การเชื่อมต่อแบบ T ระนาบเดียวระหว่างค้ำยัน RHS และคอร์ด H/I

คำอธิบาย

ศึกษาการเชื่อมต่อแบบ T ระนาบเดียวของค้ำยันหน้าตัดกลวงสี่เหลี่ยมผืนผ้ากับคอร์ดหน้าตัดเปิด ซึ่งอยู่ในโครงถักแบบตาข่าย ค้ำยัน RHS ถูกเชื่อมโดยตรงกับคอร์ด H หรือ I ซึ่งเป็นหน้าตัดเปิด โดยไม่ใช้แผ่นเสริมความแข็ง การทำนายด้วยวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) ได้รับการตรวจสอบความถูกต้องกับวิธีรูปแบบการวิบัติ (FM) ที่ใช้งานใน EN 1993-1-8:2005

แบบจำลองเชิงวิเคราะห์

รูปแบบการวิบัติสามแบบเกิดขึ้นในการเชื่อมต่อแบบ T ระนาบเดียวของหน้าตัดกลวงสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่เชื่อมกับหน้าตัดเปิด ได้แก่ การครากเฉพาะที่ของค้ำยัน เรียกว่าการวิบัติของค้ำยัน การวิบัติของเอวคอร์ด และการเฉือนของคอร์ด รูปแบบการวิบัติทั้งหมดนี้ได้รับการตรวจสอบในการศึกษานี้ ดูรูปที่ 7.4.1 รอยเชื่อมได้รับการออกแบบให้ไม่เป็นองค์ประกอบที่อ่อนแอที่สุดในจุดต่อตาม EN 1993-1-8:2005 ชิ้นส่วนของโครงถักแบบตาข่ายรับแรงปกติและโมเมนต์ดัด จุดกระทำของแรงภายในของการเชื่อมต่อแบบ T อธิบายได้ดังนี้:

คอร์ด H/I รับแรงตามแนวแกน

แรงปกติในคอร์ดทางขวาและซ้ายของการเชื่อมต่อแบบ T กระทำในทิศทางของแกนตามยาวของคอร์ด

คอร์ด H/I รับแรงเนื่องจากการเบี่ยงเบน

โมเมนต์ดัดทางขวาและซ้ายของการเชื่อมต่อแบบ T ในระนาบของการเชื่อมต่อแบบ T ถูกพิจารณาในคอร์ด และโมเมนต์ดัดเหล่านี้หมุนรอบแกนหนึ่งในระนาบของหน้าตัดคอร์ดสำหรับการหมุนในระนาบของการเชื่อมต่อแบบ T

ค้ำยัน RHS รับแรงตามแนวแกน

แรงปกติในค้ำยันของการเชื่อมต่อแบบ T กระทำในทิศทางของแกนตามยาวของค้ำยัน

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.1 Major failure modes a) chord web failure, b) chord shear (in case of gap), c) brace failure}}}$$

ความต้านทานของเอวคอร์ดถูกกำหนดโดยใช้วิธีที่ระบุในหัวข้อ 7.6 ของ EN 1993-1-8:2005 ซึ่งอธิบายไว้ใน (Wardenier et al., 2010) ความเค้นจากค้ำยันถูกถ่ายผ่านปีกของคอร์ดไปยังพื้นที่ประสิทธิผลของเอวคอร์ด พื้นที่นี้อยู่ในเอวคอร์ดที่จุดซึ่งผนังค้ำยันตัดกับเอวคอร์ด ค่าการออกแบบความต้านทานแรงตามแนวแกนของจุดต่อคือค่าต่ำสุดของค่าการออกแบบความต้านทาน:

การวิบัติของเอวคอร์ด

$$N_{\mathrm{i,Rd}} = \frac{f_{\mathrm{y0}} \cdot t_{\mathrm{w}} \cdot b_{\mathrm{w}}}{\sin(\theta_{\mathrm{i}}) \cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}$$

การเฉือนของคอร์ด

$$N_{i,\mathrm{Rd}}=\frac{f_\mathrm{y0}\,A_\mathrm{v}}{\sqrt{3}\,\sin\theta_\mathrm{i}\cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}$$

การวิบัติของค้ำยัน

$$N_{i,\mathrm{Rd}}=2\,f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,p_{\mathrm{eff}}/\gamma_{\mathrm{M5}}$$

โดยที่

$$p_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}$$

และ $A_\mathrm{v}$ คือพื้นที่แรงเฉือนประสิทธิผล

ค่าการออกแบบความต้านทานโมเมนต์ดัดของจุดต่อคือค่าต่ำสุดของค่าการออกแบบความต้านทาน:

