บทนำ
ก่อนเริ่มต้นเนื้อหานี้ ขอกำหนดวัตถุประสงค์การใช้งานของ application ก่อน ในเวอร์ชันปัจจุบัน เราได้พัฒนาเครื่องมือและตรวจสอบความถูกต้องของวิธีการคำนวณเฉพาะสำหรับ การยึด (anchoring) โครงสร้างเหล็กในแท่งคอนกรีตเสริมเหล็กแบบง่าย
เนื้อหาต่อไปนี้แบ่งออกเป็นสองส่วน ได้แก่ ข้อจำกัดของ application และวิธีการคำนวณเอง และข้อจำกัดของการนำเข้าข้อมูลจาก IDEA StatiCa Connection
ข้อจำกัดของ application
คอนกรีตเสริมเหล็ก
วิธี 3D CSFM ไม่ได้ถูกออกแบบมาสำหรับคอนกรีตล้วน/คอนกรีตไม่เสริมเหล็กหรือคอนกรีตที่มีปริมาณเหล็กเสริมน้อย ในกรณีนี้ ผลลัพธ์ของการคำนวณอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่คลาดเคลื่อนหรือการคำนวณแบบไม่เชิงเส้นไม่ลู่เข้าสู่คำตอบ
คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ Theoretical background
เหตุผลหลักที่ต้องสร้างแบบจำลองเฉพาะชิ้นส่วนคอนกรีตเสริมเหล็กใน application คือกำลังรับแรงดึงของคอนกรีตนั้นมีค่าน้อยมากจนไม่มีนัยสำคัญ ดังนั้นความเค้นดึงทั้งหมดจึงต้องถูกถ่ายเทผ่านเหล็กเสริม
เหตุผลที่สองคือ: ใน IDEA StatiCa Detail 3D ไม่มีการใช้กลศาสตร์การแตกหัก (fracture mechanics) แบบจำลองไม่ได้จำลองการขยายตัวของรอยแตกอย่างชัดเจน และไม่ได้ใช้พารามิเตอร์กลศาสตร์การแตกหักของคอนกรีต (G_f, K_IC, รูปร่างของพื้นผิวการแตกหัก) คอนกรีตถูกจำลองเป็นวัสดุแบบเหนียว (ductile) ที่มีช่วงพลาสติกแนวราบในการรับแรงอัด – เมื่อถึงความเค้นอัดจำกัดแล้ว ความเค้นจะคงที่ และมีเพียงความเครียดเท่านั้นที่เพิ่มขึ้นต่อไปจนถึงขีดจำกัดที่กำหนดไว้ ผลที่ตามมาคือ Detail 3D สามารถจำลองการกระจายตัวใหม่แบบพลาสติกของความเค้นและความเครียดในบริเวณ D (บริเวณไม่ต่อเนื่อง) ได้ แต่ไม่ได้จำลองกลไกการวิบัติแบบเปราะที่ถูกควบคุมโดยกลศาสตร์การแตกหักอย่างชัดเจน (เช่น การวิบัติจากแรงเฉือนล้วนของคอนกรีตไม่เสริมเหล็ก การขยายตัวแบบไม่เสถียรของรอยแตกหลักเดี่ยว เป็นต้น)
โดยสรุป แบบจำลองของคุณต้องเป็นไปตามคำนิยามของคอนกรีตเสริมเหล็กตามที่ระบุไว้ในมาตรฐานสากล ปฏิบัติตามกฎการจัดวางเหล็กเสริม (detailing rules) เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้อง
สภาวะขีดจำกัดด้านกำลัง (Ultimate Limit State)
การคำนวณและการตรวจสอบตามมาตรฐานทั้งหมดถูกนำมาใช้สำหรับ ULS เท่านั้น คำนิยามของวัสดุและวิธีการคำนวณเองต้องแตกต่างกันสำหรับ SLS คุณสามารถดูความแตกต่างนี้ได้ใน Detail 2D
การอ่อนตัวจากแรงอัด
ก่อนอื่น ขอกำหนดความหมายของการอ่อนตัวจากแรงอัด: คอนกรีตที่รับแรงอัดจะสูญเสียกำลังและความแข็งเกร็งเมื่อเกิดการแตกร้าวอย่างรุนแรงจากแรงดึงในเวลาเดียวกัน กล่าวคือเมื่อมีความเครียดดึงตามขวางขนาดใหญ่เกิดขึ้น
