การเชื่อมต่อแผ่นด้านข้างเอว

ประเภทการเชื่อมต่อ: การเชื่อมต่อแผ่นด้านข้างเอว

ระบบหน่วย: เมตริก

ออกแบบตาม: AS 4100

ตรวจสอบ: สลักเกลียว, โลหะฐาน, รอยเชื่อม

วัสดุแผ่น: Grade 300

สลักเกลียว: M20 Grade 8.8

รอยเชื่อม: รอยเชื่อมฟิลเล็ตขนาด 8 mm และความแข็งแรง 490 MPa

ตัวอย่างนำมาจาก: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – บทที่ 9.4.1.3

รูปทรงเรขาคณิต

คาน UB 406×178×60 เชื่อมต่อกับเสา UC 254×254×89 ด้วยแผ่นด้านข้างเอวขนาด 280×90 mm โดยใช้สลักเกลียว M20 grade 8.8 จำนวนสี่ตัว ระยะห่าง 70 mm สมมติว่าคานไม่สามารถหมุนและรับโมเมนต์ดัดรอบแกนอ่อนได้เนื่องจากคานกระจายแรงและพื้น

แรงกระทำที่ใช้

คานรับแรงเฉือน เพื่อความปลอดภัย สำหรับการออกแบบสลักเกลียว แรงเฉือนควรอยู่ที่ตำแหน่งหน้าเสาเพื่อให้กลุ่มสลักเกลียวรับโมเมนต์ดัดด้วย – เลือกแรงที่ตำแหน่ง 130 mm สำหรับการออกแบบแผ่น Fin และรอยเชื่อม แรงเฉือนควรกระทำที่ตำแหน่งจุดศูนย์ถ่วงของสลักเกลียวที่เอวคาน – เลือกแรงที่สลักเกลียว

ผลการคำนวณด้วยมือ

ผลลัพธ์จาก B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – บทที่ 9.4.1.3 ใช้เป็นการคำนวณด้วยมือ แรงเฉือนสูงสุดที่กระทำต่อสลักเกลียวคือ 85.9 kN ค่านี้ใกล้เคียงกับความต้านทานแรงเฉือนของสลักเกลียว – 92.6 kN ความต้านทานของแผ่น – ความสามารถในการรับแรงกดและการฉีกขาดสูงกว่าเกือบสองเท่า ความต้านทานแรงเฉือนของแผ่นเอวคือ 322.6 kN ซึ่งใกล้เคียงกับแรงกระทำ รอยเชื่อมฟิลเล็ตขนาด 8 mm และ grade 490 MPa; ความต้านทานคือ \( \phi V_w = \phi \cdot 0.6 \cdot 490 \cdot \frac{8}{\sqrt{2}} = 1.33\, \textrm{kN/mm} \) แรงต่อความยาวหน่วยแนวตั้งคือ 0.84 kN/mm ดังนั้นสำรองคือ 37 % จุดอ่อนที่สุดคือสลักเกลียว โดยสมมติการกระจายแรงเชิงเส้นในสลักเกลียว แรงกระทำสูงสุดที่ยอมรับได้คือ 270 kN

ผลลัพธ์จาก IDEA StatiCa

ตำแหน่งแรงกระทำที่วิกฤตสำหรับการเชื่อมต่อนี้อยู่ที่หน้าเสา กลุ่มสลักเกลียวรับแรงเฉือนและโมเมนต์ดัด ที่แรงเฉือน 270 kN สลักเกลียวที่รับแรงมากที่สุดรับแรงเฉือน V*_f = 92.1 kN และแรงดึงเล็กน้อย N*_f = 13.5 kN เนื่องจากการเสียรูปของแผ่น Fin ด้านเดียว ที่แรงกระทำ 270 kN สลักเกลียวที่รับแรงมากที่สุดมีอัตราการใช้งาน 99.9 % และการเชื่อมต่อถึงความต้านทานสูงสุด ตำแหน่งแรงเฉือนนี้ยังเป็นตัวกำหนดความต้านทานของเหล็กแผ่น Fin ด้วย โดยความเครียด 5% ถูกบรรลุที่แรงกระทำ 305 kN

ตำแหน่งแรงเฉือนที่ตำแหน่งสลักเกลียวเป็นตัวกำหนดสำหรับการออกแบบรอยเชื่อม ความต้านทานของแผ่น Fin น้อยกว่าของรอยเชื่อมและวิบัติที่แรงเฉือนกระทำ 335 kN ความเครียดพลาสติกของแผ่น Fin แสดงบนรูปร่างที่เสียรูปในรูปด้านล่าง

สำหรับการเชื่อมต่อที่รับแรงเฉือนสูงมาก สิ่งสำคัญคือต้องเลือกตำแหน่งของแรงเฉือนอย่างระมัดระวัง เนื่องจากชิ้นส่วนต่างๆ ยังรับโมเมนต์ดัดที่มีนัยสำคัญซึ่งเกิดจากแรงเฉือนบนแขนโมเมนต์

การเปรียบเทียบ

ความต้านทานแรงเฉือนของการเชื่อมต่อแผ่นด้านข้างเอวถูกกำหนดเป็น 270 kN ทั้งในการคำนวณด้วยมือและใน IDEA StatiCa เนื่องจากความต้านทานแรงเฉือนของสลักเกลียว ทั้งการประเมินด้วยมือและซอฟต์แวร์แสดงความต้านทานและรูปแบบการวิบัติที่เหมือนกัน