การวิบัติของเอวคอร์ด

$$M_{\mathrm{ip,Rd}} = \frac{0.5 \, f_{\mathrm{y0}} \, t_{\mathrm{w}} \, b_{\mathrm{w}} \, h_1}{\gamma_{\mathrm{M5}}}$$

การวิบัติของค้ำยัน

$$M_{\mathrm{ip,Rd}}=f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,b_{\mathrm{eff}}\,(h_\mathrm{1}-t_\mathrm{1})/\gamma_{\mathrm{M5}}$$

โดยที่

$$b_{\mathrm{w}} = \frac{h_1}{\sin \theta_{\mathrm{i}}} + 5 \cdot t_{\mathrm{f,0}} + r \;\leq\; 2 \, t_{\mathrm{i}} + 10 \cdot (t_{\mathrm{f,0}} + r)$$

$$b_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}$$

ภาพรวมของตัวอย่างที่พิจารณาซึ่งรับแรงตามแนวแกนอธิบายไว้ในตารางที่ 7.4.1 ภาพรวมของตัวอย่างที่พิจารณาซึ่งรับโมเมนต์ดัดอธิบายไว้ในตารางที่ 7.4.2 รูปทรงเรขาคณิตของจุดต่อพร้อมขนาดแสดงในรูปที่ 7.4.2

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.2 Joint geometry with dimensions}}}$$

ตารางที่ 7.4.1 ตัวอย่างจุดต่อที่รับแรงตามแนวแกน 

ตารางที่ 7.4.2 ตัวอย่างจุดต่อที่รับโมเมนต์ในระนาบ

การตรวจสอบความต้านทาน

การศึกษามุ่งเน้นไปที่การเปรียบเทียบรูปแบบการวิบัติและการทำนายค่าการออกแบบความต้านทาน ผลลัพธ์แสดงในตารางที่ 7.4.3 และ 7.4.4

ตารางที่ 7.4.3 การเปรียบเทียบ CBFEM และ FM สำหรับแรงตามแนวแกนในค้ำยัน

ตารางที่ 7.4.4 การเปรียบเทียบ CBFEM และ FM สำหรับโมเมนต์ในระนาบในค้ำยัน

การศึกษาความไวแสดงให้เห็นความสอดคล้องที่ดีสำหรับกรณีแรงกระทำทั้งหมดที่ใช้ ในวิธี CBFEM การปัดเศษของผนังหน้าตัดเปิดถูกทำให้เรียบง่าย ซึ่งให้การประมาณค่าความเค้นในแนวทแยงที่เชื่อมต่อแบบอนุรักษ์นิยม และสมมติฐานของความสามารถรับแรงถึง 15% เพื่อแสดงให้เห็นความแม่นยำของแบบจำลอง CBFEM ผลลัพธ์ของการศึกษาพารามิเตอร์ถูกสรุปในแผนภาพที่เปรียบเทียบค่าการออกแบบความต้านทานโดย CBFEM และ FM ดูรูปที่ 7.4.3

$$\textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.4.3 Verification of CBFEM to FM for axial force and bending moment in the brace}}}$$

ขอบเขตความถูกต้อง

ขอบเขตความถูกต้องที่ CBFEM ได้รับการตรวจสอบสำหรับการเชื่อมต่อแบบ T ระหว่างหน้าตัดกลวงสี่เหลี่ยมผืนผ้าและหน้าตัดเปิด ถูกกำหนดไว้ในตารางที่ 7.20 ของ EN 1993-1-8:2005 ดูตารางที่ 7.4.5 ในกรณีที่ใช้แบบจำลอง CBFEM นอกขอบเขตความถูกต้องของ FM ควรจัดเตรียมการตรวจสอบกับการทดลองหรือการตรวจสอบกับแบบจำลองการวิจัยที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว เพื่อยืนยันคุณภาพของการทำนาย

ตารางที่ 7.4.5 ขอบเขตความถูกต้องของการเชื่อมต่อแบบ T

ตัวอย่าง Benchmark

ข้อมูลนำเข้า

คอร์ด
• เหล็ก S235
• IPN280

ค้ำยัน
• เหล็ก S235
• RHS 140×80×10

ขนาดตาข่าย
• 16 องค์ประกอบบนเอวที่ใหญ่ที่สุดของชิ้นส่วนกลวงสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ผลลัพธ์

• ค่าการออกแบบความต้านทานในการรับแรงอัด/แรงดึง F_c,Rd = 457 kN (ควรสังเกตว่าความต้านทานถูกคำนวณโดยใช้ฟังก์ชัน "Stop at limit strain" ดังนั้นความต้านทาน CBFEM จริงอาจสูงกว่าเล็กน้อย)

• รูปแบบการพังทลายคือการครากของคอร์ด

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.4 Benchmark example for chord IPE270 and brace RHS 140×80×10}}}$$