SteelConnection designVerificationsEN (Eurocode)CBFEM

แผ่นเชื่อมต่อกับท่อกลมกลวง

บทความนี้มีให้บริการใน

แปลโดย AI จากภาษาอังกฤษ

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 % d 0 โดยที่ d 0 คือเส้นผ่านศูนย์กลางของคอร์ด FMM อ้างอิงจากขีดจำกัดแรงสูงสุดหรือขีดจำกัดการเสียรูป 3 % d 0 ดู 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:

$f y,i - กำลังครากของชิ้นส่วน i (i = 0,1,2 หรือ 3)$
$t i - ความหนาของผนังชิ้นส่วน CHS i (i = 0,1,2 หรือ 3)$
$\beta$
$\eta$
$\gamma$
$Q f - ตัวประกอบความเค้นในคอร์ด$
$C f - ตัวประกอบวัสดุ$
$\gamma_{M5}$
$N i,Rd - ความต้านทานการออกแบบของจุดต่อที่แสดงในรูปของแรงตามแนวแกนภายในของชิ้นส่วน i (i = 0,1,2 หรือ 3)$

\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 %

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.5 Verification of CBFEM to FMM for the uniplanar Plate to CHS T-joint}}}

ตัวอย่าง Benchmark

ข้อมูลนำเข้า

คอร์ด

$เหล็ก S355$
$หน้าตัด CHS219.1/5,0$

กิ่ง

$เหล็ก S355$
$แผ่น 95/15 mm$
$มุมระหว่างชิ้นส่วนกิ่งและคอร์ด 90° (แนวขวาง)$

รอยเชื่อม

$รอยเชื่อมชนรอบกิ่ง$

การรับแรง

$โดยแรงกระทำที่กิ่งในแรงอัด$

ขนาดตาข่าย

$64 ช่องตามแนวผิวของชิ้นส่วนท่อกลมกลวง$

ผลลัพธ์

$ความต้านทานการออกแบบในแรงอัดคือ N Rd = 45,2 kN$
$รูปแบบการวิบัติการออกแบบคือการเจาะทะลุแบบแรงเฉือน$

\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.6 Boundary conditions for the uniplanar Plate to CHS T-joint}}}

เปิดในโปรแกรมดู ดาวน์โหลด