การเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กที่ผ่านการรับรองล่วงหน้า (AISC) - สรุป บทสรุป และข้อเสนอแนะ
ชุดตัวอย่างการตรวจสอบนี้จัดทำขึ้นในโครงการร่วมระหว่าง Ohio State University และ IDEA StatiCa โดยมีผู้เขียนดังต่อไปนี้:
- Baris Kasapoglu, นักศึกษาปริญญาเอก
- Ali Nassiri, Ph.D.
- Halil Sezen, Ph.D.
การเชื่อมต่อโมเมนต์แบบหน้าตัดคานลดลง (RBS)
การเชื่อมต่อโมเมนต์ RBS ที่ผ่านการทดสอบหนึ่งรายการถูกเลือกจากการศึกษาเชิงทดลอง (Uang et al., 2000) และสร้างรูปแบบเพิ่มเติมอีกห้ารูปแบบ ความสามารถในการรับโมเมนต์ของตัวอย่างทั้งหกชิ้นพร้อมรูปแบบการวิบัติได้รับการประมาณตามขั้นตอนของ AISC และโดยใช้ IDEA StatiCa ความแตกต่างระหว่างความสามารถที่คำนวณได้ (1 - ความสามารถรับโมเมนต์โดย IDEA StatiCa / ความสามารถรับโมเมนต์ที่คำนวณโดยขั้นตอน AISC) อยู่ในช่วง -3% ถึง +7% ในขณะที่ความแตกต่างเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 4% (ตารางที่ 6.1) นอกจากนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนต์และการหมุนที่คำนวณโดย IDEA StatiCa โดยใช้การวิเคราะห์ความแข็งได้รับการเปรียบเทียบกับค่าที่ระบุในรายงานการทดสอบ (รูปที่ 6.1) จะเห็นได้ว่า IDEA StatiCa สามารถระบุรูปแบบการวิบัติ คำนวณความสามารถในการรับโมเมนต์ และเส้นโค้งโมเมนต์-การหมุนของการเชื่อมต่อโมเมนต์ RBS ได้
ตารางที่ 6.1: ความสามารถในการรับโมเมนต์ดัดของการเชื่อมต่อโมเมนต์ RBS ที่คำนวณโดย IDEA StatiCa และขั้นตอน AISC (อ้างอิงที่หน้าเสา)
| หมายเลขตัวอย่าง | ความสามารถรับโมเมนต์ดัดตาม AISC (kips-in.) | ความสามารถรับโมเมนต์ดัดตาม IDEA StatiCa (kips-in.) | IDEA/AISC |
| Baseline | 13,422 | 13,874 | 1.03 |
| Var-1 | 11,162 | 10,800 | 0.97 |
| Var-2 | 6,847 | 7,345 | 1.07 |
| Var-3 | 11,983 | 12,157 | 1.01 |
| Var-4 | 6,844 | 7,338 | 1.07 |
| Var-5 | 6,842 | 7,337 | 1.07 |
รูปที่ 6.1: การเปรียบเทียบการหมุนพลาสติกของโมเมนต์ (อ้างอิงที่แกนกลางเสา) ของการเชื่อมต่อโมเมนต์ RBS (แบบจำลอง baseline)
อ่านบทความตัวอย่างการตรวจสอบฉบับเต็มเกี่ยวกับ Reduced Beam Section
การเชื่อมต่อโมเมนต์แผ่นปลาย (EPM)