ในกรณีที่กำลังรับแรงถูกควบคุมโดยค้ำยันรับแรงอัด (แนวทแยงรับแรงอัด) ที่วิ่งผ่านคอนกรีตที่แตกร้าวอย่างรุนแรง Detail 3D มีแนวโน้มที่จะประเมินกำลังรับแรงสูงเกินจริง (กล่าวคือ อยู่ในฝั่งที่ไม่ปลอดภัยเล็กน้อย) หากนำผลลัพธ์ไปตีความโดยตรงว่าเป็นกำลังรับแรงสูงสุดที่แท้จริง
ด้วยเหตุผลดังกล่าว โมดูล 3D จึงเหมาะสำหรับใช้ตรวจสอบกำลังของการยึด (anchoring) ในแท่งคอนกรีตเสริมเหล็กแบบง่ายเท่านั้น
แม้ว่าจะสามารถสร้างแบบจำลอง เช่น ฐานรากเสาเข็ม (pile cap) โดยใช้จุดรองรับบนพื้นที่ขนาดเล็กได้ แต่การตรวจสอบนั้นไม่น่าเชื่อถือ เนื่องจากผลของการเสริมความแข็งจากแรงอัด (softening effect) มีนัยสำคัญ โดยเฉพาะในปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการเจาะทะลุ (punching) สถานการณ์เดียวกันนี้อาจเกิดขึ้นได้ในกรณีของพื้นแผ่นบางที่มีเสาวางอยู่บน และในกรณีที่คล้ายคลึงกันอื่น ๆ
สำหรับสถานการณ์เหล่านี้ จำเป็นต้องนำการอ่อนตัวของคอนกรีตมาใช้ ซึ่งปัจจุบันมีให้เฉพาะในโมดูล 2D เท่านั้น ดังนั้น โมดูล 3D จึงสามารถใช้ได้เฉพาะการตรวจสอบการวิบัติที่ไม่ได้รับผลกระทบจากปรากฏการณ์นี้
การตรวจสอบพุก
ชิ้นส่วนของพุกถูกกำหนดให้สามารถถ่ายแรงดึงหรือแรงอัดในแนวตั้งฉาก รวมถึงแรงเฉือน โดยพิจารณาความแข็งเกร็งในการดัดด้วย ตามที่อธิบายไว้ใน Theoretical background
เรารองรับการตรวจสอบตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง (เฉพาะ EN) ดังนั้น IDEA StatiCa Detail จึงสามารถใช้งานได้อย่างอิสระสำหรับการประเมินพุก (พุก เหล็กเสริม คอนกรีต)
มาตรฐานที่รองรับ: EN 1992-4, EN 1993-1-8, EN 1994-1-1
สำหรับการตรวจสอบส่วนประกอบอื่น ๆ ของจุดต่อ (รอยเชื่อม แผ่นเหล็ก ฯลฯ) คุณจำเป็นต้องใช้ IDEA StatiCa Connection ซึ่งคุณสามารถทำการตรวจสอบพุกอย่างครบถ้วนสำหรับคอนกรีตล้วน/คอนกรีตไม่เสริมเหล็กได้เช่นกัน การยึด (anchorage) ใน Connection พร้อมกับแรงกระทำที่ใช้ สามารถส่งออกไปยัง Detail เพื่อการออกแบบเหล็กเสริมเพิ่มเติมได้
สำหรับมาตรฐาน ACI และมาตรฐานออสเตรเลีย การตรวจสอบตามมาตรฐานของพุกในกรณีแรงเฉือน และแรงเฉือนร่วมกับแรงดึงยังไม่ได้ถูกนำมาใช้งานในขณะนี้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ทั้งสอง application ร่วมกันเสมอเพื่อการตรวจสอบพุกตามมาตรฐานอย่างครบถ้วน
การพลิกคว่ำ (Overturning)
หากข้อมูลนำเข้าของแรงกระทำทำให้แบบจำลองเกิดการพลิกคว่ำ แบบจำลองจะคำนวณต่อไปจนกว่าจะไม่ลู่เข้าสู่คำตอบหรือถึงเกณฑ์ที่กำหนด ซึ่งโดยปกติจะใช้เวลานาน และคุณจะได้รับผลลัพธ์ดังนี้:
เปอร์เซ็นต์ของแรงที่ถ่ายเทได้จะถูกแสดง นอกจากนี้ ในผลลัพธ์เสริม (Auxiliary results) จะแสดงการเสียรูปที่ผิดปกติ
