดออกเป็น 8 Element

แบบจำลองจุดต่อคานกับเสาและความเครียด Plastic ที่สภาวะขีดจำกัดสูงสุด

อิทธิพลของจำนวน Element ต่อความต้านทานโมเมนต์

นำเสนอการศึกษาความไวของตาข่ายสำหรับแผ่นเสริมความแข็งรับแรงอัดแบบบางของแผงเอวเสา จำนวน Element ตามความกว้างของแผ่นเสริมความแข็งแปรผันจาก 4 ถึง 20 รูปแบบการโก่งเดาะแรกและอิทธิพลของจำนวน Element ต่อความต้านทานการโก่งเดาะและแรงวิกฤตแสดงในรูปต่อไปนี้ โดยแสดงความแตกต่าง 5% และ 10% แนะนำให้ใช้ 8 Element ตามความกว้างของแผ่นเสริมความแข็ง

รูปแบบการโก่งเดาะแรกและอิทธิพลของจำนวน Element ตามแผ่นเสริมความแข็งต่อความต้านทานโมเมนต์

นำเสนอการศึกษาความไวของตาข่ายสำหรับ T-stub รับแรงดึง ครึ่งหนึ่งของความกว้างปีกถูกแบ่งออกเป็น 8 ถึง 40 Element และขนาด Element ขั้นต่ำกำหนดไว้ที่ 1 มม. อิทธิพลของจำนวน Element ต่อความต้านทานของ T-stub แสดงในรูปต่อไปนี้ เส้นประแสดงความแตกต่าง 5%, 10% และ 15% แนะนำให้ใช้ 16 Element บนครึ่งหนึ่งของความกว้างปีก

อิทธิพลของจำนวน Element ต่อความต้านทานของ T-stub

การเชื่อมต่อระหว่างแผ่นเหล็กในการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก

วิธี penalty มาตรฐานเป็นวิธีที่แนะนำสำหรับการจำลองการสัมผัสระหว่างแผ่น หากตรวจพบการทะลุผ่านของ node เข้าสู่พื้นผิวสัมผัสด้านตรงข้าม ความแข็งแบบ penalty จะถูกเพิ่มระหว่าง node และแผ่นด้านตรงข้าม ความแข็งแบบ penalty ถูกควบคุมโดยอัลกอริทึมแบบ heuristic ระหว่างการวนซ้ำแบบไม่เชิงเส้นเพื่อให้ได้การลู่เข้าที่ดีขึ้น ตัวแก้สมการจะตรวจจับจุดที่ทะลุผ่านโดยอัตโนมัติและแก้ปัญหาการกระจายแรงสัมผัสระหว่าง node ที่ทะลุผ่านและ node บนแผ่นด้านตรงข้าม วิธีนี้ช่วยให้สามารถสร้างการสัมผัสระหว่างตาข่ายที่แตกต่างกันได้ดังที่แสดง ข้อดีของวิธี penalty คือการประกอบแบบจำลองโดยอัตโนมัติ การสัมผัสระหว่างแผ่นมีผลกระทบสำคัญต่อการกระจายแรงใหม่ในการเชื่อมต่อ

ตัวอย่างการแยกตัวของแผ่นที่สัมผัสกันระหว่างเอวและปีกของแปสองตัวที่มีหน้าตัด Z ซ้อนทับกัน

สามารถเพิ่มการสัมผัสระหว่าง

สองพื้นผิว
สองขอบ
ขอบและพื้นผิว

ตัวอย่างการสัมผัสแบบขอบต่อขอบระหว่างที่นั่งรองรับและแผ่นปลาย

ตัวอย่างการสัมผัสแบบขอบต่อพื้นผิวระหว่างปีกล่างของคานและปีกเสา

สามารถแสดงภาพ ความเค้นในจุดสัมผัส และค่าต่างๆ จะแสดงในตารางการตรวจสอบของแผ่น อย่างไรก็ตาม ความเค้นสัมผัสเป็นเพียงข้อมูลอ้างอิงและไม่ได้ใช้ในการตรวจสอบใดๆ นอกจากนี้ ความเค้นในทิศทางความหนาของ shell element ไม่ได้รับการพิจารณา

การวิเคราะห์การเชื่อมต่อแบบเชื่อม

มีตัวเลือกหลายวิธีในการจำลองรอยเชื่อมในแบบจำลองเชิงตัวเลข การเสียรูปขนาดใหญ่ทำให้การวิเคราะห์เชิงกลซับซ้อนมากขึ้น และสามารถใช้คำอธิบาย mesh ที่แตกต่างกัน ตัวแปรจลนศาสตร์และจลนพลศาสตร์ที่แตกต่างกัน รวมถึงแบบจำลองสภาวะวัสดุ แบบจำลองทางเรขาคณิต 2D และ 3D ประเภทต่างๆ และ finite element ที่เกี่ยวข้องพร้อมความสามารถในการใช้งานสำหรับระดับความแม่นยำที่แตกต่างกันนั้นถูกนำมาใช้โดยทั่วไป แบบจำลองวัสดุที่ใช้บ่อยที่สุดคือแบบจำลองพลาสติกซิตี้แบบอิสระต่ออัตราทั่วไปที่อิงตามเกณฑ์การครากของ von Mises มีการอธิบายสองแนวทางที่ใช้สำหรับรอยเชื่อม ความเค้นตกค้างและการเสียรูปที่เกิดจากการเชื่อมไม่ได้ถูกสมมติในแบบจำลองการออกแบบ

แรงถูกถ่ายผ่านข้อจำกัดแรง-การเสียรูปที่อิงตามสูตร Lagrangian ไปยังแผ่นตรงข้าม การเชื่อมต่อเรียกว่า multi-point constraint (MPC) และเชื่อมโยง node ของ finite element ที่ขอบแผ่นหนึ่งไปยังอีกแผ่นหนึ่ง node ของ finite element ไม่ได้เชื่อมต่อกันโดยตรง ข้อดีของแนวทางนี้คือความสามารถในการเชื่อมต่อ mesh ที่มีความหนาแน่นต่างกัน ข้อจำกัดนี้ช่วยให้สามารถจำลองพื้นผิวเส้นกึ่งกลางของแผ่นที่เชื่อมต่อกันพร้อม offset ซึ่งสอดคล้องกับการกำหนดค่ารอยเชื่อมจริงและความหนาของคอรอยเชื่อม การกระจายแรงในรอยเชื่อมได้มาจาก MPC ดังนั้นความเค้นจึงถูกคำนวณในหน้าตัดคอรอยเชื่อม สิ่งนี้มีความสำคัญสำหรับการกระจายความเค้นในแผ่นใต้รอยเชื่อมและสำหรับการจำลอง T-stub

การกระจายความเค้นพลาสติกในรอยเชื่อม

แบบจำลองที่ใช้เฉพาะ multi-point constraint ไม่ได้คำนึงถึงความแข็งของรอยเชื่อม และการกระจายความเค้นเป็นแบบอนุรักษ์นิยม จุดสูงสุดของความเค้นที่ปรากฏที่ปลายขอบแผ่น มุม และส่วนโค้ง จะควบคุมความต้านทานตลอดความยาวทั้งหมดของรอยเชื่อม เพื่อขจัดผลกระทบนี้ จึงมีการเพิ่ม element แบบ elastoplastic พิเศษระหว่างแผ่น element นี้คำนึงถึงความหนาของคอรอยเชื่อม ตำแหน่ง และทิศทาง วัตถุทึบรอยเชื่อมสมมูลถูกแทรกด้วยขนาดรอยเชื่อมที่สอดคล้องกัน การวิเคราะห์วัสดุแบบไม่เชิงเส้นถูกนำมาใช้ และพฤติกรรม elastoplastic ในวัตถุทึบรอยเชื่อมสมมูลถูกกำหนด สภาวะพลาสติกซิตี้ถูกควบคุมโดยความเค้นในหน้าตัดคอรอยเชื่อม จุดสูงสุดของความเค้นถูกกระจายไปตามส่วนที่ยาวกว่าของความยาวรอยเชื่อม

แบบจำลอง elastoplastic ของรอยเชื่อมให้ค่าความเค้นที่แท้จริง และไม่จำเป็นต้องเฉลี่ยหรือประมาณค่าความเค้น ค่าที่คำนวณได้ที่ weld element ที่มีความเค้นสูงสุดถูกนำมาใช้โดยตรงสำหรับการตรวจสอบองค์ประกอบรอยเชื่อม ด้วยวิธีนี้ จึงไม่จำเป็นต้องลดความต้านทานของรอยเชื่อมหลายทิศทาง รอยเชื่อมกับปีกที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง หรือรอยเชื่อมยาว

ข้อจำกัดระหว่าง weld element และ mesh node

รอยเชื่อมทั่วไป เมื่อใช้การกระจายพลาสติก สามารถกำหนดเป็นแบบต่อเนื่อง แบบบางส่วน และแบบเป็นช่วงๆ รอยเชื่อมต่อเนื่องครอบคลุมความยาวทั้งหมดของขอบ แบบบางส่วนช่วยให้ผู้ใช้กำหนด offset จากทั้งสองด้านของขอบ และรอยเชื่อมแบบเป็นช่วงๆ สามารถกำหนดเพิ่มเติมด้วยความยาวที่กำหนดและช่องว่าง

การเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียวและสลักเกลียวอัดแรง

สลักเกลียว

ในวิธี Component-Based Finite Element Method (CBFEM) สลักเกลียวพร้อมพฤติกรรมในการรับแรงดึง แรงเฉือน และแรงกด เป็นองค์ประกอบที่อธิบายด้วย Spring ไม่เชิงเส้นแบบพึ่งพากัน ชุดสลักเกลียวประกอบด้วยสลักเกลียว แผ่นรอง และน็อต และถูกจำลองด้วย Spring ไม่เชิงเส้น องค์ประกอบวัตถุแข็ง และองค์ประกอบช่องว่าง

สลักเกลียวรับแรงดึง

สลักเกลียวรับแรงดึงถูกอธิบายด้วย Spring ที่มีความแข็งแกร่งตามแนวแกนเริ่มต้น ความต้านทานการออกแบบ การเริ่มต้นของการคราก และความสามารถในการเสียรูป ความแข็งแกร่งตามแนวแกนเริ่มต้นได้มาจากการวิเคราะห์เชิงวิเคราะห์ตามแนวทาง VDI2230 และ Agerskov (1976)

\[D_{Lb} =\frac{L_s+0.4d_b}{EA_{s}}+ \frac{0.85d_b}{EA_{t}}\]

\[A_{pp}=\frac{0.75D_H(L_w-D_H)}{D_{W1}^2-D_{W2}^2}\]

\[A_{P1}=\frac{\pi}{4}(D_H^2-D_{W1}^2)\]

\[A_{P2}=\frac{1}{2}(D_{W2}^2-D_H^2)\tan^{-1}A_{pp}\]

\[A_P=A_{P1}+A_{P2}\]

\[D_{LW}=\frac{L_W}{EA_P}\]

\[k=\frac{1}{D_{LB}+D_{LW}}\]

โดยที่:

\(d_b\) – เส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียว
\(D_H\) – เส้นผ่านศูนย์กลางหัวสลักเกลียว
\(D_{W1}\) – เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของแผ่นรอง
\(D_{W2}\) – เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของแผ่นรอง
\(L_W\) – ผลรวมความหนาของแผ่นรอง
\(L_s\) – ความยาวช่วงจับของสลักเกลียว
\(A_{s}\) – พื้นที่หน้าตัดรวมของสลักเกลียว
\(A_{t}\) – พื้นที่หน้าตัดรับแรงดึงของสลักเกลียว
\(E\) – โมดูลัสความยืดหยุ่นของ Young

แบบจำลองสอดคล้องกับข้อมูลการทดลอง ดู Gödrich et al. (2014) สำหรับการเริ่มต้นของการคราก และความสามารถในการเสียรูป สมมติว่าการเสียรูปแบบพลาสติกเกิดขึ้นเฉพาะในส่วนเกลียวของก้านสลักเกลียวเท่านั้น

แผนภาพแรง-การเสียรูปสำหรับการรับแรงกดของแผ่นเหล็ก

แผนภาพแรง-การเสียรูปสร้างขึ้นโดยใช้สมการต่อไปนี้:

ความแข็งแกร่งแบบพลาสติก:

\[ k_t = c_1 k \]

แรงที่ขีดจำกัดยืดหยุ่น:

\[ F_{t,el} = \frac{F_{t,Rd}}{c_1 c_2 - c_1 +1} \]

การเสียรูปที่ขีดจำกัดยืดหยุ่น:

\[ u_{el} = \frac{ F_{t,el} }{k} \]

การเสียรูปที่ขีดจำกัดพลาสติก:

\[ u_{t,Rd} = c_2 u_{el} \]

\[ c_1 = \frac{f_{ub} - f_{yb}}{\frac{1}{4} A E - f_{yb}} \]

\[ c_2 = \frac{AE}{4 f_{yb}} \]

โดยที่:

\(F_{t,Rd}\) – ค่าการออกแบบความต้านทานแรงดึงของสลักเกลียว
\(f_{yb}\) – กำลังคราก (yield strength) ของสลักเกลียว
\(f_{ub}\) – กำลังสูงสุด (ultimate strength) ของสลักเกลียว
\(A\) – การยืดตัวหลังการแตกหัก

สลักเกลียวรับแรงเฉือน

เฉพาะแรงอัดเท่านั้นที่ถ่ายจากก้านสลักเกลียวไปยังแผ่นเหล็กในรูสลักเกลียว โดยจำลองด้วยการเชื่อมต่อแบบ interpolation ระหว่าง Node ของก้านสลักเกลียวและ Node ขอบรู ความแข็งแกร่งในการเสียรูปของ shell element ที่จำลองแผ่นเหล็กจะกระจายแรงระหว่างสลักเกลียวและจำลองการรับแรงกดของแผ่นเหล็กได้อย่างเหมาะสม

รูสลักเกลียวถือว่าเป็นแบบมาตรฐาน (ค่าเริ่มต้น) หรือแบบรูยาว (สามารถตั้งค่าได้ในตัวแก้ไขแผ่นเหล็ก) สลักเกลียวในรูมาตรฐานสามารถถ่ายแรงเฉือนได้ทุกทิศทาง สลักเกลียวในรูยาวจะไม่รับแรงในทิศทางหนึ่งและสามารถเคลื่อนที่ในทิศทางที่เลือกได้อย่างอิสระ

ความแข็งแกร่งเริ่มต้นและความต้านทานการออกแบบของสลักเกลียวรับแรงเฉือนกำหนดโดยสูตรต่อไปนี้:

\[k_{el}=\frac{1}{\frac{1}{k_{11}}+\frac{1}{k_{12}}}\]

\[k_{11} = \frac{8d_b^2f_{ub}}{d_{M16}}\]

\[k_{12}=12k_td_bf_{up}\]

\[k_t=\min \left ( 2.5,\, \frac{1.5t_{min}}{d_{M16}} \right ) \]

\[k_{pl}=\frac{k_{el}}{1000}\]

โดยที่:

\(d_b\) – เส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียว
\(f_{ub}\) – กำลังสูงสุดของสลักเกลียว
\(d_{M16}=16 \textrm{ mm}\) – เส้นผ่านศูนย์กลางของสลักเกลียวอ้างอิง M16
\(f_{up}\) – กำลังสูงสุดของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อ
\(t_{min}\) – ความหนาต่ำสุดของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อ

Spring ที่แทนสลักเกลียวรับแรงเฉือนมีพฤติกรรมแรง-การเสียรูปแบบสองเชิงเส้น การเริ่มต้นของการคราก คาดว่าเกิดที่:

\[F_{V,el}=0.999 F_{V,Rd}\]

ความสามารถในการเสียรูปพิจารณาเป็น:

\[\delta_{pl}=\delta_{el}\]

โดยที่:

\(F_{V,el}\) – ความต้านทานยืดหยุ่นของสลักเกลียวรับแรงเฉือน
\(F_{V,Rd}\) – ความต้านทานของสลักเกลียวรับแรงเฉือน
\(\delta_{el}\) – การเสียรูปยืดหยุ่นของสลักเกลียวรับแรงเฉือน