การเชื่อมต่อ EPM ที่ผ่านการทดสอบจำนวนหกรายการได้รับการประเมินตามขั้นตอนการออกแบบของ AISC และโดยใช้ IDEA StatiCa ความสามารถในการรับโมเมนต์และรูปแบบการวิบัติได้รับการคำนวณและเปรียบเทียบกับผลการสังเกตจากการทดลอง (Sumner et al., 2000) ความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์อยู่ในช่วง -7% ถึง +11% ในขณะที่ความแตกต่างเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 2% (ตารางที่ 6.2) ควรสังเกตว่าการครากของแผ่นปลายเป็นสภาวะขีดจำกัดที่ควบคุมสำหรับรูปแบบที่ 3 ซึ่งคำนวณได้ความแตกต่าง 11% ในขณะที่ความแข็งแรงของรอยเชื่อมระหว่างแผ่นปลายและเอวคานที่ไม่เพียงพอเป็นรูปแบบการวิบัติที่สังเกตได้จากการวิเคราะห์ IDEA StatiCa เมื่อรอยเชื่อมถึงขีดจำกัดความแข็งแรง ความเครียดพลาสติก 1.9% ถูกคำนวณในแผ่นปลาย ซึ่งน้อยกว่าขีดจำกัดความเครียดพลาสติก 5% สำหรับแผ่น จากตัวอย่างนี้ สามารถตีความได้ว่าขั้นตอนที่ระบุไว้ใน AISC 358 สำหรับสภาวะขีดจำกัดการครากของแผ่นปลายให้ผลที่อนุรักษ์นิยมมากกว่า IDEA StatiCa สำหรับแบบจำลอง baseline เส้นโค้งโมเมนต์-การหมุนที่ได้จาก IDEA StatiCa ถูกเปรียบเทียบกับค่าที่วัดได้จากการทดลอง IDEA StatiCa แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการประมาณความสามารถในการรับแรงแตกหักของสลักเกลียว รวมถึงผลของแรงงัดต่อความสามารถในการรับแรงของสลักเกลียว และการมีส่วนร่วมของแผ่นเสริมความแข็งของแผ่นปลายต่อความแข็งแรงดัดของตัวอย่าง EPM ความแตกต่างระหว่างความชันหลังการครากและช่องว่างระหว่างค่าโมเมนต์สูงสุดที่บรรลุสามารถอธิบายได้จากการเสื่อมสภาพของความแข็งที่ตัวอย่างทดสอบประสบ และแบบจำลองวัสดุแบบ bilinear ที่ใช้โดย IDEA StatiCa ตามลำดับ
รูปที่ 6.2: การเปรียบเทียบการหมุนพลาสติกของโมเมนต์ (อ้างอิงที่แกนกลางเสา) ของการเชื่อมต่อ EPM (แบบจำลอง baseline)
ตารางที่ 6.2: ความสามารถในการรับโมเมนต์ดัดของการเชื่อมต่อ EPM ที่คำนวณโดย IDEA StatiCa และขั้นตอน AISC (อ้างอิงที่หน้าเสา)
| หมายเลขตัวอย่าง | ความสามารถรับโมเมนต์ดัดตาม AISC (kips-in.) | ความสามารถรับโมเมนต์ดัดตาม IDEA StatiCa (kips-in.) | IDEA/AISC |
| Baseline | 10,216 | 9,969 | 0.98 |
| Var-1 | 8,669 | 8,856 | 1.02 |
| Var-2 | 34,323 | 36,298 | 1.06 |
| Var-3 | 17,327 | 19,310 | 1.11 |
| Var-4 | 18,338 | 19,275 | 1.05 |
| Var-5 | 30,890 | 28,595 | 0.93 |
อ่านบทความตัวอย่างการตรวจสอบฉบับเต็มเกี่ยวกับ การเชื่อมต่อโมเมนต์แผ่นปลาย (EPM)
การเชื่อมต่อโมเมนต์แบบเชื่อมปีกไม่เสริมแรง-เชื่อมเอว (WUF-W)