วิธีแก้ปัญหาชั่วคราว: แนะนำให้คำนวณแบบจำลองใดๆ ก่อนโดยตั้งค่า Multiplier of default mesh size เป็นค่าสูง (4-5) ตัวคูณนี้สามารถพบได้ใน Settings -> Mesh settings การคำนวณจะรวดเร็ว และคุณจะสามารถเห็นได้ว่าการพลิกคว่ำเป็นปัญหาหรือไม่
จำเป็นต้องตรวจสอบว่าน้ำหนักตัวเอง (self-weight) ของแท่งคอนกรีตได้ถูกรวมไว้หรือไม่ เนื่องจากสามารถป้องกันไม่ให้แบบจำลองพลิกคว่ำได้ โปรดทราบว่าเมื่อนำเข้าข้อมูลจาก Connection application น้ำหนักตัวเองจะไม่ถูกป้อนเข้าสู่แบบจำลองโดยอัตโนมัติ — ดูรายละเอียดในเนื้อหาด้านล่าง
ข้อจำกัดของการนำเข้าข้อมูลจาก Connection
การสัมผัส (Contacts)
โดยทั่วไป การนำเข้าแรงที่กระทำบนแผ่นฐานผ่านการสัมผัสกับแผ่นเหล็กอื่นนั้นไม่รองรับ ซึ่งครอบคลุมทั้งการสัมผัสแบบขอบกับพื้นผิว (edge-surface) และแบบพื้นผิวกับพื้นผิว (surface-surface) อ่านเพิ่มเติมได้ที่บทความนี้
การยึดโดยชิ้นส่วน (Anchoring by member)
เฉพาะแบบจำลองที่ยึด (anchored) ผ่านแผ่นฐานเท่านั้นที่สามารถนำเข้าไปยัง Detail application ได้อย่างถูกต้อง สำหรับแบบจำลองที่ชิ้นส่วนเชื่อมต่อกับแท่งคอนกรีตโดยตรง แผ่นเชื่อมต่อของชิ้นส่วนกับพุกจะถูกนำเข้าโดยไม่มีแรงกระทำ
น้ำหนักตัวเองไม่ถูกเพิ่มโดยอัตโนมัติ
น้ำหนักตัวเองไม่ถูกคำนวณ/เพิ่มโดยอัตโนมัติ จะต้องถูกป้อนเข้าโครงการด้วยตนเองสำหรับ Detail สิ่งนี้อาจส่งผลกระทบหลักต่อการตรวจสอบการยึดกับฐานราก ซึ่งหากไม่พิจารณาน้ำหนักตัวเองอาจนำไปสู่การพลิกคว่ำของฐานราก ดังที่กล่าวไว้ในย่อหน้าข้างต้น
ประเภทการยึดที่ไม่รองรับสำหรับการส่งออก
พุกงอ (Hooked anchors) ไม่รองรับใน Detail แผ่นรอง (washer plate) จะถูกใช้แทนในไฟล์ที่ส่งออก
แผ่นรองถูกจำลองเป็นชิ้นส่วนแผ่น-เปลือก (plate-shell) ที่ยึดติดโดยตรงกับก้านพุก โดยถ่ายเทแรงไปยังคอนกรีตผ่านการสัมผัสแบบรับแรงอัดเท่านั้น ตัวแผ่นเองถูกจำลองแบบเชิงเส้น โดยไม่มีพลาสติก และไม่ถูกนำมาตรวจสอบกำลังรับแรง เนื่องจากก้านพุกมี กำลังยึดเหนี่ยว (bond strength) เป็นศูนย์ แรงทั้งหมดจึงถูกถ่ายเทไปยังคอนกรีตผ่านแผ่นรอง ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับประเภทของพุกสามารถดูได้ในบทความ: Single anchor definition
การรวมกันของประเภทพุกที่ไม่รองรับ
Detail app ไม่รองรับการรวม Stud หัว (headed studs) หรือเหล็กเสริมเข้ากับประเภทพุกอื่น ๆ ประเภทพุกเหล่านี้จะไม่ถูกรวมอยู่ในผลลัพธ์ที่ส่งออก ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวเลือกของแผ่นสามารถดูได้ในบทความ: Anchoring plates options
การรวมกันของแรงที่นำเข้าและแรงที่ผู้ใช้ป้อนเอง
แรงที่นำเข้าและแรงที่ผู้ใช้ป้อนเองไม่สามารถรวมกันได้ภายในแบบจำลองเดียว เนื่องจากเหตุผลที่อธิบายไว้ใน Theoretical background พุกถูกนำเข้าโดยไม่เชื่อมต่อกับแผ่นฐาน หากคุณสร้างกรณีแรงที่กำหนดโดยผู้ใช้เอง เห็นได้ชัดว่าแรงจะไม่ถูกถ่ายเทอย่างถูกต้อง