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงดึงและแรงเฉือน

ปฏิสัมพันธ์ของแรงตามแนวแกนและแรงเฉือนสามารถนำเข้าโดยตรงในแบบจำลองการวิเคราะห์ การกระจายแรงสะท้อนความเป็นจริงได้ดีกว่า (ดูแผนภาพที่แนบ) สลักเกลียวที่มีแรงดึงสูงจะรับแรงเฉือนได้น้อยลงและในทางกลับกัน

ตัวอย่างปฏิสัมพันธ์ของแรงตามแนวแกนและแรงเฉือน (EC)

สลักเกลียวอัดแรง

สลักเกลียวอัดแรงใช้ในกรณีที่ต้องการลดการเสียรูปให้น้อยที่สุด แบบจำลองแรงดึงของสลักเกลียวเหมือนกับสลักเกลียวมาตรฐาน แรงเฉือนไม่ได้ถ่ายผ่านการรับแรงกด แต่ถ่ายผ่านแรงเสียดทานระหว่างแผ่นเหล็กที่ถูกจับ

ความต้านทานการไถลการออกแบบของสลักเกลียวอัดแรงได้รับผลกระทบจากแรงดึงที่ใช้

IDEA StatiCa Connection ตรวจสอบสภาวะขีดจำกัดก่อนการไถลของสลักเกลียวอัดแรง หากมีผลการไถล สลักเกลียวจะไม่ผ่านการตรวจสอบ จากนั้นควรตรวจสอบสภาวะขีดจำกัดหลังการไถลเป็นการตรวจสอบการรับแรงกดมาตรฐานของสลักเกลียว ซึ่งรูสลักเกลียวรับแรงกดและสลักเกลียวรับแรงเฉือน

ผู้ใช้สามารถตัดสินใจได้ว่าจะตรวจสอบสภาวะขีดจำกัดใด ไม่ว่าจะเป็นความต้านทานต่อการไถลหลัก หรือสภาวะหลังการไถลในแรงเฉือนของสลักเกลียว การตรวจสอบทั้งสองบนสลักเกลียวเดียวกันไม่ได้รวมกันในการแก้ปัญหาเดียว สมมติว่าสลักเกลียวมีพฤติกรรมมาตรฐานหลังการไถลหลักและสามารถตรวจสอบได้ด้วยขั้นตอนการรับแรงกดมาตรฐาน

แรงโมเมนต์ของการเชื่อมต่อมีอิทธิพลเล็กน้อยต่อความสามารถในการรับแรงเฉือน อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบแรงเสียดทานบนสลักเกลียวแต่ละตัวจะแก้ปัญหาแยกกันอย่างง่าย การตรวจสอบนี้ถูกนำไปใช้ในองค์ประกอบ FEM ของสลักเกลียว ไม่มีข้อมูลในลักษณะทั่วไปว่าแรงดึงภายนอกของสลักเกลียวแต่ละตัวมาจากโมเมนต์ดัดหรือจากแรงดึงของการเชื่อมต่อ

การกระจายความเค้นในการเชื่อมต่อสลักเกลียวรับแรงเฉือนมาตรฐาน

การกระจายความเค้นในการเชื่อมต่อสลักเกลียวรับแรงเฉือนแบบต้านทานการไถล

สลักยึด

สลักยึดถูกจำลองด้วยขั้นตอนที่คล้ายกับสลักโครงสร้าง สลักถูกยึดที่ด้านหนึ่งของบล็อกคอนกรีต ความยาว L_b ที่ใช้ในการคำนวณความแข็งของสลัก คือผลรวมของครึ่งหนึ่งของความหนาของน็อต ความหนาของแหวนรอง t_w ความหนาของแผ่นฐาน t_bp ความหนาของวัสดุรองหรือช่องว่าง t_g และความยาวอิสระที่ฝังในคอนกรีตซึ่งกำหนดเป็น 8d โดยที่ d คือเส้นผ่านศูนย์กลางของสลัก ค่าตัวคูณ 8 สามารถแก้ไขได้ใน Code setup ค่านี้สอดคล้องกับ Component Method (EN1993-1-8) และความยาวอิสระที่ฝังในคอนกรีตสามารถปรับเปลี่ยนได้ใน Code setup ความแข็งในแรงดึงคำนวณได้จาก k = E A_s / L_b แผนภาพแรง-การเสียรูปของสลักยึดแสดงในรูปต่อไปนี้ ค่าตามมาตรฐาน ISO 898:2009 สรุปไว้ในตารางและสูตรด้านล่าง

แผนภาพแรง-การเสียรูปของสลักยึด

\[ F_{t,el}=\frac{F_{t,Rd}}{c_1 c_2 - c_1 + 1} \]

\[ k_t = c_1 k; \qquad c_1 = \frac{R_m - R_e}{\left ( \frac{1}{4} A - \frac{R_e}{E} \right )E} \]

\[ u_{el} = \frac{F_{t,el}}{k}; \qquad u_{t,Rd} = c_2 u_{el}; \qquad c_2 = \frac{AE}{4R_e} \]

โดยที่:

A – การยืดตัว
E – โมดูลัสความยืดหยุ่นของ Young
F_t,Rd – ความต้านทานแรงดึงของเหล็กสลักยึด
R_m – ความแข็งแรงสูงสุด (แรงดึง)
R_e – ความแข็งแรงจุดคราก

ความแข็งของสลักยึดในแรงเฉือนถือเอาเท่ากับความแข็งของสลักโครงสร้างในแรงเฉือน

สลักยึดแบบมีระยะยื่น (stand-off)

สลักยึดแบบมีระยะยื่นสามารถตรวจสอบได้ในฐานะขั้นตอนการก่อสร้างก่อนที่ฐานเสาจะถูกเทวัสดุรอง หรือในสภาวะถาวร สลักยึดแบบมีระยะยื่นถูกออกแบบเป็นองค์อาคารแท่งที่รับแรงเฉือน โมเมนต์ดัด และแรงอัดหรือแรงดึง สลักถูกยึดทั้งสองด้าน โดยด้านหนึ่งอยู่ที่ระยะ 0.5×d ต่ำกว่าระดับคอนกรีต และอีกด้านอยู่ที่กึ่งกลางความหนาของแผ่น ความยาวการโก่งเดาะถูกสมมติอย่างอนุรักษ์นิยมเป็นสองเท่าของความยาวองค์อาคารแท่ง ใช้โมดูลัสหน้าตัดพลาสติก แรงในสลักยึดแบบมีระยะยื่นถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element โมเมนต์ดัดขึ้นอยู่กับอัตราส่วนความแข็งของสลักและแผ่นฐาน

สลักยึดแบบมีระยะยื่น – การกำหนดแขนโมเมนต์และความยาวการโก่งเดาะ; สลักแข็งเป็นข้อสมมติที่ปลอดภัย

แบบจำลองโครงสร้างของบล็อกคอนกรีต

แบบจำลองการออกแบบ

ใน CBFEM นั้น สะดวกที่จะลดรูปบล็อกคอนกรีตให้เป็นองค์ประกอบสัมผัส 2 มิติ การเชื่อมต่อระหว่างคอนกรีตและแผ่นฐานจะต้านทานเฉพาะแรงอัดเท่านั้น แรงอัดถ่ายผ่านแบบจำลองดินรองรับ Winkler-Pasternak ซึ่งแสดงถึงการเสียรูปของบล็อกคอนกรีต แรงดึงระหว่างแผ่นฐานและบล็อกคอนกรีตรับโดยสลักยึด แรงเฉือนถ่ายผ่านโดยแรงเสียดทานระหว่างแผ่นฐานและบล็อกคอนกรีต โดยเดือยรับแรงเฉือน และโดยการดัดของสลักยึดและแรงเสียดทาน ความต้านทานของสลักต่อแรงเฉือนประเมินโดยการคำนวณเชิงวิเคราะห์ แรงเสียดทานและเดือยรับแรงเฉือนถูกจำลองเป็นข้อจำกัดแบบจุดเดียวเต็มรูปแบบในระนาบของการสัมผัสระหว่างแผ่นฐานและคอนกรีต

ความแข็งเกร็งจากการเสียรูป

ความแข็งเกร็งของบล็อกคอนกรีตอาจประมาณได้สำหรับการออกแบบฐานเสาในรูปแบบของครึ่งทรงกลมยืดหยุ่น แบบจำลองดินรองรับ Winkler-Pasternak มักใช้สำหรับการคำนวณแบบลดรูปของฐานราก ความแข็งเกร็งของดินรองรับกำหนดโดยใช้โมดูลัสความยืดหยุ่นของคอนกรีตและความสูงประสิทธิผลของดินรองรับดังนี้:

\[ k = \frac{E_c}{(\alpha_1 + \upsilon) \sqrt{\frac{A_{eff}}{A_{ref}}}} \left( \frac{1}{\frac{h}{a_2 d} + a_3}+a_4 \right) \]

โดยที่:

k – ความแข็งเกร็งของดินรองรับคอนกรีตภายใต้แรงอัด
E_c – โมดูลัสความยืดหยุ่นของคอนกรีต
υ – สัมประสิทธิ์ Poisson ของบล็อกคอนกรีต
A_eff – พื้นที่ประสิทธิผลภายใต้แรงอัด
A_ref = 1 m² – พื้นที่อ้างอิง
d – ความกว้างของแผ่นฐาน
h – ความสูงของบล็อกคอนกรีต
a₁ = 1.65; a₂ = 0.5; a₃ = 0.3; a₄ = 1.0 – สัมประสิทธิ์

ต้องใช้หน่วย SI ในสูตร โดยหน่วยผลลัพธ์คือ N/m³

การถ่ายแรงเฉือนที่แผ่นฐาน

แรงเฉือนที่แผ่นฐานสามารถถ่ายได้โดยสามวิธี:

แรงเสียดทาน
เดือยรับแรงเฉือน
สลักยึด

ผู้ใช้สามารถเลือกวิธีได้โดยการแก้ไขการดำเนินการแผ่นฐาน ซอฟต์แวร์ไม่อนุญาตให้ใช้วิธีร่วมกัน อย่างไรก็ตาม EN 1993-1-8 – ข้อ 6.2.2 และ Fib 58 – บทที่ 4.2 อนุญาตให้รวมการถ่ายแรงเฉือนโดยสลักยึดและแรงเสียดทานภายใต้เงื่อนไขบางประการ โดยทั่วไปแล้ว การละเลยแรงเสียดทานในการออกแบบการยึดเหนี่ยวเป็นแนวทางที่ปลอดภัย แม้ว่าในบางกรณีอาจนำไปสู่การประเมินการแตกร้าวของคอนกรีตที่ระดับสภาวะใช้งานต่ำเกินไป โดยหลักการแล้ว ควรละเลยความต้านทานแรงเสียดทานหาก:

ความหนาของชั้นเกราต์เกินกว่าครึ่งหนึ่งของเส้นผ่านศูนย์กลางสลักยึด
ความสามารถในการยึดเหนี่ยวถูกควบคุมโดยเงื่อนไขขอบใกล้
การยึดเหนี่ยวมีวัตถุประสงค์เพื่อต้านทานแรงแผ่นดินไหว

ไม่ควรอนุญาตให้ใช้ร่วมกับเดือยรับแรงเฉือนเนื่องจากความเข้ากันได้ของการเสียรูป

การถ่ายแรงเฉือนโดยแรงเสียดทาน

ความต้านทานแรงเฉือนเท่ากับตัวประกอบความปลอดภัยของความต้านทานคูณด้วยสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่แก้ไขได้ใน Code setup และแรงอัด แรงอัดรวมถึงแรงทั้งหมด เช่น ในกรณีของฐานเสาที่รับแรงอัดและโมเมนต์ดัด แรงอัดที่ใช้สำหรับความต้านทานแรงเฉือนจากแรงเสียดทานอาจสูงกว่าแรงอัดที่กระทำ

การถ่ายแรงเฉือนโดยเดือยรับแรงเฉือน

เดือยรับแรงเฉือนถูกจำลองเป็นชิ้นส่วนสั้นที่ฝังอยู่ในคอนกรีตใต้แผ่นฐาน แรงเฉือนประมาณว่าถ่ายโดยการกระจายแรงสม่ำเสมอที่กระทำบนส่วนทั้งหมดของเดือยรับแรงเฉือนที่ฝังอยู่ในบล็อกคอนกรีต กล่าวคือ Node ทั้งหมดของเดือยรับแรงเฉือนที่อยู่ต่ำกว่าผิวคอนกรีตรับแรงสม่ำเสมอ ส่วนของเดือยรับแรงเฉือนที่อยู่เหนือผิวคอนกรีตในชั้นเกราต์ไม่ถือว่าถ่ายแรงเฉือน

โปรดทราบว่าระยะแขนคานระหว่างแรงเฉือนที่กระทำ (ที่แผ่นฐาน) และความต้านทานแรงเฉือน (ครึ่งความสูงของเดือยรับแรงเฉือนที่ฝังในคอนกรีต) ก่อให้เกิดโมเมนต์ดัดซึ่งต้องถ่ายโดยแรงอัดในคอนกรีตและแรงดึงในสลักยึด

เดือยรับแรงเฉือนประกอบด้วยองค์ประกอบไฟไนต์เอลิเมนต์แบบเปลือกและตรวจสอบเหมือนแผ่นทั่วไป นอกจากนี้ รอยเชื่อมของเดือยรับแรงเฉือนกับแผ่นฐานได้รับการตรวจสอบโดยใช้ขั้นตอนมาตรฐานใน IDEA StatiCa Connection การคำนวณด้วยมือมักสมมติทฤษฎีคานสำหรับเดือยรับแรงเฉือน แม้ว่าจะไม่แม่นยำเนื่องจากอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างมีค่าน้อยมากสำหรับเดือยรับแรงเฉือน ดังนั้นอาจมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่าง IDEA StatiCa Connection และการคำนวณด้วยมือ

การถ่ายแรงเฉือนโดยสลักยึด

ความต้านทานแรงเฉือนกำหนดโดยความต้านทานแรงเฉือนของสลักยึด ความต้านทานของเหล็กในสลักยึดมีเส้นโค้งแรง-การเสียรูปแบบ elastoplastic แต่รูปแบบการวิบัติของคอนกรีตถือว่าเป็นแบบเปราะสมบูรณ์

แบบจำลองการวิเคราะห์ของ IDEA StatiCa

การวิเคราะห์แบบจำลองจุดต่อโครงสร้างเหล็ก

วิธี CBFEM (Component Based Finite Element Model) ช่วยให้สามารถวิเคราะห์จุดต่อที่มีรูปทรงและการกำหนดค่าต่างๆ ได้อย่างรวดเร็ว แบบจำลองประกอบด้วยชิ้นส่วนที่รับแรงกระทำและการดำเนินการผลิต (รวมถึงชิ้นส่วนเสริมความแข็ง) ซึ่งทำหน้าที่เชื่อมต่อชิ้นส่วนเข้าด้วยกัน ไม่ควรสับสนระหว่างชิ้นส่วนกับการดำเนินการผลิต เนื่องจากขอบตัดของชิ้นส่วนเชื่อมต่อกับ node การเชื่อมต่อผ่าน rigid links ดังนั้นหากใช้แทนการดำเนินการผลิต (ชิ้นส่วนเสริมความแข็ง) จะไม่เกิดการเสียรูปที่ถูกต้อง

แบบจำลอง FEM ที่วิเคราะห์จะถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติ ผู้ออกแบบไม่ได้สร้างแบบจำลอง FEM โดยตรง แต่สร้างจุดต่อโดยใช้การดำเนินการผลิต – ดูรูปประกอบ

การดำเนินการผลิต/รายการที่สามารถใช้สร้างจุดต่อ

การดำเนินการผลิตแต่ละรายการจะเพิ่มรายการใหม่ให้กับการเชื่อมต่อ ได้แก่ การตัด แผ่นเหล็ก สลักเกลียว และรอยเชื่อม