ความสามารถในการรับโมเมนต์และรูปแบบการวิบัติของตัวอย่าง WUF-W ที่ผ่านการทดสอบจำนวนหกชิ้นได้รับการคำนวณโดยใช้ IDEA StatiCa และตามขั้นตอนการออกแบบของ AISC และผลการสังเกตถูกเปรียบเทียบกับผลการทดสอบที่ดำเนินการโดย Ricles et al. (2000) รูปแบบการวิบัติที่ได้จากสามแหล่งมีความคล้ายคลึงกันในทุกการเชื่อมต่อ ในขณะที่ความสามารถในการรับโมเมนต์ที่คำนวณโดย IDEA StatiCa มีค่ามากกว่าที่ได้จากขั้นตอนการออกแบบ AISC ประมาณ 8% ยกเว้นแบบจำลอง baseline (ตารางที่ 6.3) เหตุผลที่ IDEA StatiCa คำนวณความสามารถในการรับโมเมนต์ได้มากกว่าขั้นตอน AISC สำหรับรูปแบบต่างๆ อาจเกี่ยวข้องกับสมมติฐานของตำแหน่งบานพับพลาสติก ซึ่ง AISC 358 แนะนำให้กำหนดที่หน้าเสาสำหรับการเชื่อมต่อโมเมนต์ WUF-W ซึ่งนำไปสู่โมเมนต์เพิ่มเติมที่น้อยกว่าเนื่องจากแรงเฉือนที่ตำแหน่งบานพับพลาสติก เมื่อเทียบกับกรณีที่เกิดขึ้นในระยะห่างจากหน้าเสา สำหรับแบบจำลอง baseline การวิเคราะห์ IDEA StatiCa แสดงให้เห็นว่าตัวอย่างถึงความสามารถสูงสุดเมื่อรอยเชื่อมระหว่างหน้าเสาและแผ่น shear tab วิบัติ ในทำนองเดียวกัน การคำนวณด้วยมือตามขั้นตอนการออกแบบ AISC ระบุว่ารอยเชื่อมไม่เป็นไปตามขีดจำกัดความแข็งแรงที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม ไม่มีขั้นตอนที่ AISC กำหนดไว้สำหรับการคำนวณความสามารถในการรับโมเมนต์ของการเชื่อมต่อประเภทนี้ที่ถูกควบคุมโดยรอยเชื่อมระหว่างเสาและคานหรือแผ่น shear tab ควรสังเกตว่าความสามารถในการรับโมเมนต์ที่คำนวณตามขั้นตอน AISC อ้างอิงจากความแข็งแรงโมเมนต์พลาสติกของคาน แม้ว่าการเชื่อมต่อนี้จะไม่ได้รับอนุญาตให้ออกแบบโดย AISC เนื่องจากข้อกำหนดความแข็งแรงสำหรับรอยเชื่อมไม่เป็นที่พอใจ โดยรวมแล้ว ความแตกต่างเฉลี่ยระหว่างความสามารถในการรับโมเมนต์ที่คำนวณโดย IDEA StatiCa และขั้นตอน AISC อยู่ที่ประมาณ 5% นอกจากนี้ การวิเคราะห์โมเมนต์-การหมุนได้ดำเนินการโดยใช้ IDEA StatiCa และ ABAQUS สำหรับแบบจำลอง baseline และผลลัพธ์ถูกเปรียบเทียบกัน เส้นโค้งการหมุนพลาสติกของโมเมนต์ที่คำนวณโดย IDEA StatiCa ถูกเปรียบเทียบกับค่าที่วัดได้ที่ระบุโดยนักวิจัยการทดสอบ (รูปที่ 6.3) ความแตกต่างระหว่างความชันของเส้นโค้งสามารถอธิบายได้จากการเสื่อมสภาพของความแข็งที่ตัวอย่างทดสอบประสบระหว่างการรับแรงแบบวัฏจักร ความเห็นอีกประการหนึ่งที่สามารถกล่าวได้คือ เนื่องจาก IDEA StatiCa ใช้แบบจำลองวัสดุแบบ bilinear พฤติกรรมการแข็งตัวจากความเครียดจึงไม่สามารถจับได้อย่างสมบูรณ์
ตารางที่ 6.3: ความสามารถในการรับโมเมนต์ดัดของการเชื่อมต่อโมเมนต์ WUF-W ที่คำนวณโดย IDEA StatiCa และขั้นตอน AISC (อ้างอิงที่หน้าเสา)
| หมายเลขตัวอย่าง | ความสามารถรับโมเมนต์ดัดตาม AISC (kips-in.) | ความสามารถรับโมเมนต์ดัดตาม IDEA StatiCa (kips-in.) | IDEA/AISC |
| Baseline | 32,013 | 28,266 | 0.88 |
| Var-1 | 32,013 | 34,662 | 1.08 |
| Var-2 | 32,943 | 35,705 | 1.08 |
