การวิเคราะห์ความแข็ง

ใช้การวิเคราะห์ความแข็ง (stiffness analysis) ใน IDEA StatiCa Connection เพื่อพิจารณาว่าจุดต่อเป็นแบบหมุนได้ (pinned) กึ่งแข็ง (semirigid) หรือแข็ง (rigid) ผลลัพธ์จากการวิเคราะห์ความแข็งจะได้แผนภาพโมเมนต์-การหมุน (moment-rotation diagram) และตารางที่มีค่าสำคัญต่างๆ โดยอ้างอิงจากเส้นโค้งและมาตรฐานประจำชาติที่เลือกไว้ จุดต่อจะถูกจัดประเภทเป็น: 

• แบบหมุนได้ (pinned)
• แบบแข็ง (rigid)
• แบบกึ่งแข็ง (semirigid)

การกำหนดแรงกระทำที่ถูกต้อง

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้องจากการวิเคราะห์ความแข็ง คุณสามารถคำนวณความแข็งแยกสำหรับแต่ละทิศทางการหมุน โดยป้อนกรณีแรงกระทำ (load case) แยกกันสำหรับ My, Mz (หรือ N และ Mx)

หรือคุณสามารถใช้ชุดแรงภายในทั้งหมดที่กระทำต่อชิ้นส่วนที่วิเคราะห์ เนื่องจากแรงภายในอื่นๆ ทั้งหมดมีผลต่อผลลัพธ์ของแต่ละองค์ประกอบความแข็ง (ทิศทางการหมุน) เช่นกัน สำหรับคำอธิบายโดยละเอียด โปรดอ่านบทความ อิทธิพลของแรงเฉือนและแรงตามแนวแกนต่อความแข็งในการหมุน

แรงที่ใช้ต้องมีค่ามากกว่า 1 kN/1 kNm/kip/kip.ft

ข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการจัดประเภทความแข็งของจุดต่อ

• ความยาวทางทฤษฎี ของชิ้นส่วน 
• แยกความแตกต่างระหว่างระบบโครงสร้างแบบ มีค้ำยัน (Braced) และ ไม่มีค้ำยัน (Unbraced) (สำหรับแนวทาง EN)

ความยาวทางทฤษฎีสำหรับ My และ Mz [m] ถูกกำหนดเป็นระยะห่างระหว่าง node ต่อ node ของชิ้นส่วนที่วิเคราะห์ และใช้สำหรับการจัดประเภทเท่านั้น (ไม่ใช่สำหรับคำนวณค่าความแข็งจริง)

ตัวเลือกระบบมีค้ำยัน (braced system) (โครงมีค้ำยัน) มีให้ใช้งานสำหรับโปรเจกต์ที่ใช้ Eurocode ตามมาตรฐาน EN 1993-1-8 เนื่องจากมีเงื่อนไขการจัดประเภทที่แตกต่างกันสำหรับระบบที่มีค้ำยันและไม่มีค้ำยัน

ผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะห์ความแข็ง

ผลลัพธ์ที่ได้มี 2 ประเภท คือ ตารางค่าตัวเลขและแผนภาพความแข็ง ซึ่งสามารถส่งออกเป็น CSV หรือ DXFได้

สำหรับแต่ละองค์ประกอบของแรงภายในที่ประเมินสำหรับความแข็งในการหมุน ตารางจะแสดงค่าตัวเลขที่สอดคล้องกับแต่ละชุดผสมแรงออกแบบ (design load combination) ในแต่ละแถว ขึ้นอยู่กับแถวที่เลือก แผนภาพความแข็งจะแสดงสำหรับองค์ประกอบนั้นๆ