ชิ้นส่วนรับแรงและจุดรองรับ

ชิ้นส่วนหนึ่งในจุดต่อจะถูกกำหนดให้เป็น "ชิ้นส่วนรับแรง" เสมอ ชิ้นส่วนอื่นๆ ทั้งหมดเป็น "ชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อ" ผู้ออกแบบสามารถเลือกชิ้นส่วนรับแรงได้ ชิ้นส่วนรับแรงอาจเป็นแบบ "ต่อเนื่อง" หรือ "สิ้นสุด" ที่จุดต่อ ชิ้นส่วนแบบ "สิ้นสุด" จะมีจุดรองรับที่ปลายด้านหนึ่ง และชิ้นส่วนแบบ "ต่อเนื่อง" จะมีจุดรองรับที่ปลายทั้งสองด้าน

ชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อสามารถมีได้หลายประเภท ขึ้นอยู่กับแรงที่ชิ้นส่วนสามารถรับได้:

ประเภท N-Vy-Vz-Mx-My-Mz – ชิ้นส่วนสามารถถ่ายแรงภายในได้ครบทั้ง 6 องค์ประกอบ
ประเภท N-Vy-Mz – ชิ้นส่วนสามารถถ่ายแรงในระนาบ XY เท่านั้น – แรงภายใน N, V_y, M_z
ประเภท N-Vz-My – ชิ้นส่วนสามารถถ่ายแรงในระนาบ XZ เท่านั้น – แรงภายใน N, V_z, M_y
ประเภท N-Vy-Vz – ชิ้นส่วนสามารถถ่ายเฉพาะแรงตามแนวแกน N และแรงเฉือน V_y และ V_z

การเชื่อมต่อแผ่นเหล็กกับแผ่นเหล็กถ่ายแรงภายในได้ครบทุกองค์ประกอบ

การเชื่อมต่อด้วยแผ่น Fin สามารถถ่ายแรงในระนาบ XZ เท่านั้น – แรงภายใน N, V_z, M_y

การเชื่อมต่อด้วยแผ่น Gusset – การเชื่อมต่อชิ้นส่วนโครงถักสามารถถ่ายเฉพาะแรงตามแนวแกน N และแรงเฉือน Vy และ Vz

จุดต่อแต่ละจุดอยู่ในสภาวะสมดุลระหว่างการวิเคราะห์โครงสร้างเฟรม หากนำแรงที่ปลายชิ้นส่วนแต่ละชิ้นมาใช้กับแบบจำลอง CBFEM โดยละเอียด สภาวะสมดุลก็จะเป็นไปตามนั้นเช่นกัน ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องกำหนดจุดรองรับในแบบจำลองการวิเคราะห์ อย่างไรก็ตาม เพื่อความสะดวกในทางปฏิบัติ จุดรองรับที่ต้านทานการเคลื่อนที่ทุกทิศทางจะถูกกำหนดที่ปลายด้านแรกของชิ้นส่วนรับแรง ซึ่งไม่มีผลต่อสภาวะความเค้นหรือแรงภายในในจุดต่อ มีผลเพียงต่อการแสดงผลการเสียรูปเท่านั้น

ประเภทจุดรองรับที่เหมาะสมซึ่งสอดคล้องกับประเภทของชิ้นส่วนแต่ละชิ้นจะถูกกำหนดที่ปลายของชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อ เพื่อป้องกันการเกิดกลไกที่ไม่เสถียร

ความยาวเริ่มต้นของชิ้นส่วนแต่ละชิ้นเท่ากับสองเท่าของความสูง ความยาวของชิ้นส่วนควรมีอย่างน้อย 1 เท่าของความสูงชิ้นส่วนหลังจากการดำเนินการผลิตครั้งสุดท้าย (รอยเชื่อม ช่องเปิด แผ่นเสริมความแข็ง เป็นต้น) เพื่อให้การเสียรูปถูกต้องหลังจาก rigid links ที่เชื่อมปลายตัดของชิ้นส่วนกับ node การเชื่อมต่อ

สมดุลของ Node ในแบบจำลอง 3D FEM

แรงกระทำที่ Node ใดๆ ในแบบจำลองโครงสร้างต้องอยู่ในสภาวะสมดุล แรงที่ไม่สมดุลจะถูกรับโดยจุดรองรับ แนะนำให้ใช้การรวมแรงกระทำแทนค่าเอนเวโลปของแรงภายใน

แต่ละ Node ของแบบจำลอง 3D FEM ต้องอยู่ในสภาวะสมดุล ข้อกำหนดสมดุลนี้ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นสำหรับการออกแบบจุดต่อแบบง่าย ชิ้นส่วนหนึ่งของจุดต่อจะทำหน้าที่เป็น "ชิ้นส่วนรับแรงหลัก" เสมอ และชิ้นส่วนอื่นๆ จะเชื่อมต่อเข้ากับมัน หากตรวจสอบเฉพาะการเชื่อมต่อของชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อ ก็ไม่จำเป็นต้องรักษาสมดุล ดังนั้นจึงมีโหมดการป้อนแรงกระทำสองแบบ:

แบบง่าย (Simplified) – ในโหมดนี้ ชิ้นส่วนรับแรงหลักจะถูกรองรับ (ชิ้นส่วนต่อเนื่องทั้งสองด้าน) และไม่มีการกำหนดแรงกระทำบนชิ้นส่วนนั้น
แบบละเอียด (Advanced) (แม่นยำพร้อมการตรวจสอบสมดุล) – ชิ้นส่วนรับแรงหลักถูกรองรับที่ปลายด้านหนึ่ง แรงกระทำถูกใช้กับชิ้นส่วนทั้งหมด และต้องหาสมดุลให้ได้

สามารถสลับโหมดได้ในกลุ่มริบบอน Loads in equilibrium

ความแตกต่างระหว่างโหมดแสดงในตัวอย่างต่อไปนี้ของการเชื่อมต่อแบบ T คานรับโมเมนต์ดัดที่ปลาย 41 kNm นอกจากนี้ยังมีแรงอัดตามแนวแกน 100 kN ในเสา ในกรณีของโหมดแบบง่าย แรงตามแนวแกนจะไม่ถูกนำมาพิจารณาเนื่องจากเสาถูกรองรับทั้งสองปลาย โปรแกรมแสดงเฉพาะผลของโมเมนต์ดัดของคานเท่านั้น ผลของแรงตามแนวแกนจะถูกวิเคราะห์เฉพาะในโหมดเต็มรูปแบบ และจะแสดงในผลลัพธ์

การป้อนข้อมูลแบบง่าย: แรงตามแนวแกนในเสาไม่ถูกนำมาพิจารณา

การป้อนข้อมูลแบบละเอียด: แรงตามแนวแกนในเสาถูกนำมาพิจารณา

วิธีแบบง่ายใช้งานได้ง่ายกว่าสำหรับผู้ใช้ แต่สามารถใช้ได้เฉพาะเมื่อผู้ใช้สนใจศึกษาองค์ประกอบของการเชื่อมต่อ ไม่ใช่พฤติกรรมของจุดต่อทั้งหมด

สำหรับกรณีที่ชิ้นส่วนรับแรงหลักรับแรงกระทำสูงและใกล้ถึงขีดความสามารถสูงสุด จำเป็นต้องใช้โหมดแบบละเอียดที่คำนึงถึงแรงภายในทั้งหมดในจุดต่อ

แรงภายในในการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก

แรงปลายของชิ้นส่วนในแบบจำลองการวิเคราะห์โครงสร้างจะถูกถ่ายโอนไปยังปลายของส่วนชิ้นส่วน โดยความเยื้องศูนย์ของชิ้นส่วนที่เกิดจากการออกแบบจุดต่อจะได้รับการพิจารณาในระหว่างการถ่ายโอน

แบบจำลองการวิเคราะห์ที่สร้างขึ้นด้วยวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) สอดคล้องกับจุดต่อจริงอย่างแม่นยำ ในขณะที่การวิเคราะห์แรงภายในดำเนินการบนแบบจำลองแท่ง 3D FEM ที่ถูกทำให้เรียบง่ายอย่างมาก โดยคานแต่ละชิ้นถูกจำลองด้วยเส้นกึ่งกลาง และจุดต่อถูกจำลองด้วย Node ที่ไม่มีมิติ

จุดต่อของเสาแนวตั้งและคานแนวนอน

แรงภายในถูกวิเคราะห์โดยใช้ชิ้นส่วน 1D ในแบบจำลอง 3D ตัวอย่างของแรงภายในแสดงในรูปต่อไปนี้

แรงภายในในคานแนวนอน โดย M และ V คือแรงปลายที่จุดต่อ

ผลกระทบที่เกิดจากชิ้นส่วนต่อจุดต่อมีความสำคัญในการออกแบบจุดต่อ (การเชื่อมต่อ) ผลกระทบดังกล่าวแสดงในรูปต่อไปนี้:

ผลกระทบของชิ้นส่วนต่อจุดต่อ โดยแบบจำลอง CBFEM แสดงด้วยสีน้ำเงินเข้ม

โมเมนต์ M และแรงเฉือน V กระทำที่จุดต่อเชิงทฤษฎี จุดของจุดต่อเชิงทฤษฎีไม่มีอยู่ในแบบจำลอง CBFEM ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้แรงกระทำที่จุดนี้ได้ แบบจำลองต้องรับแรงกระทำ M และ V ซึ่งต้องถ่ายโอนไปยังปลายของส่วนในระยะ r

M_c = M – V ∙ r

V_c = V

ในแบบจำลอง CBFEM หน้าตัดปลายของส่วนรับโมเมนต์ M_c และแรง V_c

ในการออกแบบจุดต่อ ต้องกำหนดและคำนึงถึงตำแหน่งจริงของจุดต่อเทียบกับจุดเชิงทฤษฎี แรงภายในที่ตำแหน่งของจุดต่อจริงส่วนใหญ่แตกต่างจากแรงภายในที่จุดเชิงทฤษฎี ด้วยแบบจำลอง CBFEM ที่แม่นยำ การออกแบบจึงดำเนินการบนแรงที่ลดลง – ดูโมเมนต์ M_r ในรูปต่อไปนี้:

โมเมนต์ดัดในแบบจำลอง CBFEM: ลูกศรชี้ไปยังตำแหน่งจริงของการเชื่อมต่อ

ในการใช้แรงกระทำที่จุดต่อ ต้องคำนึงว่าผลลัพธ์ของจุดต่อจริงต้องสอดคล้องกับแบบจำลองเชิงทฤษฎีที่ใช้ในการคำนวณแรงภายใน ซึ่งเป็นไปตามนี้สำหรับจุดต่อแบบแข็ง แต่สถานการณ์อาจแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงสำหรับบานพับ

ตำแหน่งของบานพับในแบบจำลอง 3D FEM เชิงทฤษฎีและในโครงสร้างจริง

ดังที่แสดงในรูปก่อนหน้า ตำแหน่งของบานพับในแบบจำลองชิ้นส่วน 1D เชิงทฤษฎีแตกต่างจากตำแหน่งจริงในโครงสร้าง แบบจำลองเชิงทฤษฎีไม่สอดคล้องกับความเป็นจริง เมื่อใช้แรงภายในที่คำนวณได้ โมเมนต์ดัดที่มีนัยสำคัญจะถูกใช้กับจุดต่อที่เลื่อนตำแหน่ง และจุดต่อที่ออกแบบจะมีขนาดใหญ่เกินไปหรืออาจออกแบบไม่ได้เลย วิธีแก้ไขนั้นง่าย – ทั้งสองแบบจำลองต้องสอดคล้องกัน ไม่ว่าจะกำหนดบานพับในแบบจำลองชิ้นส่วน 1D ในตำแหน่งที่ถูกต้อง หรือเลื่อนแรงเฉือนเพื่อให้ได้โมเมนต์เป็นศูนย์ที่ตำแหน่งของบานพับ

การกระจายโมเมนต์ดัดที่เลื่อนตำแหน่งบนคาน: โมเมนต์เป็นศูนย์ที่ตำแหน่งของบานพับ

การเลื่อนของแรงเฉือนสามารถกำหนดได้ในตารางสำหรับการกำหนดแรงภายใน

ตำแหน่งของผลของแรงกระทำมีอิทธิพลอย่างมากต่อการออกแบบการเชื่อมต่อที่ถูกต้อง เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้าใจผิดทั้งหมด เราอนุญาตให้ผู้ใช้เลือกจากสามตัวเลือก – Node / Bolts / Position

โปรดทราบว่าเมื่อเลือกตัวเลือก Node แรงจะถูกใช้ที่ปลายของชิ้นส่วนที่เลือก ซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่ Node เชิงทฤษฎี เว้นแต่จะมีการกำหนดค่าออฟเซ็ตของชิ้นส่วนที่เลือกในรูปทรงเรขาคณิต

นำเข้าแรงกระทำจากโปรแกรม FEA

IDEA StatiCa รองรับการนำเข้าแรงภายในจาก โปรแกรม FEA ของบุคคลที่สาม โปรแกรม FEA ใช้ค่าครอบคลุมของแรงภายในจากการรวมแรง IDEA StatiCa Connection เป็นโปรแกรมที่วิเคราะห์จุดต่อเหล็กแบบไม่เชิงเส้น (แบบจำลองวัสดุยืดหยุ่น/พลาสติก) ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้การรวมแรงแบบครอบคลุมได้ IDEA StatiCa ค้นหาค่าสุดขีดของแรงภายใน (N, V_y, V_z, M_x, M_y, M_z) ในทุกการรวมแรงที่ปลายของชิ้นส่วนทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับจุดต่อ สำหรับค่าสุดขีดแต่ละค่า แรงภายในอื่นๆ ทั้งหมดจากการรวมแรงนั้นในชิ้นส่วนที่เหลือทั้งหมดจะถูกนำมาใช้ด้วย IDEA StatiCa กำหนดการรวมแรงที่เลวร้ายที่สุดสำหรับแต่ละองค์ประกอบ (แผ่นเหล็ก รอยเชื่อม สลักเกลียว เป็นต้น) ในการเชื่อมต่อ

ผู้ใช้สามารถแก้ไขรายการกรณีแรงกระทำนี้ได้ สามารถทำงานกับการรวมแรงในตัวช่วยสร้าง (หรือ BIM) หรือลบบางกรณีโดยตรงใน IDEA StatiCa Connection

คำเตือน!