| Var-3 | 32,943 | 35,705 | 1.08 |
| Var-4 | 32,013 | 34,659 | 1.08 |
| Var-5 | 32,013 | 34,723 | 1.08 |
รูปที่ 6.3: การเปรียบเทียบการหมุนพลาสติกของโมเมนต์ (อ้างอิงที่แกนกลางเสา) ของการเชื่อมต่อโมเมนต์ WUF-W (แบบจำลอง baseline)
การเชื่อมต่อโมเมนต์แบบเชื่อมปีกไม่เสริมแรง-ยึดเอวด้วยสลักเกลียว (WUF-B)
พฤติกรรมการดัดของตัวอย่าง WUF-B ที่ผ่านการทดสอบจำนวนห้าชิ้น (Lee et al., 1999) ได้รับการตรวจสอบด้วยแบบจำลองทั้งหมดแปดแบบโดยใช้สลักเกลียวสองประเภท ได้แก่ 1) แบบแรงเสียดทาน 2) แบบรับแรงกด ความสามารถในการรับโมเมนต์ดัดของตัวอย่างได้รับการคำนวณโดยใช้ IDEA StatiCa และตามขั้นตอนการออกแบบ AISC และนำมาเปรียบเทียบกัน (ตารางที่ 6.4) เนื่องจากสลักเกลียวแบบ slip critical สามารถออกแบบเป็นสลักเกลียวแบบรับแรงกดที่อัดแรงล่วงหน้าได้ หากค่าสัมประสิทธิ์การลื่นของพื้นผิวสัมผัสมากกว่าหรือเท่ากับ 0.30 ตาม AISC 341 (2016) ตัวอย่างที่มีสลักเกลียวแบบ slip critical (เช่น baseline.SC, Var-2.SC, Var-3.SC) จึงสามารถละเว้นได้ในการเปรียบเทียบความแข็งแรงโมเมนต์ระหว่าง IDEA StatiCa และขั้นตอน AISC สำหรับการเชื่อมต่อที่เหลือ ความแตกต่างระหว่างความสามารถในการรับโมเมนต์ที่คำนวณโดย IDEA StatiCa และ AISC อยู่ในช่วง -18% ถึง -6% ในขณะที่ความแตกต่างเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 13% เหตุผลที่ IDEA StatiCa คำนวณความแข็งแรงโมเมนต์ได้อนุรักษ์นิยมกว่าขั้นตอน AISC อาจเกี่ยวข้องกับแรงยึดเหนี่ยวที่อ่อนระหว่างเอวคานและปีกเสา การตรวจสอบเพิ่มเติมสามารถดำเนินการได้โดยการแทนที่แผ่น shear tab ด้วยรอยเชื่อมชนตลอดแนวเอวคาน และจะได้รับการปรับปรุงความสามารถในการรับโมเมนต์อย่างมีนัยสำคัญตามขั้นตอนเดียวกันใน IDEA StatiCa
สำหรับแบบจำลอง baseline การหมุนพลาสติกของโมเมนต์ได้รับจากการวิเคราะห์ IDEA StatiCa และเปรียบเทียบกับค่าที่วัดได้จากการทดลอง (รูปที่ 6.4) ควรสังเกตว่าสลักเกลียวแบบแรงเสียดทาน (slip critical) ใช้สำหรับการวิเคราะห์โมเมนต์-การหมุน ในขณะที่สลักเกลียวแบบรับแรงกดใช้สำหรับการวิเคราะห์ความสามารถในการรับโมเมนต์ ความแตกต่างระหว่างเส้นโค้งอาจเกี่ยวข้องกับกระบวนการดึงข้อมูล เนื่องจากเส้นโค้งโมเมนต์-การหมุนที่วัดได้ถูกดึงมาจากรูปที่ระบุในรายงานการทดสอบ ข้อผิดพลาดเล็กน้อยจึงเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ความแตกต่างของพฤติกรรมหลังการครากสามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองวัสดุแบบ bilinear ที่ใช้โดยซอฟต์แวร์