• MEd: โมเมนต์ดัดออกแบบที่ป้อนในชุดผสมแรง (load combination) มีความเกี่ยวข้องเฉพาะกับความแข็งแบบซีแคนต์ (secant stiffness) เท่านั้น
• Mj,Rd: กำลังต้านทานโมเมนต์ดัดของการเชื่อมต่อ สำหรับวัตถุประสงค์ของการครากของการเชื่อมต่อ
• Sj,ini: ความแข็งในการหมุนเริ่มต้น (initial rotational stiffness) อธิบายพฤติกรรมความแข็งเชิงเส้นซึ่งพิจารณาถึงค่า 2/3 Mj,Rd
• Sjs: ความแข็งในการหมุนแบบซีแคนต์ (secant rotational stiffness) นิยามเป็นจุดตัดระหว่างโมเมนต์ดัดออกแบบ MEd กับเส้นโค้งความแข็งของการเชื่อมต่อ Sj มีความเกี่ยวข้องเมื่อ MEd > 2/3 Mj,Rd
• $\Phi$: การเปลี่ยนรูปจากการหมุนที่ได้จากโมเมนต์ดัดออกแบบ
• $\Phi$c: ความสามารถในการหมุนของการเชื่อมต่อ ขีดจำกัดถูกกำหนดโดยการวิบัติของสลักเกลียว การวิบัติของรอยเชื่อม หรือความเครียดพลาสติก 15% ของแผ่นเหล็ก
• Sj,R: ค่าความแข็งสำหรับขอบเขตระหว่าง แบบแข็ง (Rigid) และ กึ่งแข็ง (Semi-rigid)
• Sj,P: ค่าความแข็งสำหรับขอบเขตระหว่าง กึ่งแข็ง (Semi-rigid) และ แบบหมุนได้ (Pinned)

หมายเหตุ: หากความแข็งเริ่มต้น Sj,ini และความแข็งแบบซีแคนต์ Sj,s แสดงค่าความแข็งเป็นอนันต์ หมายความว่าเส้นโค้งความแข็งชันมากจนเป็นมุม 90° ในแผนภาพ ทำให้เส้นสัมผัส (tangent) มีค่าเป็นอนันต์ ซึ่งหมายถึงการเชื่อมต่อแบบแข็งที่ห่างไกลจากขอบเขตของประเภทกึ่งแข็งเสมอ ดังนั้นค่าที่แม่นยำจึงไม่มีประโยชน์ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ การเชื่อมต่อมีความแข็งอย่างสมบูรณ์

จะใช้อะไรในแบบจำลองโครงสร้างสากล (global model) ของคุณใน FEA?

ข้อมูลหลักที่จำเป็นสำหรับแบบจำลองสากลของคุณคือการจัดประเภท เพื่อกำหนดเงื่อนไขขอบเขต (boundary condition) ระหว่างชิ้นส่วนเป็น แบบหมุนได้ (บานพับในอุดมคติ) แบบแข็ง (แข็งในอุดมคติ) หรือ กึ่งแข็ง (มีความแข็งบางส่วน)

สำหรับประเภทกึ่งแข็ง คุณต้องหาค่าที่แสดงถึงความแข็งในการหมุนของจุดต่อระหว่างชิ้นส่วน ซึ่งแสดงด้วยค่า Sj,ini จากแท็บผลลัพธ์การวิเคราะห์ความแข็ง

อย่างไรก็ตาม คุณต้องใช้วิจารณญาณทางวิศวกรรมเสมอเพื่อกำหนดค่าความแข็งที่เหมาะสมสำหรับแบบจำลองโครงสร้างสากลของคุณ

Sj,ini ขึ้นอยู่กับค่า Mj,Rd ของจุดต่อและรูปร่างของเส้นโค้งความแข็ง นอกจากนี้ แบบจำลอง CBFEM สำหรับการวิเคราะห์ความแข็งแตกต่างจากแบบที่ใช้ในการวิเคราะห์ EPS ซึ่งอาจส่งผลให้ Mj,Rd ของจุดต่อแตกต่างกัน และต้องมีการปรับแต่งแบบจำลองการเชื่อมต่อเพิ่มเติมสำหรับการวิเคราะห์ความแข็ง

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดอ่านบทความ ความแข็งของการเชื่อมต่อและการนำไปใช้ในการวิเคราะห์สากล

จะหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวิเคราะห์ความแข็งได้ที่ไหน 

มีแหล่งข้อมูลหลายแหล่งให้อ่านเกี่ยวกับการวิเคราะห์ประเภทนี้ เราขอแนะนำให้อ่านส่วนทั่วไปของ Theoretical Background บทความบล็อก ทำไมต้องใส่ใจกับความแข็งของการเชื่อมต่อ และ/หรือรับชมเว็บบินาร์เกี่ยวกับหัวข้อนี้ (ดูด้านล่าง)