จำเป็นต้องคำนึงถึงแรงภายในที่ไม่สมดุลระหว่างการนำเข้า ซึ่งอาจเกิดขึ้นในกรณีต่อไปนี้:

แรงกระทำที่ Node ถูกใช้ที่ตำแหน่งของ Node ที่ตรวจสอบ ซอฟต์แวร์ไม่สามารถตรวจจับได้ว่าชิ้นส่วนใดควรถ่ายโอนแรงกระทำที่ Node นี้ ดังนั้นจึงไม่ได้นำมาพิจารณาในแบบจำลองการวิเคราะห์ วิธีแก้ไข: อย่าใช้แรงกระทำที่ Node ในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวม หากจำเป็น ต้องเพิ่มแรงด้วยตนเองในชิ้นส่วนที่เลือกเป็นแรงตามแนวแกนหรือแรงเฉือน
ชิ้นส่วนที่รับแรงซึ่งไม่ใช่เหล็ก (โดยปกติเป็นไม้หรือคอนกรีต) เชื่อมต่อกับ Node ที่ตรวจสอบ ชิ้นส่วนดังกล่าวไม่ได้รับการพิจารณาในการวิเคราะห์ และแรงภายในของชิ้นส่วนเหล่านั้นจะถูกละเว้นในการวิเคราะห์ วิธีแก้ไข: แทนที่ชิ้นส่วนคอนกรีตด้วยบล็อกคอนกรีตและการยึดเหนี่ยว
Node เป็นส่วนหนึ่งของแผ่นพื้นหรือผนัง (โดยปกติเป็นคอนกรีต) แผ่นพื้นหรือผนังไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของแบบจำลอง และแรงภายในของแผ่นพื้นหรือผนังจะถูกละเว้น วิธีแก้ไข: แทนที่แผ่นพื้นหรือผนังคอนกรีตด้วยบล็อกคอนกรีตและการยึดเหนี่ยว
ชิ้นส่วนบางส่วนเชื่อมต่อกับ Node ที่ตรวจสอบผ่านการเชื่อมต่อแบบแข็ง ชิ้นส่วนดังกล่าวไม่ได้รวมอยู่ในแบบจำลอง และแรงภายในของชิ้นส่วนเหล่านั้นจะถูกละเว้น วิธีแก้ไข: เพิ่มชิ้นส่วนเหล่านี้ในรายการชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อด้วยตนเอง
กรณีแรงกระทำแผ่นดินไหวถูกวิเคราะห์ในซอฟต์แวร์ โปรแกรม FEA ส่วนใหญ่เสนอการวิเคราะห์โหมดเพื่อแก้ปัญหาแผ่นดินไหว ผลลัพธ์ของแรงภายในของกรณีแรงกระทำแผ่นดินไหวโดยปกติให้เฉพาะค่าครอบคลุมของแรงภายในในหน้าตัด เนื่องจากวิธีการประเมิน (รากที่สองของผลรวมกำลังสอง – SRSS) แรงภายในจึงเป็นบวกทั้งหมด และไม่สามารถหาแรงที่สอดคล้องกับค่าสุดขีดที่เลือกได้ จึงไม่สามารถบรรลุความสมดุลของแรงภายในได้ วิธีแก้ไข: เปลี่ยนเครื่องหมายบวกของแรงภายในบางส่วนด้วยตนเอง

การวิเคราะห์กำลังของจุดต่อโครงสร้างเหล็ก

การวิเคราะห์กำลังเป็นการวิเคราะห์ที่สำคัญที่สุดของจุดต่อ การตรวจสอบความเครียดของแผ่นเหล็กร่วมกับการตรวจสอบตามมาตรฐานของชิ้นส่วนต่างๆ ดำเนินการโดยการวิเคราะห์แบบ elastic-plastic

การวิเคราะห์จุดต่อเป็นแบบไม่เชิงเส้นทางวัสดุ การเพิ่มแรงกระทำจะถูกใช้ทีละน้อย และค้นหาสภาวะความเค้น มีโหมดการวิเคราะห์สองแบบใน IDEA StatiCa Connection:

การตอบสนองของโครงสร้าง (จุดต่อ) ต่อแรงกระทำรวม ในโหมดนี้จะใช้แรงกระทำที่กำหนดทั้งหมด (100%) และคำนวณสภาวะความเค้นและการเสียรูปที่สอดคล้องกัน

การสิ้นสุดการวิเคราะห์เมื่อถึงสภาวะขีดจำกัดสูงสุด ควรทำเครื่องหมายในช่อง Code setup "Stop at limit strain" สภาวะนี้จะพบเมื่อความเครียดพลาสติกถึงขีดจำกัดที่กำหนด ในกรณีที่แรงกระทำที่กำหนดสูงกว่ากำลังที่คำนวณได้ การวิเคราะห์จะถูกทำเครื่องหมายว่าไม่ผ่าน และแสดงเปอร์เซ็นต์ของแรงกระทำที่ใช้ โปรดทราบว่าความต้านทานเชิงวิเคราะห์ของชิ้นส่วน เช่น สลักเกลียว อาจเกินค่าที่กำหนดได้

โหมดที่สองเหมาะสมกว่าสำหรับการออกแบบในทางปฏิบัติ ส่วนโหมดแรกเหมาะสำหรับการวิเคราะห์โดยละเอียดของจุดต่อที่ซับซ้อน

การวิเคราะห์ความแข็งและความสามารถในการเสียรูปของจุดต่อโครงสร้างเหล็ก

จุดต่อถูกจำแนกตามความแข็งเป็นแบบแข็ง กึ่งแข็ง และแบบหมุนได้ วิศวกรควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าความแข็งของจุดต่อสอดคล้องกับความแข็งที่กำหนดในซอฟต์แวร์ CAE เป้าหมายของการวิเคราะห์ความแข็งคือการได้การกระจายแรงที่ถูกต้องในชิ้นส่วนและจุดต่อ รวมถึงการโก่งตัวที่ถูกต้องของชิ้นส่วนและโครงสร้างโดยรวม

วิธี CBFEM วิเคราะห์ความแข็งของการเชื่อมต่อของชิ้นส่วนแต่ละชิ้นในจุดต่อ สำหรับการวิเคราะห์ความแข็งที่ถูกต้อง จะต้องสร้างแบบจำลองการวิเคราะห์แยกต่างหากสำหรับแต่ละชิ้นส่วนที่วิเคราะห์ ดังนั้นการวิเคราะห์ความแข็งจะไม่ได้รับอิทธิพลจากความแข็งของชิ้นส่วนอื่นในจุดต่อ แต่ขึ้นอยู่กับ Node เองและการก่อสร้างของการเชื่อมต่อของชิ้นส่วนที่วิเคราะห์เท่านั้น ในขณะที่ชิ้นส่วนรับแรงหลักถูกรองรับสำหรับการวิเคราะห์กำลัง (ชิ้นส่วน SL ในรูปด้านล่าง) ชิ้นส่วนทั้งหมดยกเว้นชิ้นส่วนที่วิเคราะห์จะถูกรองรับในการวิเคราะห์ความแข็ง (ดูสองรูปด้านล่างสำหรับการวิเคราะห์ความแข็งของชิ้นส่วน B1 และ B3) ข้อยกเว้นคือฐานเสาซึ่งการรองรับมาจากฐานรากคอนกรีต โดยมีเพียงชิ้นส่วนที่วิเคราะห์เท่านั้นที่รับแรง และชิ้นส่วนอื่นมีข้อจำกัดตามประเภทแบบจำลองของตนเท่านั้น

จุดรองรับบนชิ้นส่วนสำหรับการวิเคราะห์กำลัง

จุดรองรับบนชิ้นส่วนสำหรับการวิเคราะห์ความแข็งของชิ้นส่วน B1

จุดรองรับบนชิ้นส่วนสำหรับการวิเคราะห์ความแข็งของชิ้นส่วน B3

แรงกระทำสามารถใช้ได้กับชิ้นส่วนที่วิเคราะห์เท่านั้น หากกำหนดโมเมนต์ดัด M_y จะวิเคราะห์ความแข็งในการหมุนรอบแกน y หากกำหนดโมเมนต์ดัด M_z จะวิเคราะห์ความแข็งในการหมุนรอบแกน z หากกำหนดแรงตามแนวแกน N จะวิเคราะห์ความแข็งตามแนวแกนของการเชื่อมต่อ

เส้นโค้งโมเมนต์-การหมุน (หรือแรง-การเสียรูป) คำนวณสำหรับสองแบบจำลอง:

แบบจำลองการเชื่อมต่อเต็มรูปแบบ – พร้อมชิ้นส่วน แผ่นเหล็ก สลักเกลียว รอยเชื่อม ฯลฯ (การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางวัสดุ)
แบบจำลองชิ้นส่วน – มีเฉพาะชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อแบบแข็งที่ Node (การวิเคราะห์แบบยืดหยุ่นเชิงเส้น)

ไดอะแกรมที่แสดงสร้างขึ้นโดยการลบแบบจำลองชิ้นส่วนออกจากแบบจำลองการเชื่อมต่อเต็มรูปแบบ วิธีนี้จะตัดการเสียรูปแบบยืดหยุ่นของชิ้นส่วนซึ่งรวมอยู่ในแบบจำลองของโครงสร้างโดยรวมแล้วออกไป

โปรแกรมสร้างไดอะแกรมสมบูรณ์โดยอัตโนมัติ แสดงโดยตรงใน GUI และสามารถเพิ่มลงในรายงานผลลัพธ์ได้ สามารถศึกษาความแข็งในการหมุนหรือตามแนวแกนสำหรับแรงออกแบบที่กำหนด IDEA StatiCa Connection ยังสามารถจัดการกับปฏิสัมพันธ์ของแรงภายในอื่นๆ ได้ด้วย

ไดอะแกรมแสดง:

ระดับของแรงออกแบบ M_Ed
ค่าขีดจำกัดของกำลังของการเชื่อมต่อสำหรับความเครียดสมมูล 5% M_j,Rd; ขีดจำกัดสำหรับความเครียดพลาสติกสามารถเปลี่ยนได้ใน Code setup
ค่าขีดจำกัดของกำลังของชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อ (มีประโยชน์สำหรับการออกแบบต้านแผ่นดินไหวด้วย) M_c,Rd
2/3 ของกำลังขีดจำกัดสำหรับการคำนวณความแข็งเริ่มต้น
ค่าความแข็งเริ่มต้น S_j,ini
ค่าความแข็ง Secant S_js
ขีดจำกัดสำหรับการจำแนกประเภทการเชื่อมต่อ – แบบแข็งและแบบหมุนได้
การเสียรูปในการหมุน Φ
ความสามารถในการหมุน Φ_c

การเชื่อมต่อแบบเชื่อมแข็ง

การเชื่อมต่อแบบสลักเกลียวกึ่งแข็ง

หลังจากถึงความเครียด 5% ในแผ่นเอวเสาในแรงเฉือน บริเวณพลาสติกจะแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว

จุดต่อถูกจำแนกตามความแข็งเป็นประเภทแข็ง กึ่งแข็ง หรือแบบหมุนได้ตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง สามารถกำหนดความยาวทางทฤษฎีของชิ้นส่วนสำหรับชิ้นส่วนที่วิเคราะห์ได้:

แรงกระทำถูกใช้อย่างไร?

มีเพียงชิ้นส่วนเดียวที่รับแรงและตรวจสอบในการวิเคราะห์ความแข็ง ชิ้นส่วนที่วิเคราะห์อาจรับแรงโดย:

แรงตามแนวแกน N
แรงเฉือน V_y และ V_z
โมเมนต์ดัด M_y และ M_z
แรงบิด M_x

ผลของแรงกระทำทั้งหมดถูกใช้พร้อมกัน หากแรงที่ใช้มีขนาดเล็กเกินไป แรงทั้งหมดจะถูกเพิ่มขึ้นด้วยตัวคูณเพื่อให้ถึงกำลังของจุดต่อ (แรงที่ใช้ต้องมากกว่า 1) เมื่อสร้างไดอะแกรมโมเมนต์-การหมุนหรือแรง-การเสียรูป ผลของแรงกระทำทั้งหมดจะถูกเพิ่มขึ้นเป็นขั้นตอนตามสัดส่วน

ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนที่วิเคราะห์รับแรงโดย:

แรงตามแนวแกน N = 50 kN
แรงเฉือน V_z = -80 kN
โมเมนต์ดัด M_y = 30 kNm

กำลังของชิ้นส่วนคือ:

กำลังตามแนวแกน N_R = 2 111 kN
กำลังรับแรงเฉือน V_z,_R = 763 kN
กำลังรับโมเมนต์ดัด M_y_,R = 226 kNm

แรงถูกคูณด้วยตัวคูณ:

\[ \alpha = \textrm{min} \left \{ \frac{N_R}{N}, \, \frac{M_{y,R}}{M_y}, \, \frac{M_{z,R}}{M_z} \right \} \]

โปรดทราบว่าหากแรงเฉือนไม่ถูกใช้ที่ Node กล่าวคือมันทำงานบนแขนโมเมนต์ โมเมนต์ดัดจะได้รับผลกระทบ โมเมนต์ดัดที่ Node ตามที่เห็นในแบบจำลอง Wireframe จะถูกใช้เป็นแรงที่กำหนด

ในตัวอย่างนี้ ตัวคูณคือ \( \alpha = 7.53 \) แรงที่กำหนดถูกคูณแล้วใช้เป็นขั้นตอน และผลลัพธ์ถูกพล็อตในไดอะแกรมความแข็ง แรงที่ใช้ถูกแบ่งออกเป็น 12 ขั้นตอน และเมื่อการเชื่อมต่อใกล้ถึงกำลัง ขั้นตอนจะถูกปรับให้ละเอียดขึ้น ตัวอย่างของสามขั้นตอนแรกอยู่ในตารางต่อไปนี้:

	แรงที่กำหนด	แรงที่ใช้	ขั้นตอนที่หนึ่ง	ขั้นตอนที่สอง	ขั้นตอนที่สาม
		100%	8.33%	16.67%	25.00%
N	50	377	31	63	94
V_y	0	0	0	0	0
V_z	-80	-603	-50	-100	-151
M_x	0	0	0	0	0
M_y	30	226	19	38	57
M_z	0	0	0	0	0

ความสามารถในการเสียรูป

ความสามารถในการเสียรูป/ความเหนียว δ_Cd อยู่ร่วมกับกำลังและความแข็งในฐานะสามพารามิเตอร์พื้นฐานที่อธิบายพฤติกรรมของการเชื่อมต่อ ในการเชื่อมต่อที่ต้านทานโมเมนต์ ความเหนียวได้มาจากความสามารถในการหมุนที่เพียงพอ φ_Cd. ความสามารถในการเสียรูป/การหมุนจะคำนวณแยกกันสำหรับแต่ละการเชื่อมต่อในจุดต่อ

ซอฟต์แวร์ประมาณความสามารถในการเสียรูปเป็นจุดที่บรรลุเงื่อนไขใดเงื่อนไขหนึ่งต่อไปนี้:

ถึงกำลังของสลักเกลียวหรือพุกในแรงดึง แรงเฉือน หรือปฏิสัมพันธ์แรงดึง/แรงเฉือน
ถึงกำลังของรอยเชื่อม
ความเครียดพลาสติกในแผ่นเหล็กถึง 15%

การประมาณความสามารถในการหมุนมีความสำคัญในการเชื่อมต่อที่รับ แรงแผ่นดินไหว ดู Gioncu และ Mazzolani (2002) และ Grecea (2004) และแรงกระทำสุดขีด ดู Sherbourne และ Bahaari (1994 และ 1996) ความสามารถในการเสียรูปของส่วนประกอบได้รับการศึกษาตั้งแต่ปลายศตวรรษที่แล้ว (Foley และ Vinnakota, 1995) Faella และคณะ (2000) ได้ทำการทดสอบ T-stub และได้สูตรเชิงวิเคราะห์สำหรับความสามารถในการเสียรูป Kuhlmann และ Kuhnemund (2000) ได้ทำการทดสอบแผ่นเอวเสาที่รับแรงอัดตามขวางในระดับแรงอัดตามแนวแกนต่างๆ ในเสา Da Silva และคณะ (2002) ได้ทำนายความสามารถในการเสียรูปในระดับแรงตามแนวแกนต่างๆ ในคานที่เชื่อมต่อ จากผลการทดสอบรวมกับการวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element ความสามารถในการเสียรูปได้รับการกำหนดสำหรับส่วนประกอบพื้นฐานโดยแบบจำลองเชิงวิเคราะห์โดย Beg และคณะ (2004) ในงานวิจัยนี้ ส่วนประกอบถูกแทนด้วย Spring แบบไม่เชิงเส้นและรวมกันอย่างเหมาะสมเพื่อกำหนดความสามารถในการหมุนของจุดต่อสำหรับการเชื่อมต่อแบบแผ่นปลาย ทั้งแบบแผ่นปลายยื่นและแบบแผ่นปลายเสมอ และการเชื่อมต่อแบบเชื่อม สำหรับการเชื่อมต่อเหล่านี้ ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดซึ่งอาจมีส่วนสนับสนุนอย่างมีนัยสำคัญต่อความสามารถในการหมุนได้รับการระบุว่าได้แก่ แผ่นเอวในแรงอัด แผ่นเอวเสาในแรงดึง แผ่นเอวเสาในแรงเฉือน ปีกเสาในการดัด และแผ่นปลายในการดัด ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับแผ่นเอวเสามีความเกี่ยวข้องเฉพาะเมื่อไม่มีแผ่นเสริมความแข็งในเสาที่ต้านทานแรงอัด แรงดึง หรือแรงเฉือน การมีแผ่นเสริมความแข็งจะขจัดส่วนประกอบที่สอดคล้องกัน และการมีส่วนร่วมต่อความสามารถในการหมุนของจุดต่อจึงสามารถละเลยได้ แผ่นปลายและปีกเสามีความสำคัญเฉพาะสำหรับการเชื่อมต่อแบบแผ่นปลายที่ส่วนประกอบทำงานเป็น T-stub ซึ่งรวมถึงความสามารถในการเสียรูปของสลักเกลียวในแรงดึงด้วย คำถามและขีดจำกัดของความสามารถในการเสียรูปของการเชื่อมต่อเหล็กกำลังสูงได้รับการศึกษาโดย Girao และคณะ (2004)

การออกแบบความสามารถรับแรงของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก

การออกแบบความสามารถรับแรง (Capacity design) เป็นส่วนหนึ่งของการตรวจสอบจุดต่อในการออกแบบต้านทานแผ่นดินไหว เมื่อต้องอาศัยความเหนียวของโครงสร้าง จะต้องดำเนินการออกแบบความสามารถรับแรง

วัตถุประสงค์ของการออกแบบความสามารถรับแรงคือการยืนยันว่าอาคารมีพฤติกรรมเหนียวที่ควบคุมได้ เพื่อหลีกเลี่ยงการพังทลายในแผ่นดินไหวระดับการออกแบบ

ชิ้นส่วนที่กระจายพลังงาน (dissipative item) จะถูกเลือกโดยมีกำลังที่เพิ่มขึ้นและแผนภาพวัสดุที่ปรับแก้ไข ตัวคูณกำลังเกิน \(\gamma_{ov}\) ถูกกำหนดในส่วนวัสดุ และตัวคูณการแข็งตัวจากความเครียด \(\gamma_{sh}\) ที่การดำเนินการของชิ้นส่วนที่กระจายพลังงาน โปรดทราบว่าการตั้งชื่อแตกต่างกันระหว่างมาตรฐาน ชิ้นส่วนที่กระจายพลังงานจะถูกยกเว้นจากการตรวจสอบความเครียดของแผ่นเหล็ก

แผนภาพวัสดุที่ปรับแก้ไขสำหรับชิ้นส่วนที่กระจายพลังงาน

IDEA StatiCa Connection ตรวจสอบการเชื่อมต่อภายใต้แรงออกแบบที่กระทำ ซึ่งควรสร้าง plastic hinge ในชิ้นส่วนที่กระจายพลังงานที่เลือก โดยปกติคือคาน ความเครียดพลาสติกในชิ้นส่วนที่กระจายพลังงานควรอยู่ที่ประมาณ 5% ซึ่งสามารถใช้เป็นการยืนยันว่าขนาดและตำแหน่งของแรงได้รับการกำหนดอย่างถูกต้อง

Plastic hinge ที่เกิดขึ้นที่ตำแหน่งที่ตั้งใจไว้ของชิ้นส่วนที่กระจายพลังงาน – คาน

จุดรองรับของชิ้นส่วนต่อเนื่องจะถูกกำหนดโดยอัตโนมัติให้รองรับที่ปลายด้านหนึ่งและยึดโมเมนต์ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ด้วยวิธีนี้ เสาต่อเนื่องอาจรับแรงตามแนวแกนและแรงเฉือน และยังอนุญาตให้ด้านหนึ่งเคลื่อนตัวด้านข้างได้ เพื่อให้เห็นการวิบัติของแผ่นเอวเสาจากแรงเฉือน

โปรดทราบว่ารายละเอียดการก่อสร้างมีความสำคัญมากสำหรับจุดต่อต้านทานแผ่นดินไหว แต่ไม่ได้รับการตรวจสอบใน IDEA StatiCa

การออกแบบความต้านทานของจุดต่อ

การออกแบบความต้านทานของจุดต่อช่วยประเมินสำรองในความต้านทานของการเชื่อมต่อ

โดยทั่วไปผู้ออกแบบจะแก้ปัญหาการออกแบบการเชื่อมต่อ/จุดต่อเพื่อถ่ายแรงออกแบบที่ทราบค่า แต่ยังเป็นประโยชน์ที่จะทราบว่าการออกแบบอยู่ห่างจากสภาวะขีดจำกัดเพียงใด กล่าวคือ สำรองในการออกแบบมีมากเพียงใดและมีความปลอดภัยเพียงใด ซึ่งสามารถทำได้ง่ายๆ โดยใช้ประเภทการวิเคราะห์ – การออกแบบความต้านทานของจุดต่อ

ผู้ใช้ป้อนแรงออกแบบเช่นเดียวกับการออกแบบมาตรฐาน ซอฟต์แวร์จะเพิ่มองค์ประกอบแรงทั้งหมดตามสัดส่วนโดยอัตโนมัติจนกว่าการตรวจสอบใดการตรวจสอบหนึ่งที่รวมอยู่จะไม่ผ่าน

การวิเคราะห์ DR ดำเนินการตรวจสอบสำหรับองค์ประกอบต่อไปนี้:

ความเครียดพลาสติกในแผ่นเหล็ก
สลักเกลียว – แรงเฉือน แรงดึง และการรวมกันของแรงดึงและแรงเฉือน
พุก – ความต้านทานเหล็กต่อแรงดึงและแรงเฉือน
รอยเชื่อม

โปรดทราบว่าองค์ประกอบอื่นๆ ที่ไม่รวมอยู่ในรายการข้างต้นจะไม่ได้รับการตรวจสอบเนื่องจากทิศทางของแรงในองค์ประกอบไม่ทราบค่า ด้วยเหตุนี้ ควรดำเนินการวิเคราะห์ EPS เสมอเพื่อให้แน่ใจว่าการตรวจสอบทั้งหมดดำเนินการอย่างถูกต้อง

ผู้ใช้จะได้รับอัตราส่วนของแรงสูงสุดต่อแรงออกแบบ นอกจากนี้ยังมีแผนภาพอย่างง่ายให้ด้วย

ผลลัพธ์ของกรณีแรงที่ผู้ใช้กำหนดจะแสดงขึ้น เว้นแต่ค่าตัวประกอบการออกแบบความต้านทานของจุดต่อจะน้อยกว่า 100% ซึ่งหมายความว่าการคำนวณไม่ลู่เข้า และจะแสดงขั้นตอนสุดท้ายที่ลู่เข้าของกรณีแรงนั้น

การวิเคราะห์การโก่งเดาะของจุดต่อโครงสร้างเหล็ก

โดยทั่วไปการโก่งเดาะมักไม่ใช่ปัญหาสำคัญในจุดต่อ อย่างไรก็ตาม ควรตรวจสอบว่าไม่มีปัญหาการโก่งเดาะ และผลลัพธ์จากการวิเคราะห์กำลัง ซึ่งใช้การวิเคราะห์เชิงเรขาคณิตเชิงเส้นเท่านั้น มีความถูกต้อง

IDEA StatiCa Connection สามารถทำการวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้นของแบบจำลองจุดต่อได้ ผลลัพธ์จะแสดงในรูปแบบของโหมดการโก่งเดาะ โดยจะคำนวณแรงกระทำวิกฤตที่ทำให้เกิดการโก่งเดาะของแบบจำลองสมบูรณ์แบบสำหรับแต่ละโหมดการโก่งเดาะ แรงกระทำวิกฤตจะแสดงในรูปของตัวคูณของแรงกระทำที่กระทำต่อจุดต่อ ผู้ใช้สามารถกำหนดการออกแบบการโก่งเดาะที่ปลอดภัยได้จากโหมดการโก่งเดาะและตัวคูณแรงกระทำวิกฤต

มาตรฐานบางฉบับ เช่น Eurocode (EN 1993-1-1, บทที่ 5.2.1) แนะนำให้ใช้ตัวคูณแรงกระทำวิกฤตมากกว่า 15 สำหรับแบบจำลองแท่งของโครงสร้าง หากตัวคูณแรงกระทำวิกฤตมากกว่า 15 มาตรฐานไม่กำหนดให้ต้องตรวจสอบการโก่งเดาะของชิ้นส่วน

สำหรับจุดต่อ สถานการณ์จะแตกต่างออกไป และมาตรฐานไม่ได้ให้คำแนะนำเฉพาะเจาะจง การออกแบบการโก่งเดาะเฉพาะที่ต้องได้รับการแก้ไขด้วยวิธีอื่น โดยทั่วไปการโก่งเดาะเฉพาะที่สามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

แผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อชิ้นส่วนแต่ละชิ้น
แผ่นเสริมความแข็งในจุดต่อ ได้แก่ แผ่นเสริมความแข็ง ซี่เสริม และส่วนเสริมคานสั้น
หน้าตัดปิดและหน้าตัดผนังบาง

การโก่งเดาะของแผ่นเหล็กในกลุ่ม 1 ส่งผลต่อรูปแบบการโก่งเดาะของชิ้นส่วนทั้งหมด ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้กฎเดียวกันกับที่ใช้กับชิ้นส่วนเหล่านั้นกับแผ่นเหล็กเหล่านี้ด้วย กล่าวคือ พิจารณาตัวคูณแรงกระทำวิกฤตที่ปลอดภัยที่ 15 หรือมากกว่า วิศวกรควรตรวจสอบว่าการก่อสร้างจริงของจุดต่อสอดคล้องกับเงื่อนไขขอบเขตของแบบจำลองที่ใช้ในการวิเคราะห์การโก่งเดาะของโครงสร้างทั้งหมด

แผ่นเหล็กในกลุ่ม 2 ส่งผลต่อการโก่งเดาะเฉพาะที่ของจุดต่อ สำหรับแผ่นเหล็กดังกล่าว ขอบเขตปลอดภัยของตัวคูณแรงกระทำวิกฤตที่ 15 นั้นอนุรักษ์นิยมเกินไป แต่มาตรฐานยังขาดคำแนะนำเฉพาะเจาะจง คำแนะนำมาจาก บทความวิจัย ที่แนะนำขอบเขตปลอดภัยของตัวคูณแรงกระทำวิกฤตเท่ากับ 3

การโก่งเดาะของแผ่นเหล็กและชิ้นส่วนในกลุ่ม 3 มีความซับซ้อนมาก และจำเป็นต้องประเมินแต่ละกรณีเป็นรายบุคคล

สำหรับแผ่นเหล็กที่มีตัวคูณแรงกระทำวิกฤตน้อยกว่าค่าที่แนะนำ (15 สำหรับกลุ่ม 1, 3 สำหรับกลุ่ม 2) ไม่สามารถใช้การออกแบบแบบพลาสติกได้ ในกรณีดังกล่าว จำเป็นต้องใช้วิธีอื่นในการออกแบบการเชื่อมต่อ:

การตรวจสอบตามมาตรฐานในมาตรฐานการออกแบบที่เกี่ยวข้อง เช่น Eurocode หรือ AISC Specification หรือ Design Manual
วิธีทั่วไป ใน EN 1993-1-5 ภาคผนวก B – ชิ้นส่วนที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งใช้ผลลัพธ์จาก MNA และ LBA เพื่อกำหนดความต้านทานการโก่งเดาะของแผ่นเหล็กบาง
การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุพร้อมความไม่สมบูรณ์แบบ ซึ่งมีให้ใช้งานใน IDEA StatiCa Member application

ผลลัพธ์ของการวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้นใน IDEA StatiCa Connection ไม่ใช่การตรวจสอบที่ชี้ขาด มาตรฐานไม่ได้ให้คำแนะนำที่เพียงพอ การประเมินต้องอาศัยวิจารณญาณทางวิศวกรรม และ IDEA StatiCa มีเครื่องมือเฉพาะที่ไม่มีในซอฟต์แวร์ออกแบบมาตรฐาน

แผ่น Gusset ในฐานะส่วนต่อขยายของโครงถัก – ตัวอย่างของแผ่นเหล็กจากกลุ่ม 1 ที่สามารถละเลยการโก่งเดาะได้หากตัวคูณการโก่งเดาะวิกฤตมากกว่า 15

ตัวอย่างรูปแบบการโก่งเดาะของแผ่นเหล็กจากกลุ่ม 2 ที่สามารถละเลยการโก่งเดาะได้หากตัวคูณการโก่งเดาะวิกฤตมากกว่า 3

แบบจำลองที่ใช้ในการวิเคราะห์การโก่งเดาะได้รับการรองรับด้วยจุดรองรับที่แตกต่างจากที่ผู้ใช้กำหนดในประเภทการวิเคราะห์ความเค้น-ความเครียด (EPS) ชิ้นส่วนรับแรงหลักจะได้รับการรองรับอย่างสมบูรณ์ ประเภทแบบจำลองของคานที่กำหนดเป็น N-Vy-Vz-Mx-My-Mz (เคลื่อนที่ได้อิสระในประเภทการวิเคราะห์ความเค้น-ความเครียด) จะได้รับการรองรับอย่างสมบูรณ์ในการวิเคราะห์การโก่งเดาะ ประเภทการวิเคราะห์คานอื่นๆ ทั้งหมดมีโมเมนต์ดัดและแรงตามแนวแกนถูกจำกัด แต่สามารถเคลื่อนที่ด้านข้างได้อิสระ

ประเภทแบบจำลอง N-Vy-Vz-Mx-My-Mz: จุดรองรับในแบบจำลองการโก่งเดาะ: N-Vy-Vz-Mx-My-Mz
ประเภทแบบจำลอง N-Vy-Vz: จุดรองรับในแบบจำลองการโก่งเดาะ: N-Mx-My-Mz
ประเภทแบบจำลอง N-Vz-My: จุดรองรับในแบบจำลองการโก่งเดาะ: N-Mx-My-Mz
ประเภทแบบจำลอง N-Vy-Mz: จุดรองรับในแบบจำลองการโก่งเดาะ: N-Mx-My-Mz

สันนิษฐานว่าในกรณีของจุดต่อแบบแข็ง ผู้ใช้กำหนดโมเมนต์ดัด และการโก่งเดาะของส่วนคานสั้นไม่มีนัยสำคัญ ในทางกลับกัน ในกรณีของจุดต่อแบบหมุนได้ ผู้ใช้กำหนดเฉพาะแรงตามแนวแกนและแรงเฉือนโดยไม่มีโมเมนต์ดัด แต่การโก่งเดาะของชิ้นส่วนแบบหมุนได้มีความสำคัญ จึงมีส่วนร่วมต่อตัวคูณการโก่งเดาะ ดูรูปด้านล่าง "Model" แสดงแบบจำลองในประเภทการวิเคราะห์ความเค้น-ความเครียด และ "Buckling" แสดงแบบจำลองในการวิเคราะห์การโก่งเดาะ

การลู่เข้าของการวิเคราะห์สำหรับแบบจำลองการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กที่ซับซ้อน

การวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element อาจไม่ลู่เข้าได้จากหลายสาเหตุ โดยทั่วไปมักเกิดจากชิ้นส่วนบางส่วนที่ไม่ได้รับการรองรับอย่างเพียงพอและสามารถเคลื่อนที่หรือหมุนได้อย่างอิสระ

การวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element ต้องการแผนภาพความเค้น-ความเครียดของแบบจำลองวัสดุที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย ในบางกรณีของแบบจำลองที่ซับซ้อน เช่น แบบจำลองที่มีจุดสัมผัสหลายจุด การเพิ่มจำนวนรอบการวนซ้ำที่ไม่ลู่เข้าอาจช่วยให้การลู่เข้าดีขึ้น ค่านี้สามารถตั้งค่าได้ใน Code setup สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวในการวิเคราะห์คือความเป็นเอกฐาน (Singularity) เมื่อชิ้นส่วนของแบบจำลองไม่ได้เชื่อมต่อกันอย่างถูกต้องและสามารถเคลื่อนที่หรือหมุนได้อย่างอิสระ ผู้ใช้จะได้รับการแจ้งเตือนและควรตรวจสอบแบบจำลองว่ามีรอยเชื่อมหรือสลักเกลียวที่ขาดหายไปหรือไม่ รูปร่างที่เสียรูปจะแสดงพร้อมกับรายการที่ทำให้เกิดความเป็นเอกฐานครั้งแรกโดยเลื่อนออกไป 1 m เพื่อให้ตรวจพบความเป็นเอกฐานได้ง่าย

รอยเชื่อมที่ขาดหายไปที่แผ่น Gusset ทำให้เกิดความเป็นเอกฐาน

การเชื่อมต่อเหล็กกับไม้ (พื้นฐานทางทฤษฎี)