รูปที่ 6.4: การเปรียบเทียบการหมุนพลาสติกของโมเมนต์ (อ้างอิงที่แกนกลางเสา) ของการเชื่อมต่อโมเมนต์ WUF-B (แบบจำลอง baseline)
ตารางที่ 6.4: ความสามารถในการรับโมเมนต์ดัดของการเชื่อมต่อโมเมนต์ WUF-B ที่คำนวณโดย IDEA StatiCa และขั้นตอน AISC (อ้างอิงที่หน้าเสา)
| หมายเลขตัวอย่าง | ความแข็งแรงโมเมนต์ตาม AISC (kips-in.) | ความแข็งแรงโมเมนต์ตาม IDEA StatiCa (kips-in.) | IDEA/AISC |
| Baseline.SC | 7,410 | 6,425 | 0.87 |
| Var-1 | 11,831 | 11,091 | 0.94 |
| Var-2.SC | 15,974 | 12,116 | 0.76 |
| Var-3.SC | 15,538 | 11,779 | 0.76 |
| Var-4 | 24,286 | 20,986 | 0.86 |
| Baseline.X | 7,410 | 6,482 | 0.87 |
| Var-2.X | 15,974 | 13,063 | 0.82 |
| Var-3.X | 15,538 | 13,165 | 0.85 |
การเชื่อมต่อโมเมนต์แบบ Double-tee
การเชื่อมต่อ double-tee ที่ผ่านการทดสอบจำนวนหกรายการได้รับการตรวจสอบตามขั้นตอนการออกแบบ AISC และโดยใช้ IDEA StatiCa ความสามารถในการรับโมเมนต์ได้รับการคำนวณและนำผลลัพธ์มาเปรียบเทียบกัน
ความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์อยู่ในช่วง -9% ถึง +7% ในขณะที่ความแตกต่างเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 3% (ตารางที่ 6.5) นอกจากนี้ รูปแบบการวิบัติได้รับการประมาณอย่างสมเหตุสมผล การวิเคราะห์โมเมนต์-การหมุนดำเนินการผ่าน IDEA StatiCa และ ABAQUS โดยใช้สลักเกลียวสองประเภท (เช่น แบบรับแรงกด แบบแรงเสียดทาน) เนื่องจากประเภทสลักเกลียวแบบควบคุมแรงดึงไม่มีใน IDEA StatiCa เส้นโค้งถูกเปรียบเทียบกับค่าที่ได้จากการทดลองที่ดำเนินการโดย Leon (1999) สำหรับแบบจำลอง baseline (รูปที่ 6.5) พบว่าเส้นโค้งการหมุนพลาสติกของโมเมนต์ของตัวอย่างทดสอบอยู่ระหว่างค่าที่คำนวณจากการวิเคราะห์ IDEA StatiCa สำหรับสลักเกลียวแบบแรงเสียดทานและแบบรับแรงกดตามที่คาดไว้ นอกจากนี้ การตรวจสอบคุณสมบัติล่วงหน้าที่ระบุไว้ใน AISC 358 ได้ดำเนินการสำหรับตัวอย่าง สำหรับแบบจำลอง baseline การวิเคราะห์การออกแบบตามความสามารถได้ดำเนินการใน IDEA StatiCa และเปรียบเทียบกับค่าที่ได้จากขั้นตอน AISC สามารถสรุปได้ว่า IDEA StatiCa มีความสามารถสูงในการคำนวณความสามารถในการรับโมเมนต์และกำหนดรูปแบบการวิบัติของการเชื่อมต่อโมเมนต์แบบ double-tee นอกจากนี้ยังสามารถกล่าวเพิ่มเติมได้ว่าการวิเคราะห์ตามความสามารถ (เช่น CD) สามารถกำหนดได้ว่าการเชื่อมต่อมีความสามารถในการรับแรงเพียงพอหรือไม่เมื่อบานพับพลาสติกเกิดขึ้นในคานทั้งสองตามที่ AISC 358 กำหนดสำหรับการเชื่อมต่อรับแรงแผ่นดินไหว
ตารางที่ 6.5: ความสามารถในการรับโมเมนต์ดัดของการเชื่อมต่อโมเมนต์แบบ double-tee ที่คำนวณโดย IDEA StatiCa และขั้นตอน AISC (อ้างอิงที่หน้าเสา)
