Verifications

แผ่นเชื่อมต่อกับท่อกลมกลวง

Steel

EN (Eurocode)

CBFEM

Welds

Connection

This article is also available in:

Translated by AI from English

นี่คือบทที่คัดเลือกมาจากหนังสือ Component-based finite element design of steel connections โดย ศ. Wald และคณะ บทนี้มุ่งเน้นไปที่การตรวจสอบความถูกต้องของการเชื่อมต่อแผ่นกับท่อกลมกลวง

วิธีรูปแบบการวิบัติ

จุดต่อแบบ T ของแผ่นเชื่อมกับท่อกลมกลวงแบบระนาบเดียวที่ทำนายโดย CBFEM ได้รับการตรวจสอบเทียบกับ FMM ในบทนี้ ใน CBFEM ความต้านทานการออกแบบถูกจำกัดโดยการถึง 5 % ของความเครียด หรือแรงที่สอดคล้องกับการเสียรูปของจุดต่อ 3 % d₀ โดยที่ d₀ คือเส้นผ่านศูนย์กลางของคอร์ด FMM อ้างอิงจากขีดจำกัดแรงสูงสุดหรือขีดจำกัดการเสียรูป 3 % d₀ดู Lu et al. (1994) รอยเชื่อมที่ออกแบบตาม EN 1993‑1‑8:2006 ไม่ใช่ส่วนประกอบที่อ่อนแอที่สุดในจุดต่อ

การครากของหน้าคอร์ด

ความต้านทานการออกแบบของหน้าคอร์ด CHS ถูกกำหนดโดยใช้วิธีที่ระบุในแบบจำลอง FMM ใน Ch. 9 ของ prEN 1993-1-8:2020 และใน ISO/FDIS 14346 ดู Fig. 7.3.1 ความต้านทานการออกแบบของจุดต่อแผ่นเชื่อมกับ CHS ที่รับแรงตามแนวแกนคือ:

จุดต่อแบบ T

แนวขวาง

\[ N_{1,Rd} = 2.5 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.35} Q_f / \gamma_{M5} \]

แนวยาว

\[ N_{1,Rd} = 7.1 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta) Q_f / \gamma_{M5} \]

จุดต่อแบบ X

แนวขวาง

\[ N_{1,Rd} = 2.1 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.25} Q_f / \gamma_{M5} \]

แนวยาว

\[ N_{1,Rd} = 3.5 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta^2) \gamma^{0.1} Q_f / \gamma_{M5} \]

โดยที่:

f_y,i – กำลังครากของชิ้นส่วน i (i = 0,1,2 หรือ 3)
t_i – ความหนาของผนังชิ้นส่วน CHS i (i = 0,1,2 หรือ 3)
\(\beta\) – อัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางหรือความกว้างเฉลี่ยของชิ้นส่วนค้ำยันต่อคอร์ด
\(\eta\) – อัตราส่วนของความลึกของชิ้นส่วนค้ำยันต่อเส้นผ่านศูนย์กลางหรือความกว้างของคอร์ด
\(\gamma\) – อัตราส่วนของความกว้างหรือเส้นผ่านศูนย์กลางของคอร์ดต่อสองเท่าของความหนาผนัง
Q_f – ตัวประกอบความเค้นในคอร์ด
C_f – ตัวประกอบวัสดุ
\(\gamma_{M5}\) – ตัวประกอบบางส่วนสำหรับความต้านทานของจุดต่อในโครงถักท่อกลวง
N_i,Rd – ความต้านทานการออกแบบของจุดต่อที่แสดงในรูปของแรงตามแนวแกนภายในของชิ้นส่วน i (i = 0,1,2 หรือ 3)

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.1 Examined failure mode - chord plastification}}}\]

ขอบเขตความถูกต้อง

CBFEM ได้รับการตรวจสอบสำหรับจุดต่อทั่วไปของท่อกลมกลวงแบบเชื่อม ขอบเขตความถูกต้องสำหรับจุดต่อเหล่านี้ถูกกำหนดไว้ใน Table 7.8 ของ prEN 1993-1-8:2020 ดู Tab 7.3.1 ขอบเขตความถูกต้องเดียวกันนี้ถูกนำไปใช้กับแบบจำลอง CBFEM นอกขอบเขตความถูกต้องของ FMM ควรจัดเตรียมการทดสอบเชิงทดลองเพื่อการตรวจสอบ หรือดำเนินการตรวจสอบตามแบบจำลองงานวิจัยที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว

Tab. 7.3.1 ขอบเขตความถูกต้องสำหรับวิธีรูปแบบการวิบัติ

ทั่วไป	\(0.2 \le \frac{d_i}{d_0} \le 1.0 \)	\( \theta_i \ge 30^{\circ} \)	\(-0.55 \le \frac{e}{d_0} \le 0.25 \)
	\(g \ge t_1+t_2 \)	\(f_{yi} \le f_{y0} \)	\( t_i \le t_0 \)

คอร์ด	แรงอัด	Class 1 หรือ 2 และ \(10 \le d_0 / t_0 \le 50 \) (แต่สำหรับจุดต่อแบบ X: \( d_0/t_0 \le 40 \))
	แรงดึง	\(10 \le d_0 / t_0 \le 50 \) (แต่สำหรับจุดต่อแบบ X: \( d_0/t_0 \le 40 \))
แผ่นแนวขวาง		\(0.25\le\beta=b_1/d_0\le1\)
แผ่นแนวยาว		\(0.6\le\eta=h_1/d_0\le4 \)