การเชื่อมต่อเหล็กกับไม้ในขณะนี้มีไว้สำหรับการตรวจสอบแผ่นเหล็กและการหาเวกเตอร์แรงในตัวยึดเท่านั้น แผ่น Gusset สามารถใช้งานได้ทั้งแบบปิดล้อมหรือแบบสอดแทรก

คุณสมบัติของวัสดุไม้ไม่ได้ถูกระบุไว้ การตรวจสอบตัวยึดและไม้ควรดำเนินการด้วยตนเองหรือในซอฟต์แวร์อื่นตามกฎการออกแบบที่เหมาะสม ดังนั้นการวิเคราะห์ความแข็งเกร็งจึงไม่สามารถใช้งานได้

การตรวจสอบส่วนประกอบอื่น ๆ ของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กจะได้รับการตรวจสอบตามมาตรฐานตามปกติ

อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำงานกับการเชื่อมต่อเหล็กกับไม้ใน บทความฐานความรู้

ชิ้นส่วนเหล็กผนังบาง

IDEA StatiCa Connection สำหรับการออกแบบจุดต่อของชิ้นส่วนผนังบางควรให้เฉพาะวิศวกรที่มีประสบการณ์เท่านั้นเป็นผู้ดำเนินการ การวิเคราะห์การโก่งเดาะเป็นสิ่งจำเป็น และต้องวิเคราะห์รูปแบบการโก่งเดาะแต่ละรูปแบบอย่างละเอียด

ซอฟต์แวร์ IDEA StatiCa Connection ได้รับการออกแบบมาสำหรับการประเมินการเชื่อมต่อของชิ้นส่วนรีดร้อนที่ไม่ได้รับผลกระทบจากการโก่งเดาะอย่างมีนัยสำคัญ การวิเคราะห์แบบเชิงเส้นทางเรขาคณิตและไม่เชิงเส้นทางวัสดุถูกนำมาใช้เนื่องจากการคำนวณที่รวดเร็วและเสถียร อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์นี้ไม่เพียงพอสำหรับการสูญเสียเสถียรภาพ หากการโก่งเดาะอาจเป็นปัญหา การวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้นช่วยตรวจจับบริเวณที่อันตรายและให้ค่าสัมประสิทธิ์สำหรับจุดแยกสาขาของออยเลอร์ แต่ยังไม่เพียงพอสำหรับชิ้นส่วนผนังบาง สำหรับชิ้นส่วนผนังบาง เฉพาะการวิเคราะห์ไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตที่มีความไม่สมบูรณ์เท่านั้นที่เหมาะสม

หากผู้ใช้ยังคงตัดสินใจใช้ซอฟต์แวร์ IDEA StatiCa Connection เพื่อตรวจสอบการเชื่อมต่อของชิ้นส่วนผนังบาง ควรดำเนินการดังนี้:

ดำเนินการวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้นและประเมินรูปแบบการโก่งเดาะแต่ละรูปแบบอย่างละเอียด รูปแบบการโก่งเดาะ 5 รูปแบบแรกที่แสดงอาจไม่เพียงพอ (วิธีเพิ่มจำนวนรูปแบบที่ประเมิน)
อย่าพึ่งพาความสามารถในการเกิดพลาสติกของแผ่นเหล็ก และควรจำกัดความเค้น von Mises ให้ไม่เกินกำลังครากหรือต่ำกว่านั้น
ตระหนักว่าการโก่งเดาะเฉพาะที่ซึ่งไม่ได้พิจารณา อาจกระจายแรงภายในในชิ้นส่วนต่างๆ แตกต่างออกไป
ตระหนักว่าความแข็งของชิ้นส่วนอาจแตกต่างกันเนื่องจากรูปแบบการวิบัติที่แตกต่างกันหรือการรวมกันของรูปแบบเหล่านั้น
ตระหนักว่าการตรวจสอบและรายละเอียดของชิ้นส่วนที่แสดง (เช่น สลักเกลียว รอยเชื่อม) เป็นแนวทางสำหรับชิ้นส่วนมาตรฐาน การตรวจสอบสำหรับชิ้นส่วนผนังบางอาจแตกต่างกัน และการตรวจสอบที่ให้ไว้อาจไม่ถูกต้อง

การออกแบบการเชื่อมต่อของชิ้นส่วนผนังบางมีความเฉพาะเจาะจงมากในแต่ละกรณี และไม่สามารถให้แนวทางทั่วไปได้ IDEA StatiCa Connection ไม่ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องสำหรับการใช้งานนี้

การตรวจสอบชิ้นส่วน – EN

ใน EN 1993-1-1 ชิ้นส่วนผนังบางถูกนิยามว่า: "หน้าตัดคลาส 4 คือหน้าตัดที่การโก่งเดาะเฉพาะที่จะเกิดขึ้นก่อนที่จะถึงความเค้นครากในส่วนหนึ่งหรือหลายส่วนของหน้าตัด" ส่วนหลักของ Eurocode สำหรับเหล็กจำกัดเฉพาะชิ้นส่วนที่มีความหนาของวัสดุ t ≥ 3 มม. บทที่ 4 – การเชื่อมต่อด้วยการเชื่อม ใช้ได้เฉพาะกับความหนาของวัสดุ t ≥ 4 มม. เท่านั้น ดังนั้น การตรวจสอบชิ้นส่วนที่ซอฟต์แวร์ให้ไว้จึงไม่สามารถใช้กับชิ้นส่วนขึ้นรูปเย็นที่มีความหนาน้อยกว่านี้ได้ ผู้ใช้ควรตระหนักถึงเรื่องนี้และแทนที่การตรวจสอบด้วยสูตรที่เหมาะสมจาก EN 1993-1-3 ด้วยตนเอง

การวิเคราะห์ จุดต่อหน้าตัดกลวง ควรดำเนินการอย่างระมัดระวังสำหรับชิ้นส่วนที่อยู่นอกช่วงความถูกต้องสำหรับจุดต่อเชื่อม – EN 1993-1-8 – ตารางที่ 7.1 ไม่มีแนวทางสำหรับจุดต่อดังกล่าว และผลลัพธ์ของซอฟต์แวร์ยังไม่ได้รับการตรวจสอบความถูกต้อง

การตรวจสอบชิ้นส่วน – AISC

ในบทที่ A ของ AISC 360-16 มีหมายเหตุผู้ใช้ระบุว่า: "สำหรับการออกแบบชิ้นส่วนโครงสร้างเหล็กขึ้นรูปเย็น แนะนำให้ใช้ข้อกำหนดใน AISI North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members (AISI S100) ยกเว้นหน้าตัดกลวงขึ้นรูปเย็น (HSS) ซึ่งออกแบบตามข้อกำหนดนี้" AISI S100 และ AS/NZS 4600 ให้สูตรสำหรับกำหนดความต้านทานแรงเฉือนและแรงดึงของตัวยึดประเภทที่พบบ่อยที่สุดพร้อมกับช่วงการใช้งาน

การตรวจสอบชิ้นส่วน – CISC

CSA S16-14 ระบุในบทที่ 1 ว่า: "ข้อกำหนดสำหรับโครงสร้างเหล็ก เช่น สะพาน หอเสาอากาศ โครงสร้างนอกชายฝั่ง และชิ้นส่วนโครงสร้างเหล็กขึ้นรูปเย็น ได้ระบุไว้ในมาตรฐาน CSA Group อื่นๆ"

การโก่งเดาะด้านข้างและบิดในการออกแบบโครงสร้าง

คานมักถูกยึดรั้งไม่ให้เกิดการโก่งเดาะโดยฝ้าเพดานหรือผนังภายนอก การจำลองข้อจำกัดดังกล่าวทำได้โดยการดำเนินการผลิต Lateral-torsional restraint (LTR)

คำอธิบายแบบจำลอง

Lateral-torsional restraint ถูกจำลองโดยค่าความแข็งสองค่าที่เพิ่มเข้าไปในแผ่นใดก็ได้:

ด้านข้าง (แรงเฉือน) S [N] ที่กระทำในทิศทางของแกน y ของระบบพิกัดท้องถิ่นของแผ่น
การบิด C [Nm/m] ที่กระทำรอบแกน x ของระบบพิกัดท้องถิ่นของแผ่น

ผู้ใช้สามารถเลือกแผ่นใดก็ได้ของชิ้นส่วน ความยาวของการยึดรั้ง ประเภท (แบบต่อเนื่องหรือแบบไม่ต่อเนื่องที่มีระยะห่างที่กำหนด) และค่าความแข็งด้านข้างและการบิด

ระบบพิกัดท้องถิ่นของแผ่นที่มีการใช้ LTR

Node ของ Finite Element เชื่อมต่อกันตามความกว้างของแผ่นด้วย Rigid Body Element ประเภท 3 (RBE3) ไปยังจุดหนึ่งบนแกนตามยาวของแผ่น ค่าความแข็งในการบิดถูกกำหนดที่จุดนี้โดย Element พิเศษที่มีค่าความแข็งเพียงค่าเดียว คือการหมุนรอบแกน x จุดนี้ยังเชื่อมต่อด้วย RBE3 อีกสองตัวกับ Element พิเศษระหว่างกัน ซึ่งมีค่าความแข็งเพียงค่าเดียว คือการเคลื่อนตัวในแกน y

ค่าความแข็งด้านข้างถูกกำหนดโดยผู้ใช้เป็นแบบอิสระ แบบแข็ง หรือมีค่าความแข็งที่กำหนด ค่าความแข็งแบบแข็งมีค่าสูงเพียงพอ โดยกำหนดเป็น 1,000 เท่าของค่าความแข็งแรงเฉือนของแผ่น ค่าความแข็ง \(S\) ถูกกำหนดต่อหน่วยความยาว (หนึ่งเมตร) โดยมีหน่วยแรง [N] ค่าความแข็งของ Element หนึ่ง \(S_i\) มีหน่วยแรงหารด้วยหน่วยความยาว [N/m] และมีค่าดังนี้:

\[ S_i = \frac{S}{s_d} \]

โดยที่:

\(s_d\) – ระยะห่างระหว่างสองจุด [m]

สำหรับประเภทไม่ต่อเนื่อง ระยะห่างถูกกำหนดโดยตรงโดยผู้ใช้ สำหรับประเภทต่อเนื่อง ระยะห่างมีขนาดเล็กเพียงพอที่พฤติกรรมของแผ่นจะไม่ได้รับผลกระทบจากระยะห่าง

ในทำนองเดียวกัน ค่าความแข็งในการบิดถูกกำหนดโดยผู้ใช้เป็นแบบอิสระ แบบแข็ง หรือมีค่าความแข็งที่กำหนด ค่าความแข็งแบบแข็งมีค่าสูงเพียงพอ โดยกำหนดเป็น 1,000 เท่าของค่าความแข็งการดัดของแผ่น ค่าความแข็ง \(C\) ถูกกำหนดต่อหน่วยความยาว (หนึ่งเมตร) โดยมีหน่วยเป็นโมเมนต์ดัดหารด้วยหน่วยความยาว [Nm/m] ค่าความแข็งของ Element หนึ่ง \(C_i\) มีหน่วยเป็นโมเมนต์ดัดหารด้วยหน่วยความยาวยกกำลังสอง [Nm/m²] และมีค่าดังนี้:

\[ C_i = \frac{C}{s_d} \]

เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับค่าความแข็ง โปรดดูเอกสาร European Recommendations on the Stabilization of Steel Structures by Sandwich Panels

Finite Element และ RBE3 ที่ซ่อนอยู่ให้ค่าความแข็งด้านข้างและการบิดแก่แผ่นชิ้นส่วน

โปรดทราบว่า RBE3 เป็นเพียงลิงก์การประมาณค่าที่ไม่ได้ให้ค่าความแข็งใดๆ ด้วยตัวเอง

การตรวจสอบ

แบบจำลองที่ให้ LTR ได้รับการตรวจสอบโดยซอฟต์แวร์ LTBeam ซึ่งใช้ Element แบบแท่ง (1D) ที่มีเจ็ดองศาอิสระ ซึ่งหมายความว่าหน้าตัดไม่เสียรูป แต่ Element สามารถจับพฤติกรรม warping ได้ การเปรียบเทียบแสดงบนตัวอย่างหน้าตัด IPE 180 จากเหล็กเกรด S355 ที่มีความยาว 6 ม. คานถูกยึดแน่นที่ปลายทั้งสองด้านโดยมีแรงกระจายสม่ำเสมอ 20 kN/m กระทำที่ปีกบน ซอฟต์แวร์ LTBeam สามารถกำหนดโมเมนต์วิกฤตยืดหยุ่นที่สอดคล้องกับผลลัพธ์ของการวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้น (LBA) ใน IDEA StatiCa Member

การเปรียบเทียบ LTBeam และ IDEA StatiCa Member สำหรับค่าความแข็งด้านข้างและการบิด

ตัวคูณแรงวิกฤตต่อการโก่งเดาะยืดหยุ่น \(\alpha_{cr}\) ที่มีค่าความแข็งด้านข้างมีความใกล้เคียงกันมากตามซอฟต์แวร์ทั้งสอง ค่าความแข็งด้านข้างขีดจำกัดที่การโก่งเดาะด้านข้างและบิดมีผลกระทบไม่เกิน 5% ของความต้านทานการดัดของคาน คำนวณตาม EN 1993-1-1 เป็น S_lim = 8,589 kN อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ที่มีการยึดรั้งการบิดมีความแตกต่างกันที่ระดับความแข็งในการหมุนที่สูงขึ้น เมื่อสังเกตรูปร่างที่เสียรูปใน IDEA StatiCa Member ความแตกต่างเกิดจากการเสียรูปของหน้าตัดที่สามารถจับได้เฉพาะโดยแบบจำลอง Shell เท่านั้น LTBeam ให้ตัวคูณแรงวิกฤตที่สูงเกินจริงสำหรับค่าความแข็งในการบิดที่สูง

เพื่อตรวจสอบข้อกล่าวอ้างนี้ แบบจำลอง Shell Element ของ ABAQUS ถูกสร้างขึ้นที่มหาวิทยาลัย ETH คานถูกยึดแน่นที่ปลายทั้งสองด้าน ทำจากเหล็กเกรด S355 และมีความยาว 6 ม. ใช้หน้าตัดคาน IPE 240 ค่าความแข็งในการบิดขีดจำกัด กล่าวคือ การโก่งเดาะด้านข้างและบิดมีผลกระทบไม่เกิน 5% ของความต้านทานการดัดของคาน ถูกคำนวณเป็น C_lim = 27.13 kNm/m แบบจำลองถูกโหลดด้วยแรงที่กึ่งกลางช่วงที่ปีกบน

การเปรียบเทียบ ABAQUS, LTBeam และ IDEA StatiCa Member สำหรับค่าความแข็งในการบิด

ผลของค่าความแข็งในการบิดมีความใกล้เคียงกันมากในแบบจำลองทั้งสองที่ทำจาก Shell Element และ LTBeam มีความแตกต่าง ที่สำคัญที่สุด ความต้านทานการโก่งเดาะของ ABAQUS และ IDEA StatiCa Member ที่ได้จาก GMNIA แทบจะตรงกัน โดยมีความแตกต่างไม่เกิน 4%

การประมาณค่าความแข็ง

LTR ที่ให้โดยพื้นที่เทคอนกรีตและมีการทำงานร่วมกันโดย Shear Stud อาจถือว่าแข็งได้อย่างน้อยในกรณีของค่าความแข็งด้านข้าง ค่าความแข็งที่ให้โดยแผ่นเหล็กรูปคลื่นของแผ่น Sandwich มีขนาดเล็กกว่ามากและอาจกำหนดได้โดยการทดลองหรือการคำนวณ บ่อยครั้งที่ค่าความแข็งด้านข้างและการบิดจะได้รับการแนะนำโดยผู้ผลิตแผ่น Sandwich หรือผนังภายนอกประเภทอื่น

การคำนวณค่าความแข็งด้านข้าง S [N] ที่ให้โดยแผ่นเหล็กรูปคลื่นมีอยู่ใน EN 1993-1-3 บทที่ 10:

\[S=1000 \sqrt{t^3} \left ( 50+10 \sqrt[3]{b_{roof}} \right ) \frac{s}{h_w} \]