| หมายเลขตัวอย่าง | ความแข็งแรงโมเมนต์ตาม AISC (kips-in.) | ความแข็งแรงโมเมนต์ตาม IDEA StatiCa (kips-in.) | IDEA/AISC |
| Baseline | 8,749 | 8,090 | 0.92 |
| Var-1 (Mill) | 4,398 | 4,702 | 1.07 |
| Var-1 (Coupon) | 5,246 | 5,278 | 1.01 |
| Var-2 (Mill) | 4,684 | 4,741 | 1.01 |
| Var-2 (Coupon) | 5,787 | 5,499 | 0.95 |
| Var-3 | 8,802 | 8,013 | 0.91 |
| Var-4 | 8,802 | 8,013 | 0.91 |
| Var-5 | 7,880 | 7,630 | 0.97 |
รูปที่ 6.5: การเปรียบเทียบการหมุนพลาสติกของโมเมนต์ (อ้างอิงที่แกนกลางเสา) ของการเชื่อมต่อโมเมนต์แบบ double-tee (แบบจำลอง baseline)
โดยรวมแล้ว มีความสอดคล้องกันอย่างดีระหว่างความสามารถในการรับโมเมนต์และรูปแบบการวิบัติที่ได้จากการทดสอบ การวิเคราะห์ IDEA StatiCa และขั้นตอนการออกแบบ AISC ข้อเสนอแนะเพื่อปรับปรุงซอฟต์แวร์เพิ่มเติมมีดังต่อไปนี้:
- สามารถพัฒนาประเภทสลักเกลียวใหม่สำหรับสลักเกลียวแบบควบคุมแรงดึง/อัดแรงล่วงหน้า และมอบให้แก่ผู้ใช้เพิ่มเติมจากประเภทสลักเกลียวแบบรับแรงกดและแบบแรงเสียดทาน
- แรงที่จะนำไปใช้กับตัวเลือก "loads are in equilibrium" สามารถคำนวณจาก IDEA StatiCa สำหรับความยาวชิ้นส่วนและเงื่อนไขขอบเขตที่แตกต่างกันตามความต้องการของผู้ใช้ ด้วยวิธีนี้ สามารถดำเนินการวิเคราะห์สำหรับเงื่อนไขที่ต้องการได้โดยไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์อื่นหรือการคำนวณด้วยมือเพิ่มเติม ด้วย IDEA StatiCa เวอร์ชันปัจจุบัน (เช่น v22) ในการคำนวณความสามารถในการรับโมเมนต์ของตัวอย่างทดสอบ แรงที่การเชื่อมต่อได้รับการคำนวณโดยใช้ SAP2000 โดยแสดงเงื่อนไขการตั้งค่าการทดสอบ (เช่น ความยาวชิ้นส่วน เงื่อนไขขอบเขต) จากนั้นแรงที่คำนวณได้เหล่านั้นถูกนำไปใช้ใน IDEA StatiCa โดยใช้ตัวเลือก "loads are in equilibrium"
- การรับแรงแบบเพิ่มทีละน้อยสามารถนำไปใช้โดยอัตโนมัติและเป็นระบบโดย IDEA StatiCa และสามารถระบุความสามารถในการรับโมเมนต์ได้โดยไม่ต้องปรับแรงและรันใหม่
- การตรวจสอบคุณสมบัติล่วงหน้าสามารถดำเนินการโดย IDEA StatiCa
- สามารถนำเครื่องมือสร้างตาข่ายที่ดีกว่ามาปรับใช้กับซอฟต์แวร์
- การแสดงเส้นโค้งโมเมนต์-การหมุนสามารถปรับปรุง/เพิ่มพูนได้โดยการมอบเครื่องมือให้ผู้ใช้ปรับแบบอักษร สี และขนาดของกราฟ
- สัญลักษณ์บางอย่างจำเป็นต้องได้รับการแก้ไข/ปรับสำหรับผู้ใช้ชาวอเมริกัน (เช่น θ แทน ϕ สำหรับการหมุนตาม AISC)
อ่านบทความตัวอย่างการตรวจสอบฉบับเต็มเกี่ยวกับการเชื่อมต่อโมเมนต์แบบ Double-tee