การตรวจสอบความถูกต้อง

ในบทนี้ CBFEM ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องเทียบกับแบบจำลอง FMM ของจุดต่อแบบ T ของแผ่นกับ CHS ที่อธิบายไว้ใน prEN 1993-1-8:2020 แบบจำลองถูกเปรียบเทียบกับข้อมูลจากการทดสอบเชิงกลใน Tabs 7.3.2–7.3.3 โดยใช้ความต้านทานที่อ้างอิงจากขีดจำกัดการเสียรูป คุณสมบัติวัสดุและเรขาคณิตของการทดสอบเชิงตัวเลขอธิบายไว้ใน (Voth A.P. and Packer A.J., 2010) การทดสอบที่อยู่นอกขอบเขตความถูกต้องถูกทำเครื่องหมายในตารางด้วยเครื่องหมายดอกจัน * และแสดงในกราฟเพื่อแสดงคุณภาพของเงื่อนไขขอบเขต

Tab. 7.3.2 คุณสมบัติเรขาคณิต คุณสมบัติวัสดุ และความต้านทานของการเชื่อมต่อจากการทดสอบและแบบจำลอง FMM สำหรับจุดต่อแบบ T แนวขวาง

ID	อ้างอิง	d₀ [mm]	t₀ [mm]	h₁ [mm]	h₁/d₀ [-]	d₀/t₀ [-]	f_y0 [MPa]
TPT 1	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	115,6	0,7	31,8	308,0
TPT 2	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	148,7	0,9	31,8	308,0
TPT 3	Washio et al. (1970)	139,8	3,5	125,8	0,9	39,9	343,0
TPT 4	Voth et al. (2012)	219,2	4,5	100,3	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp [kN]	ประเภทกิ่ง	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPT 1	169,4	แรงอัด	20,34	16,25	1,25
TPT 2	250,5	แรงอัด	30,08	22,58	1,33
TPT 3	184,8	แรงอัด	43,98	24,45	1,80
TPT 4	282,5	แรงดึง	36,04	12,45	2,89

Tab. 7.3.3 คุณสมบัติเรขาคณิต คุณสมบัติวัสดุ และความต้านทานของการเชื่อมต่อจากการทดสอบและแบบจำลอง FMM สำหรับจุดต่อแบบ T แนวยาว

ID	อ้างอิง	d₀ [mm]	t₀ [mm]	h₁ [mm]	h₁/d₀ [-]	d₀/t₀ [-]	f_y0 [MPa]
TPL 1	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	165,2	1,0	31,8	308,0
TPL 2	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	330,4	2,0	31,8	308,0
*TPL 3	Voth et al. (2012)	219,2	4,5	99,9	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp [kN]	ประเภทกิ่ง	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPL 1	107,6	แรงอัด	12,92	10,36	1,25
TPL 2	127,4	แรงอัด	15,30	13,32	1,15
*TPL 3	160,6	แรงดึง	20,49	8,75	2,34

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.3.2 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and to longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.3 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)}}}\]

การตรวจสอบความถูกต้องที่แสดงใน Figs 7.3.2 และ 7.3.3 แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างจากการทดสอบอยู่ที่อย่างน้อย 15 % โดยทั่วไปอยู่ในด้านที่ปลอดภัย การทดสอบที่อยู่นอกขอบเขตความถูกต้องถูกรวมไว้และทำเครื่องหมายแล้ว ผลลัพธ์แสดงให้เห็นถึงคุณภาพที่ดีของเงื่อนไขขอบเขตที่เลือก

จุดต่อแบบ T ของแผ่นระนาบเดียว

ภาพรวมของตัวอย่างที่พิจารณาในการศึกษาแสดงไว้ใน Tab. 7.3.4 กรณีที่เลือกครอบคลุมอัตราส่วนเรขาคณิตของจุดต่อในช่วงกว้าง เรขาคณิตของจุดต่อพร้อมขนาดแสดงไว้ใน Fig. 7.3.4 ความหนาของแผ่นเท่ากับ 15 mm ในทุกกรณีที่ครอบคลุมในการศึกษานี้

Tab. 7.3.4 ภาพรวมตัวอย่าง

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.4 Dimensions of plate to CHS T joint, transverse (left) and longitudinal (right)}}}\]

การตรวจสอบ

ผลลัพธ์ของความต้านทานและรูปแบบการวิบัติการออกแบบของ FMM ถูกเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ของ CBFEM ใน Tab. 7.3.5 และใน Fig. 7.3.5

Tab. 7.3.5 การตรวจสอบการทำนายความต้านทานโดย CBFEM บน FMM a) แนวขวาง b) แนวยาว

การศึกษาแสดงให้เห็นความสอดคล้องที่ดีสำหรับกรณีแรงกระทำที่ใช้ ผลลัพธ์ถูกสรุปในแผนภาพที่เปรียบเทียบความต้านทานการออกแบบของ CBFEM และ FMM ดู Fig. 7.3.5 ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าความแตกต่างระหว่างวิธีการคำนวณทั้งสองในทุกกรณีน้อยกว่า 7 %