โดยที่:

t – ความหนาการออกแบบของแผ่นเหล็กรูปคลื่น [mm]
b_roof – ความกว้างหลังคา กล่าวคือ สำหรับหลังคาจั่วคือระยะห่างระหว่างสันหลังคาและชายคา [mm]
s – ระยะห่างระหว่างคาน [mm]
h_w – ความลึกของโปรไฟล์แผ่นเหล็กรูปคลื่น [mm]

สูตรนี้ใช้ได้หากแผ่นเหล็กรูปคลื่นเชื่อมต่อกับคานที่ซี่เสริมทุกซี่ หากแผ่นเหล็กเชื่อมต่อกับคานที่ซี่เสริมทุกสองซี่เท่านั้น ให้แทนที่ S ด้วย 0.2 S

ค่าความแข็งด้านข้างของแผ่น Sandwich อธิบายไว้ในคำแนะนำ ECCS ค่าความแข็งของตัวยึดมีความสำคัญ:

\[S=\frac{k_v}{2B} \sum_{k=1}^{n_k}c_k^2\]

โดยที่:

k_v – ค่าความแข็งแรงเฉือนของตัวยึด
B – ความกว้างของแผ่น Sandwich
n_k – จำนวนคู่ตัวยึดต่อแผ่นและจุดรองรับ
c_k – ระยะห่างระหว่างตัวยึดสองตัวของคู่

ค่าความแข็งในการบิดมีความซับซ้อนมากกว่าและสามารถประมาณได้โดยคำแนะนำ ECCS ด้วย ซึ่งประกอบด้วยส่วนสนับสนุนของตัวยึด แผ่น Sandwich และการเสียรูปของคาน การเสียรูปของคานอาจละเลยได้เนื่องจากรวมอยู่ในแบบจำลอง Shell Element แล้ว

ค่าความแข็งในการบิด (ด้านซ้าย) และค่าความแข็งด้านข้าง (ด้านขวา) ที่ให้โดยแผ่น Sandwich (ECCS, 2014)

ในแนวปฏิบัติของอเมริกา การยึดรั้งต่อการโก่งเดาะด้านข้างและบิดมักถือว่าเต็มที่หรือไม่มีนัยสำคัญตามประเภทและทิศทางของแผ่นพื้น ตัวอย่างเช่น ตาราง 8.1 ของ AISC Seismic Design Manual ระบุเงื่อนไขการยึดรั้งสำหรับคานที่รับแรงอัดตามแนวแกน อย่างไรก็ตาม เมื่อจำเป็น ค่าความแข็งด้านข้างสามารถหาได้จากค่าความแข็งของ Diaphragm G' ที่คำนวณตาม AISI S310 Denavit et al. (2020) นำเสนอวิธีการคำนวณค่าความแข็งในการบิด

เอกสารอ้างอิง

CTICM, LTBeam v. 1.0.11, available at: https://www.cesdb.com/ltbeam.html
Abaqus. Reference manual, version 6.16. Simulia, Dassault Systéms. France, 2016.
EN 1993-1-3: Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-3: General rules – Supplementary rules for cold-formed members and sheeting, CEN, 2006.
ECCS TC7 – Technical Working Group TWG 7.9 Sandwich Panels and Related Structures, European Recommendations on the Stabilization of Steel Structures by Sandwich Panels, 2^nd edition, 2014. ISBN 978-90-6363-081-2
Denavit, M.D.; Jacobs, W.P.; Helwig, T.A. (2020). "Continuous Bracing Requirements for Constrained-Axis Torsional Buckling," Engineering Journal, American Institute of Steel Construction, Vol. 57, pp. 69-89.

การเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กของชิ้นส่วนหน้าตัดกลวง

จุดต่อของชิ้นส่วนหน้าตัดกลวงอาจเกิดการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่ยังสามารถรับแรงที่สูงกว่าได้ ในทางกลับกัน แผ่นเหล็กอาจเกิดการโก่งเดาะในช่วงอินอีลาสติก ซึ่งเพื่อวัตถุประสงค์นี้จึงได้นำการวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุมาใช้

การเสียรูปนอกระนาบ

หนึ่งในเกณฑ์สำหรับสภาวะขีดจำกัดสูงสุดของจุดต่อหน้าตัดกลวงคือการเสียรูปนอกระนาบของหน้าตัดกลวง การตรวจสอบนี้มีให้ใช้งานในซอฟต์แวร์ (ใน Code Setup ในชื่อ Local deformation check สำหรับชิ้นส่วนรับแรงกลวงจะเปิดใช้งานโดยค่าเริ่มต้น) และได้รับการยอมรับโดย CIDECT design guides ขีดจำกัดคือ 3% ของขนาดที่เล็กกว่าของหน้าตัด (0.03 d₀ สำหรับ CHS และ 0.03 b₀ สำหรับ RHS) สำหรับสภาวะขีดจำกัดสูงสุด และ 1% สำหรับสภาวะขีดจำกัดการใช้งาน

คำนิยามของขนาดหน้าตัดสำหรับหน้าตัดกลมกลวง (CHS) และหน้าตัดสี่เหลี่ยมกลวง (RHS)

แผนภาพแรง-การเสียรูปทั่วไปสำหรับจุดต่อหน้าตัดกลวง เส้นโค้งสีแดงแสดงชิ้นส่วนผนังบางที่รับแรงอัด เส้นโค้งสีเขียวแสดงชิ้นส่วนทั่วไปที่รับแรงอัด เส้นโค้งสีน้ำเงินแสดงตัวอย่างเช่น X-joint ที่รับแรงดึง

การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุ (GMNA)

ในกรณีของจุดต่อหน้าตัดกลวงบางประเภท โดยเฉพาะที่มีอัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางต่อความหนาสูง การวิเคราะห์เชิงเส้นทางเรขาคณิตอาจไม่สามารถจำลองพฤติกรรมของจุดต่อได้อย่างแม่นยำเพียงพอ และความต้านทานแรงอาจถูกประเมินต่ำหรือสูงเกินไป จึงแนะนำให้ใช้การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุขั้นสูงสำหรับจุดต่อหน้าตัดกลวง แม้ว่าเวลาในการคำนวณจะสูงขึ้นเล็กน้อย หากเลือกการวิเคราะห์ GMNA สำหรับหน้าตัดกลวงใน Code setup จะใช้ GMNA แทนการวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางวัสดุและเชิงเส้นทางเรขาคณิต (MNA ซึ่งใช้เป็นมาตรฐานใน IDEA Statica Connection) สำหรับแบบจำลองที่มีชิ้นส่วนหน้าตัดกลวงเป็นชิ้นส่วนรับแรง

หมายเหตุ: หากชิ้นส่วนรับแรงไม่ใช่หน้าตัดกลวง ตัวแก้ GMNA จะถูกปิดใช้งานสำหรับการวิเคราะห์แบบจำลองการเชื่อมต่อทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงการตั้งค่าใน code setup (GMNA เปิดหรือปิด)

หน้าตัดเสียรูปที่ปลายของแบบจำลอง Shell

หน้าตัดอาจเสียรูปที่ปลายของแบบจำลองที่ประกอบด้วย Shell element จุดต่อของหน้าตัดกลวงต้องการชิ้นส่วนที่ยาวพอสมควร – สูงสุดถึง 10 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัด Condensed superelement จะถูกวางไว้ด้านหลังส่วนของแบบจำลองที่ประกอบด้วย Shell element ซึ่งช่วยให้การคำนวณเร็วขึ้นโดยมีความแม่นยำเท่ากับแบบจำลองเต็มที่ประกอบด้วย Shell element Condensed superelement มีเฉพาะคุณสมบัติวัสดุแบบอีลาสติก ซึ่งหมายความว่าความเครียดพลาสติกจากรูปแบบการวิบัติที่ตรวจสอบไม่ควรถึงปลายของแบบจำลอง Shell element ด้วยเหตุนี้ แบบจำลอง Shell จึงครอบคลุมระยะ 1.25 เท่าของความสูงหน้าตัด (แก้ไขได้ใน Code setup) ต่อจากการดำเนินการผลิตสุดท้ายโดยค่าเริ่มต้น

ความต้านทานการดัดของ Shell ลดลงสำหรับหน้าตัดกลวง (ความไม่สมบูรณ์)

ความต้านทานแรงของจุดต่อหน้าตัดกลวงในมาตรฐานถูกกำหนดโดยวิธี Failure Mode Method ซึ่งใช้แบบจำลอง curve-fitting ที่ได้จากการทดลองและแบบจำลองเชิงตัวเลขขั้นสูง โครงสร้างจริงมีความไม่สมบูรณ์เริ่มต้นและความเค้นตกค้าง ซึ่งไม่ได้ถูกจำลองโดยแบบจำลอง Shell ใน IDEA StatiCa Connection เพื่อให้ผลลัพธ์สอดคล้องกับมาตรฐานมากขึ้น อิทธิพลของความเค้นตกค้างและความไม่สมบูรณ์เริ่มต้นจะถูกจำลองโดยการลดความต้านทานการดัดของ Shell ของหน้าตัดกลวงที่มีอัตราส่วน D/(2t) สูง

การวิเคราะห์ความล้าในการออกแบบโครงสร้าง

ประเภทการวิเคราะห์ความล้าใช้เพื่อกำหนดช่วงความเค้นปกติและความเค้นเฉือนระหว่างสองกรณีแรงกระทำ ความเค้นที่ได้สอดคล้องกับความเค้นระบุ (nominal stresses) และต้องนำไปประเมินเพิ่มเติมโดยใช้วิธีการออกแบบตามมาตรฐาน ประเภทนี้ถูกสันนิษฐานว่าใช้สำหรับการออกแบบรายละเอียดความล้าแบบรอบสูง (high-cycle fatigue) ซึ่งไม่คาดว่าจะเกิดการคราก

ประเภทการวิเคราะห์ความล้าไม่ได้ให้ค่าความต้านทานสุดท้ายหรือจำนวนรอบที่รายละเอียดสามารถรับได้ แต่เพียงให้ข้อมูลนำเข้าสำหรับการคำนวณเพิ่มเติมตามมาตรฐาน

ต้องกำหนดกรณีแรงกระทำอย่างน้อยสองกรณีเสมอ กรณีแรงกระทำแรกเป็นกรณีอ้างอิง ซึ่งสันนิษฐานว่าเป็น เช่น น้ำหนักตัวเองของโครงสร้าง และอาจมีแรงกระทำเป็นศูนย์ได้ กรณีแรงกระทำอื่นๆ จำลองแรงกระทำความล้า ความเค้นปกติระบุและความเค้นเฉือนระบุที่ IDEA StatiCa ให้มาคือช่วงความเค้นระหว่างแรงกระทำความล้า เช่น LE2 กับกรณีแรงกระทำอ้างอิง

ตัวอย่างเช่น ความเค้นเฉือนที่ตำแหน่งหนึ่งมีค่า 50 MPa ในกรณีแรงกระทำอ้างอิง และ 180 MPa ใน LE2 ความเค้นเฉือนระบุที่แสดงที่ตำแหน่งนี้คือ:

\[\tau = 180-50=130\, \textrm{MPa}\]

โปรดทราบว่าไม่ควรเกิดการคราก (yielding) ของแผ่นเหล็กเนื่องจากแรงกระทำความล้า มิฉะนั้นช่วงความเค้นจะเกิดการบิดเบือน

ความเค้นสามารถดูได้สำหรับ:

สลักเกลียว
รอยเชื่อม
แผ่นเหล็ก

สลักเกลียว

ที่สลักเกลียว ความเค้นถูกกำหนดโดยการหารแรงด้วยพื้นที่ที่สอดคล้องกันอย่างง่าย:

\(\sigma = F_t / A_s \)
\(\tau = V / A \)

โดยที่:

\(F_t\) – แรงดึงในสลักเกลียว
\(A_s\) – พื้นที่หน้าตัดรับแรงดึงของสลักเกลียว
\(V\) – แรงเฉือนในสลักเกลียว หากมีระนาบเฉือนหลายระนาบ จะใช้แรงเฉือนสูงสุด
\(A\) – พื้นที่ของสลักเกลียวที่ต้านทานแรงเฉือน ได้แก่ พื้นที่หน้าตัดรับแรงดึงหากเกลียวถูกตัดผ่านโดยระนาบเฉือน และพื้นที่หน้าตัดรวมในกรณีอื่น

รอยเชื่อม

รอยเชื่อมใน CBFEM ประกอบด้วยองค์ประกอบรอยเชื่อมที่มีข้อจำกัดหลายจุดเชื่อมต่อแผ่นเหล็ก การกระจายความเค้นในรอยเชื่อมถูกรบกวนโดยข้อจำกัดเหล่านี้ ดังนั้นความเค้นจึงถูกนำมาจากหน้าตัดที่อยู่ห่างจากปลายรอยเชื่อม (weld toe) เป็นระยะ 1.5 เท่าของขนาดขา (leg size) มีการสร้างสามหน้าตัดสำหรับรอยเชื่อมมุมสองด้าน สองหน้าตัดอยู่ในประเภทรายละเอียดเดียวกัน และแสดงเฉพาะหน้าตัดที่มีความเค้นสูงกว่า ความเค้นปกติสูงสุดและความเค้นเฉือนที่สอดคล้องกันที่ตำแหน่งเดียวกัน รวมถึงความเค้นเฉือนสูงสุดและความเค้นปกติที่สอดคล้องกันที่ตำแหน่งเดียวกัน จะถูกแสดง

ดูเพิ่มเติมที่ การปรับปรุงการวิเคราะห์ความล้าในเวอร์ชัน 22.0

แผ่นเหล็ก

ความเค้นในแผ่นเหล็กสามารถแสดงภาพได้โดยการสร้างหน้าตัดที่ผู้ใช้กำหนดผ่านการดำเนินการผลิต Workplane ในรูปด้านล่าง มีการสร้าง Workplane สองแห่งเพื่อดูความเค้นรอบรูสลักเกลียว ความเค้นปกติสูงสุดและความเค้นเฉือนที่สอดคล้องกันที่ตำแหน่งเดียวกัน รวมถึงความเค้นเฉือนสูงสุดและความเค้นปกติที่สอดคล้องกันที่ตำแหน่งเดียวกัน จะถูกแสดง

การออกแบบทนไฟ

การออกแบบทนไฟสามารถใช้งานได้สำหรับอุณหภูมิที่ผู้ใช้กำหนด โดยใช้คุณสมบัติวัสดุที่ลดลงตามอุณหภูมิที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและเส้นโค้งการเสื่อมสภาพของวัสดุ การออกแบบทนไฟสามารถใช้งานได้ใน Connection และ Member

อุณหภูมิ

ใน IDEA StatiCa Module ชิ้นส่วน ผู้ใช้กำหนดอุณหภูมิสำหรับทั้งแบบจำลอง โดยทุกองค์ประกอบในแบบจำลองมีอุณหภูมิที่กำหนดไว้

ใน IDEA StatiCa Module การเชื่อมต่อ ผู้ใช้สามารถกำหนดอุณหภูมิสำหรับแต่ละชิ้นส่วนหรือแผ่นเหล็กแยกกันได้ อุณหภูมิของชิ้นส่วนเชื่อมต่อ ได้แก่ สลักเกลียวและรอยเชื่อม จะถูกกำหนดตามแผ่นเชื่อมต่อที่ร้อนที่สุด

อุณหภูมิของชิ้นส่วนและแผ่นเหล็กในการเชื่อมต่ออาจกำหนดได้ตาม EN 1993-1-2 – ข้อ 4.2.5 การพัฒนาอุณหภูมิของเหล็ก และ D.3 อุณหภูมิของจุดต่อในสภาวะไฟไหม้ คุณสมบัติทางความร้อนของชิ้นส่วนเหล็กนำมาจาก EN 1993-1-2:

ความจุความร้อนจำเพาะ – ข้อ 3.4.1.2
การนำความร้อน – ข้อ 3.4.1.3

โปรดทราบว่าการยืดตัวเนื่องจากความร้อนไม่ได้ถูกนำมาใช้ใน IDEA StatiCa Steel เนื่องจากจะเพิ่มแรงที่ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขขอบเขตเป็นอย่างมาก ผู้ใช้ควรเพิ่มแรงจากการขยายตัวเนื่องจากความร้อนเข้าไปในผลของแรงกระทำด้วยตนเอง