เพื่อรวมผลลัพธ์ความแข็งเข้ากับแบบจำลอง FEA สากลของคุณ ให้รับชมวิดีโอ วิธีนำความแข็งในการหมุนไปใช้ในแบบจำลอง FEA ของคุณ

ที่ท้ายบทความ คุณจะพบบทเรียนแบบทีละขั้นตอนหลายบท

แบบจำลองสำหรับการประเมินความแข็ง

เพื่อประเมินความแข็งในการหมุน k_joint ของการเชื่อมต่อเองและการหมุนที่สอดคล้องกัน θ₂ เราจะลบส่วนของความแข็งที่กำหนดให้กับการเปลี่ยนรูปของชิ้นส่วน θ₁ ออกจากการเปลี่ยนรูปทั้งหมด θ_tot

การหมุนของชิ้นส่วน θ₁ ได้จากการประเมินบนแบบจำลองที่มีการเชื่อมต่อแข็งในอุดมคติระหว่างชิ้นส่วนทั้งหมด การหมุนทั้งหมด θ_tot ได้จากการประเมินบนแบบจำลองที่มีกระบวนการผลิตจริง

ผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะห์ความแข็งสอดคล้องกับ k_joint และ θ₂

Theoretical Background

อ่านข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับการวิเคราะห์ความแข็งใน Theoretical Background ของเรา การตั้งค่าที่กล่าวถึงข้างต้นได้รับการอธิบายไว้ในส่วนทั่วไป

ส่วนทั่วไปของ Theoretical Background เกี่ยวกับการวิเคราะห์ความแข็งและผลลัพธ์:

การวิเคราะห์ความแข็งและความสามารถในการเปลี่ยนรูปของจุดต่อเหล็ก

ส่วนเฉพาะของ Theoretical Background สำหรับมาตรฐานประจำชาติที่รองรับแต่ละมาตรฐาน:

• การจัดประเภทจุดต่อตาม Eurocode (EN)
• การจัดประเภทจุดต่อเหล็กตามมาตรฐานอเมริกกัน (AISC)
• การจัดประเภทจุดต่อเหล็กตามมาตรฐานแคนาดา (CISC)
• การจัดประเภทจุดต่อตามมาตรฐานออสเตรเลีย (AS)
• การจัดประเภทตามความแข็งสำหรับมาตรฐานอินเดีย (IS)
• การจัดประเภทตามความแข็งสำหรับมาตรฐานฮ่องกง (HKG)
• การจัดประเภทจุดต่อตามมาตรฐานจีน (GB)
• การจัดประเภทจุดต่อตามมาตรฐานรัสเซีย (SP)

บทความอื่นๆ เกี่ยวกับความแข็งของการเชื่อมต่อและการตรวจสอบ

คุณสามารถค้นหาข้อมูลโดยละเอียดเพิ่มเติมและการศึกษาการตรวจสอบบางส่วนได้ในบทความต่อไปนี้ บางบทความเป็นส่วนหนึ่งของหนังสือ "Benchmark Cases for Advanced Design of Structural Steel Connections" เขียนโดย ศ. Wald และทีมงานของเขา 

• ความแข็งของการเชื่อมต่อและการนำไปใช้ในการวิเคราะห์สากล
• การวิเคราะห์ความแข็ง - การเชื่อมต่อโมเมนต์ W ต่อ HSS (AISC)
• ความแข็งในการดัดของจุดต่อแบบสลักเกลียวของหน้าตัดเปิด
• ความแข็งในการดัดของจุดต่อแบบเชื่อมของหน้าตัดเปิด
• ทำไมต้องใส่ใจกับความแข็งของการเชื่อมต่อ (บทความบล็อก)

เว็บบินาร์และวิดีโอ

ในอดีตที่ผ่านมา เราได้จัดเว็บบินาร์หลายครั้งในหัวข้อความแข็งของการเชื่อมต่อ นอกจากนี้ยังมีวิดีโออื่นๆ ที่อธิบายวิธีการทำงานในแอปพลิเคชัน คุณสามารถหาแรงบันดาลใจจากโปรเจกต์จริง รวมถึงคำแนะนำในการตั้งค่าแบบจำลองการคำนวณของคุณอย่างถูกต้อง