วิธีแก้ปัญหาชั่วคราว: คัดลอกรายการโครงการ (Project item) ที่นำเข้ามา ลบแรงที่นำเข้าทั้งหมดออก เชื่อมต่อพุกทั้งหมดเข้ากับแผ่นฐาน จากนั้นคุณจึงสามารถป้อนกรณีแรงที่กำหนดโดยผู้ใช้เองได้
แท่งคอนกรีตหลายก้อน
Detail รองรับเฉพาะแท่งคอนกรีตเดียวเท่านั้น อย่างไรก็ตาม แท่งคอนกรีตสามารถถูกปรับเปลี่ยนได้โดยใช้ Negative volume, Cutting plane และการดำเนินการ Cut ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างแบบจำลองรูปทรงที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ฐานเสา (pedestals) ส่วนขยายของฐานรากแบบแถบ (foundation strip extensions) การยึด (anchoring) ข้างช่องเปิด เป็นต้น
นอกจากนี้ยังสามารถนำเข้าแท่งคอนกรีตอิสระสองก้อนจาก Connection ซึ่งจะถูกนำเข้าสู่ Detail เป็นสอง model entities ที่สามารถถูกปรับเปลี่ยนเพิ่มเติมได้โดยใช้การดำเนินการ Cut
แผ่นฐานมากกว่าหนึ่งแผ่นในแท่งคอนกรีตเดียว
การส่งออกแผ่นฐานหลายแผ่นในแท่งคอนกรีตเดียวได้รับการรองรับ แม้ว่าจะไม่แนะนำให้นำเข้าสิ่งที่เรียกว่าการยึดที่ขอบ (edge anchoring)
ใน Connection application คอนกรีตถูกจำลองในลักษณะที่เรียบง่ายโดยใช้ Winkler's subgrade ในทางกลับกัน แบบจำลองของส่วนเหล็กเหนือแท่งคอนกรีตถูกจำลองอย่างละเอียด รวมถึงพลาสติกของวัสดุด้วย สำหรับการตรวจสอบคอนกรีตเสริมเหล็กใต้แผ่นฐานอย่างละเอียดมากขึ้น สามารถส่งออกแผ่นฐาน พุก และแรงกระทำไปยัง Detail application ได้ ซึ่งในนั้น คอนกรีตจะถูกจำลองแบบพลาสติก
พุกถูกส่งออกโดยไม่เชื่อมต่อกันในแนวแกน และแรงระหว่างพุกจะถูกแทนที่ด้วยคู่แรงที่มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามกัน (เนื่องจากการขาดความแข็งเกร็งของส่วนเหล็กเหนือแผ่นฐานโดยเฉพาะ) ดังนั้น จึงเป็นไปไม่ได้ที่แรงในแนวแกนของพุกจะเปลี่ยนแปลงหากชั้นปิดคลุม (covering layer) ที่มุมของแท่งคอนกรีตเกิดพลาสติก ในทำนองเดียวกัน รอยเชื่อมของแผ่นฐานก็ถูกส่งออกโดยไม่เชื่อมต่อกัน โดยการเชื่อมต่อถูกแทนที่ด้วยแรงที่มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้ามกัน ดังนั้น จึงไม่สามารถมีการเปลี่ยนแปลงของความเค้นบนรอยเชื่อมในกรณีที่มุมคอนกรีตเกิดพลาสติกได้
จึงสรุปได้ว่าหลังจากการส่งออก แม้ว่าแรงทั้งหมดที่กระทำบนแผ่นฐานจะอยู่ในสภาวะสมดุล แต่เงื่อนไขของการเสียรูปจะไม่เป็นไปตามที่กำหนด
ข้อมูลนี้ใช้กับเวอร์ชันปัจจุบัน 25.1.2 อาจแตกต่างกันในเวอร์ชันก่อนหน้า เนื่องจากเรากำลังดำเนินการทยอยแก้ไขข้อจำกัดเหล่านี้อย่างต่อเนื่อง คุณสามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับแต่ละเวอร์ชันได้ที่ release notes.