การเสื่อมสภาพของวัสดุ

การเสื่อมสภาพของวัสดุสำหรับ แผ่นเหล็ก สามารถใช้งานได้ตามสามมาตรฐาน:

EN 1993-1-2 – ตาราง 3.1
AISC 360-16 – ตาราง A-4.2.1
CSA S16-14 – ตาราง K.1

ไดอะแกรมวัสดุแบบหลายเส้นตรงถูกใช้สำหรับแผ่นเหล็กโดยมีหกจุดตาม EN 1993-1-2 – รูปที่ 3.1 ตัวอย่างแสดงสำหรับเหล็กเกรด S355 การเสื่อมสภาพของวัสดุตาม EN 1993-1-2 – ตาราง 3.1 และอุณหภูมิ \(\theta = 560^{\circ}\textrm{C}\) ความชันของสาขาพลาสติกหลังจากกำลังครากของเหล็ก \(f_y\) คือ \(E_{a,\theta}/1000\) ตัวประกอบลดสำหรับโมดูลัสความยืดหยุ่น \(k_{E,\theta}\) สำหรับขีดจำกัดสัดส่วน \(k_{p,\theta}\) และกำลังคราก \(k_{y,\theta}\) มีค่าเท่ากับ 0.426, 0.252 และ 0.594 ตามลำดับ ความเครียดพลาสติกถูกสมมติให้สะสมตั้งแต่ขีดจำกัดสัดส่วน

	ความเครียด	ความเครียดพลาสติก	ความเค้น
	\(\varepsilon\) [%]	\(\varepsilon_{pl}\) [%]	\(\sigma\) [MPa]
0	0.00	0.00	0.0
1	0.10	0.00	89.5
2	0.25	0.15	131.4
3	0.50	0.40	160.5
4	1.00	0.90	191.3
5	2.00	1.90	210.9
6	15.00	14.90	222.5

การเสื่อมสภาพของวัสดุสำหรับ สลักเกลียว สามารถใช้งานได้ตามสามมาตรฐาน:

EN 1993-1-2 – ตาราง D.1
AISC 360-16 – ตาราง A-4.2.3
CSA S16-14 – ตาราง K.3

การเสื่อมสภาพของวัสดุสำหรับ รอยเชื่อม สามารถใช้งานได้ตามหนึ่งมาตรฐาน:

EN 1993-1-2 – ตาราง D.1

เฉพาะความต้านทานของสลักเกลียวและรอยเชื่อมเท่านั้นที่ถูกลดลง ความแข็งของสลักเกลียวและรอยเชื่อมยังคงเท่าเดิมกับที่อุณหภูมิปกติ

การขยายตัวเนื่องจากความร้อนถูกละเลยและไม่ถูกสมมติในแบบจำลองใดๆ หากจำเป็น ผลของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนควรจำลองโดยการเพิ่มแรงกระทำ

การตรวจสอบ

แผ่นเหล็กถูกตรวจสอบสำหรับความเครียดพลาสติก 5% โดยค่าเริ่มต้น

ใน Eurocode ตัวประกอบความปลอดภัยบางส่วนเฉพาะสำหรับการออกแบบทนไฟ \(\gamma_{M,fi}\) ถูกใช้สำหรับการตรวจสอบสลักเกลียวและรอยเชื่อม ในมาตรฐานอื่นๆ ทั้งหมด จะใช้ตัวประกอบความต้านทานหรือความปลอดภัยมาตรฐาน เส้นโค้งแรง-การเสียรูปและการตรวจสอบสลักเกลียวและรอยเชื่อมถูกลดลงด้วยตัวประกอบ \(k_b\) และ \(k_f\) ตามอุณหภูมิที่กำหนด

สลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้าถูกสมมติว่าเกิดการลื่นไถลและถูกตรวจสอบเหมือนสลักเกลียวแบบขันพอดีทั่วไป

พุกและฐานคอนกรีตไม่ถูกตรวจสอบในการออกแบบทนไฟ เนื่องจากอุณหภูมิของโครงสร้างคอนกรีตที่เกี่ยวข้องไม่ทราบค่า

ความแข็ง

การวิเคราะห์ความแข็งไม่สามารถใช้งานได้สำหรับการออกแบบทนไฟในขณะนี้ แนะนำให้ใช้การวิเคราะห์ความแข็งสำหรับอุณหภูมิปกติและคูณความแข็งด้วยตัวประกอบลดสำหรับโมดูลัสความยืดหยุ่น \(k_{E,\theta}\)

การกำหนดขนาดรอยเชื่อม

รอยเชื่อมเป็นส่วนที่มีค่าใช้จ่ายสูงที่สุดและมีความสำคัญที่สุดในการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก การออกแบบที่ต่ำกว่ามาตรฐานอาจนำไปสู่การวิบัติแบบเปราะ ในขณะที่การออกแบบที่เกินมาตรฐานอาจทำให้เกิดการหดตัวมากเกินไป การกำหนดขนาดรอยเชื่อมอัตโนมัติมุ่งเป้าหมายเพื่อการออกแบบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กที่รวดเร็ว สม่ำเสมอ และปลอดภัย

ใน IDEA StatiCa Connection มีกลยุทธ์การกำหนดขนาดรอยเชื่อมสองแบบที่ผู้ใช้ทุกคนสามารถใช้ได้:

ตามความแข็งแรงเต็มที่
พร้อมความแข็งแรงเกิน

สำหรับผู้ใช้ Eurocode มีเพิ่มเติมอีกสองแบบ:

ตามการประมาณค่าความสามารถรับแรง
ตามความเหนียวขั้นต่ำ

วิธีการกำหนดขนาดรอยเชื่อมระบุไว้ในกล่องโต้ตอบ Operations

เมื่อเรียกใช้การกำหนดขนาดรอยเชื่อม รอยเชื่อมแบบฟิลเลตทุกรอยในแบบจำลองจะถูกปรับเปลี่ยนตามวิธีการกำหนดขนาดรอยเชื่อม โดยทั่วไป ขนาดของรอยเชื่อมจะเพิ่มขึ้นตามลำดับนี้:

ตามการประมาณค่าความสามารถรับแรง
ตามความเหนียวขั้นต่ำ
ความแข็งแรงเต็มที่
พร้อมความแข็งแรงเกิน

วิธีการต่างๆ อธิบายไว้โดยละเอียดด้านล่าง

ตามการประมาณค่าความสามารถรับแรง

การกำหนดขนาดรอยเชื่อมตามการประมาณค่าความสามารถรับแรงจะให้ขนาดรอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงเพียงพอสำหรับการถ่ายแรงที่กำหนดโดยอัตโนมัติ

การประมาณค่าความสามารถรับแรงของรอยเชื่อมเป็นการนำ machine learning มาใช้ครั้งแรกใน IDEA StatiCa ในขณะนี้ได้รับการนำไปใช้งานใน Eurocode เท่านั้น ความต้านทานของรอยเชื่อมถูกกำหนดตามองค์ประกอบรอยเชื่อมที่รับความเค้นสูงสุด ดังนั้น อัตราการใช้งานของรอยเชื่อมจึงมีความไม่เป็นเชิงเส้นสูง ความต้านทานของความยาวทั้งหมดถูกประมาณโดยอัลกอริทึม machine learning โดยอิงจากการกระจายความเค้นตลอดความยาวรอยเชื่อม

การกำหนดขนาดรอยเชื่อมตามการประมาณค่าความสามารถรับแรงต้องการผลการคำนวณ ขนาดของรอยเชื่อมแบบฟิลเลตจะถูกปรับตามสูตรต่อไปนี้:

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

โดยที่:

\(a_{new}\) – ขนาดรอยเชื่อมแบบฟิลเลตที่ปรับแล้ว
\(a\) – ขนาดรอยเชื่อมแบบฟิลเลตที่กำหนดไว้ก่อนหน้า
\(Ut_c\) – การประมาณค่าความสามารถรับแรงโดยอิงจากอัลกอริทึม machine learning ที่แสดงในการตรวจสอบรอยเชื่อม
\(Ut_{target}\) – อัตราการใช้งานเป้าหมายใน Settings → Design → Autodesign → Weld sizing

ค่า \(a_{new}\) ที่ได้จะถูกปัดขึ้นตาม Preferences → Application units → New entity rounding → Weld size

โปรดทราบว่าขนาดรอยเชื่อมถูกจำกัดโดยกฎการจัดรายละเอียด เช่น ขนาดรอยเชื่อมต้องไม่เล็กกว่า 3 มม. (EN 1993-1-8 – 4.5.2) กฎการจัดรายละเอียดเหล่านี้ได้รับการปฏิบัติตาม นอกจากนี้ โปรดคำนึงว่ารอยเชื่อมหลายรอยใน IDEA StatiCa มักถูกกำหนดด้วยค่าเดียว ในกรณีเหล่านี้ ขนาดจะถูกกำหนดตามรอยที่มีอัตราการใช้งานสูงสุด

นอกจากนี้ ยังมีลูปการคำนวณให้ใช้งาน เมื่อวิธีการกำหนดขนาดรอยเชื่อมถูกตั้งค่าเป็นการประมาณค่าความสามารถรับแรง จะดำเนินการดังนี้:

กำหนดขนาดรอยเชื่อมแบบฟิลเลตตามความแข็งแรงเต็มที่
คำนวณแบบจำลอง
กำหนดขนาดรอยเชื่อมแบบฟิลเลตตามการประมาณค่าความสามารถรับแรง
คำนวณแบบจำลอง

รอยเชื่อมจะถูกกำหนดที่หรือต่ำกว่าอัตราการใช้งานเป้าหมายด้วยการคลิกเพียงครั้งเดียว

ตามความเหนียวขั้นต่ำ

การกำหนดขนาดรอยเชื่อมตามความเหนียวขั้นต่ำจะให้การเชื่อมต่อด้วยรอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงเพียงพอเพื่อป้องกันการวิบัติแบบเปราะโดยอัตโนมัติ ความแข็งแรงของรอยเชื่อมยอมให้เกิดการครากเริ่มต้นของแผ่นเหล็ก แต่ในที่สุดรอยเชื่อมจะแตกหัก

ข้อกำหนดสำหรับความเหนียวขั้นต่ำของรอยต่อเชื่อมอยู่ใน FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4) ซึ่งมีที่มาจาก Dutch national annex ของ EN 1993-1-8 โดยอัตราส่วนคงที่ของความแข็งแรงรอยเชื่อมต่อความแข็งแรงแผ่นเหล็กคือ 0.8 นอกจากนี้ยังรวมอยู่ใน Green books จากสหราชอาณาจักรที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะในบทที่ C2 และ C3 อย่างไรก็ตาม อัตราส่วนคงที่นี้เหมาะสมเฉพาะสำหรับเหล็กเกรด S355 ใน Eurocode รุ่นที่สอง ได้มีการขยายให้ครอบคลุมเหล็กทุกเกรด

ข้อกำหนดนี้ตรวจสอบสำหรับรอยเชื่อมแบบฟิลเลตสองด้านโดย:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

โดยที่:

\(a\) – ความหนาคอรอยเชื่อม
\(t\) – ความหนาของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อด้วยขอบ
\(\beta_w\) – ตัวประกอบสหสัมพันธ์รอยเชื่อม
\(\gamma_{M2}\) – ตัวประกอบความปลอดภัยสำหรับสลักเกลียวและรอยเชื่อม แก้ไขได้ใน Code setup
\(f_y\) – ความแข็งแรงครากของแผ่นเหล็ก
\(f_u\) – ความแข็งแรงสูงสุดของรอยเชื่อม
\(\gamma_{M0}\) – ตัวประกอบความปลอดภัยสำหรับแผ่นเหล็ก แก้ไขได้ใน Code setup

ความหนาคอรอยเชื่อมสำหรับรอยเชื่อมแบบฟิลเลตด้านเดียวมีขนาดใหญ่กว่ารอยเชื่อมแบบฟิลเลตสองด้านถึงสองเท่า

โปรดทราบว่าวิธีนี้มีประโยชน์สำหรับรอยเชื่อมที่รับแรงในแนวขวาง และใช้ได้เมื่อแผ่นเหล็กเชื่อมต่อด้วยความกว้างเต็ม

ตามความแข็งแรงเต็มที่

การกำหนดขนาดรอยเชื่อมตามความแข็งแรงเต็มที่จะให้รอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงมากกว่าแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อโดยอัตโนมัติ ในการคำนวณ สมมติว่าแผ่นเหล็กรับแรงดึงและรอยเชื่อมรับแรงในแนวขวางเป็นกรณีเลวร้ายที่สุดสำหรับความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม การออกแบบนี้มีประโยชน์เพื่อหลีกเลี่ยงการวิบัติแบบเปราะของรอยเชื่อมสำหรับการรับแรงแบบสถิต

แนวทางนี้ยังรวมอยู่ใน Green books จากสหราชอาณาจักรที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะในบทที่ C1

ข้อกำหนดนี้ตรวจสอบสำหรับรอยเชื่อมแบบฟิลเลตสองด้านโดย:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

โดยที่:

\(a\) – ความหนาคอรอยเชื่อม
\(t\) – ความหนาของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อด้วยขอบ
\(\beta_w\) – ตัวประกอบสหสัมพันธ์รอยเชื่อม
\(\gamma_{M2}\) – ตัวประกอบความปลอดภัยสำหรับสลักเกลียวและรอยเชื่อม แก้ไขได้ใน Code setup
\(f_y\) – ความแข็งแรงครากของแผ่นเหล็ก
\(f_u\) – ความแข็งแรงสูงสุดของรอยเชื่อม
\(\gamma_{M0}\) – ตัวประกอบความปลอดภัยสำหรับแผ่นเหล็ก แก้ไขได้ใน Code setup

พร้อมความแข็งแรงเกิน

การกำหนดขนาดรอยเชื่อมพร้อมความแข็งแรงเกินจะให้รอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงมากกว่าแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่ออย่างมากโดยอัตโนมัติ ตัวประกอบความแข็งแรงเกินระบุไว้ใน Settings → Design → Autodesign → Weld sizing ค่าเริ่มต้น 1.4 นำมาจาก EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) เพื่อสร้าง plastic hinge

ในการคำนวณ สมมติว่าแผ่นเหล็กรับแรงดึงและรอยเชื่อมรับแรงในแนวขวางเป็นกรณีเลวร้ายที่สุดสำหรับความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม การออกแบบนี้มีประโยชน์เพื่อหลีกเลี่ยงการวิบัติแบบเปราะของรอยเชื่อมสำหรับการออกแบบแบบพลาสติกหรือการรับแรงแบบวัฏจักร โปรดทราบว่าขนาดรอยเชื่อมที่ใหญ่โดยอัตโนมัติไม่ได้รับประกันความเหนียวสูง ในทางตรงกันข้าม อาจนำไปสู่ความเค้นตกค้างและการเสียรูปมากเกินไปที่เกิดจากการหดตัวของรอยเชื่อม

ข้อกำหนดนี้ตรวจสอบสำหรับรอยเชื่อมแบบฟิลเลตสองด้านโดย:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

โดยที่:

\(a\) – ความหนาคอรอยเชื่อม
\(t\) – ความหนาของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อด้วยขอบ
\(\beta_w\) – ตัวประกอบสหสัมพันธ์รอยเชื่อม
\(\gamma_{M2}\) – ตัวประกอบความปลอดภัยสำหรับสลักเกลียวและรอยเชื่อม แก้ไขได้ใน Code setup
\(f_y\) – ความแข็งแรงครากของแผ่นเหล็ก
\(f_u\) – ความแข็งแรงสูงสุดของรอยเชื่อม
\(\gamma_{M0}\) – ตัวประกอบความปลอดภัยสำหรับแผ่นเหล็ก แก้ไขได้ใน Code setup
\(f_{overstrength}\) – ตัวประกอบความแข็งแรงเกินที่ระบุใน Settings → Design → Autodesign → Weld sizing