Connection Wednesdays - การจัดประเภทความแข็ง

ในเว็บบินาร์นี้ เราจะทบทวนข้อกำหนดของมาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับการจัดประเภทความแข็งโดยสังเขป จากนั้นเราจะพยายามออกแบบการเชื่อมต่อของโครงจริงที่ออกแบบเบื้องต้นให้เป็นแบบต้านทานโมเมนต์ เราจะใช้การกำหนดค่าแบบกึ่งแข็ง และนำพฤติกรรมที่คาดการณ์ไว้ไปใช้กับโครงสร้างการวิเคราะห์สากลในภายหลัง ตลอดกระบวนการนี้ เราจะสำรวจคำถามที่พบบ่อยและประเมินผลกระทบต่อการออกแบบ

Connection Wednesdays - การวิเคราะห์ความแข็งของจุดต่อที่เปลี่ยนเกม

ในเว็บบินาร์นี้ คุณจะได้เห็นขั้นตอนการทำงานทั้งหมดของการสร้างแบบจำลอง การให้แรงกระทำ และการตรวจสอบตามมาตรฐานของจุดต่อเหล็กที่น่าสนใจแห่งหนึ่ง 

Connection Wednesdays - จุดต่อ Residence ใน Ružomberok

จุดต่อของแท่นโดยทั่วไปมักเป็นแบบหมุนได้ แต่จะเป็นอย่างไรหากความเป็นจริงไม่ง่ายอย่างนั้น จะป้อนข้อมูลการวิเคราะห์ความแข็งของจุดต่ออย่างถูกต้องได้อย่างไร มาดูการวิเคราะห์ความแข็งของจุดต่อโครงและผลกระทบของความแข็งต่อแบบจำลอง FEM

วิธีนำความแข็งในการหมุนไปใช้ในแบบจำลอง FEA ของคุณ

ความแข็งของจุดต่อเป็นปัจจัยที่สำคัญและขาดไม่ได้ในการออกแบบโครงสร้างสากลสำหรับการเชื่อมต่อแบบกึ่งแข็ง คำถามคือ ฉันจะคำนวณความแข็งของจุดต่อได้ที่ไหน และควรใช้ความแข็งเท่าใดสำหรับการออกแบบของฉัน 

การออกแบบและการตรวจสอบตามมาตรฐานของจุดต่อจากสนามเวโลโดรมจาการ์ตา

วิดีโอบันทึกเว็บบินาร์ต่อไปนี้อธิบายว่าแผนภาพการวิเคราะห์ความแข็งถูกสร้างขึ้นอย่างไร มีการตั้งค่าอย่างไร และคุณจะได้รับผลลัพธ์อะไร

การอัปเดตในแต่ละเวอร์ชัน

คุณสมบัติต่อไปนี้เป็นส่วนหนึ่งของบันทึกการเผยแพร่ (release notes) ของ IDEA StatiCa และอาจเกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ความแข็ง อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติเหล่านี้ได้ในบทความเฉพาะที่ลิงก์ไว้ 

ความสามารถในการหมุนที่จำกัดด้วยการวิบัติของสลักเกลียวและรอยเชื่อม (การวิเคราะห์ความแข็ง) (เวอร์ชัน 21.0)

การส่งออกเส้นโค้งโมเมนต์-การหมุนเป็น CSV และ DXF (เวอร์ชัน 22.0)

บทเรียนฝึกปฏิบัติ

เราได้สร้างบทเรียนแบบทีละขั้นตอนเพื่อตั้งค่าแบบจำลองและรันการวิเคราะห์ ดูลิงก์ไปยังบทเรียนเหล่านั้นด้านล่าง:

การวิเคราะห์ความแข็งของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก (EN)

การวิเคราะห์ความแข็งของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก (AISC)

ความแข็งในการหมุนของคานที่มีส่วนเสริมคาน (haunch)

• Steel
• Connection design
• Member design

• บทความบล็อก

21 มกราคม 2564

ทำไมต้องสนใจเรื่องความแข็งของการเชื่อมต่อ

อ่านเพิ่มเติม

• Steel
• Connection design

• Knowledge base

การเสริมความแข็งของการเชื่อมต่อและการใช้งานในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวม

อ่านเพิ่มเติม

• Steel
• Connection design
• Member design

• Theoretical background

IDEA StatiCa Connection – การออกแบบโครงสร้างการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก

อ่านเพิ่มเติม