การออกแบบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กที่ Connection Workshop ในเบลเยียม

เมื่อเร็วๆ นี้ ร่วมกับ InfoSteel เราได้จัดงาน Connection Workshop ในเบลเยียม ซึ่งมุ่งเน้นในเรื่องนี้โดยเฉพาะ

แบ่งออกเป็นสามทีม ผู้เข้าร่วมได้รับมอบหมายให้แก้ไขปัญหาการออกแบบที่ท้าทายสองข้อ แต่ละทีมได้รับมอบหมายให้ออกแบบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กโดยคำนึงถึงความแข็งแรงและความแข็งเกร็ง รวมถึงความเป็นไปได้ในทางปฏิบัติ การมีวิศวกรระดับจูเนียร์และซีเนียร์ช่วยให้พวกเขาเรียนรู้จากกันและกัน และยังเป็นโอกาสอันดีในการพบปะและพูดคุยกับเพื่อนร่วมงาน

วิศวกรโครงสร้างผู้มีประสบการณ์ Stijn Jespers ได้เข้าร่วมเพื่อประเมินแบบและสนับสนุนทีมในการตัดสินใจออกแบบ ระหว่างกระบวนการ เราสามารถสร้างแบบจำลองการเชื่อมต่อได้โดยตรงจาก IDEA StatiCa ซึ่งทำให้วิศวกรได้รับข้อมูลเชิงลึกทันทีเกี่ยวกับแบบจำลอง 3D และผลลัพธ์ที่สามารถวิเคราะห์และอภิปรายร่วมกันได้

อยากรู้เกี่ยวกับตัวเลือกการออกแบบที่แตกต่างกันของแต่ละทีมหรือไม่? เราจะอธิบายผลลัพธ์ด้านล่าง โดยเริ่มจากงานที่ 1

กรณีที่ 1 - ต้านทานโมเมนต์

ในงานแรก เราพิจารณา node ที่ คาน HEA300 สามตัว มาบรรจบกันบน เสา HEB300 ความท้าทายอยู่ที่คาน HEA300 ทั้งสามตัวที่ต้องเชื่อมต่อแบบต้านทานโมเมนต์ทั้งหมด ด้วยแรงเฉือนและโมเมนต์ดัดที่มีนัยสำคัญบนคาน นี่จึงเป็นการทดสอบที่จริงจังทั้งในด้านความแข็งแรงและความแข็งเกร็งของการเชื่อมต่อ

มีข้อพิจารณาในการออกแบบหลายประการที่เกิดขึ้นระหว่างการอภิปราย ประการแรก มีการพิจารณาว่า เสาควรต่อเนื่อง หรือคาน M1 และ M2 ควรต่อเนื่อง ความแตกต่างนี้สามารถเห็นได้ในการออกแบบของกลุ่ม 1 และ 2 เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่ม 3

กลุ่ม 3 เลือกวิธีแก้ปัญหานี้ส่วนหนึ่งเพื่อให้ได้การเชื่อมต่อที่เหมือนกันสามจุด ซึ่งส่งเสริมการผลิตและลดความเสี่ยงต่อข้อผิดพลาด โดยเฉพาะเมื่อมี node ดังกล่าวหลายจุดในโครงการ ผลลัพธ์ของ การคำนวณด้วยวิธี Component-Based Finite Element แสดงไว้ด้านล่าง การออกแบบทั้งสามแบบผ่านการตรวจสอบตามมาตรฐาน ขนาดของความหนาแผ่น รอยเชื่อม และส่วนเสริมคานสามารถปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้นได้

ระหว่างกระบวนการออกแบบ วิศวกรผู้มีประสบการณ์ได้ตั้งข้อสังเกตว่าต้องคำนึงถึงค่าความคลาดเคลื่อนของหน้าตัดเหล็กเมื่อเลือกใช้คานต่อเนื่อง หากเสามีความกว้างมากกว่าคานเพียงเล็กน้อย (หรือในทางกลับกัน จะเกิดการเหลื่อม ส่งผลให้ไม่สามารถประกอบแผ่นปลายให้เรียบได้ หรือไม่สามารถวางรอยเชื่อมได้อย่างถูกต้อง

ข้อพิจารณาสำคัญอีกประการหนึ่งเมื่อต่อคานผ่านเสาคือ โมเมนต์ดัดที่ M1 และ M2 เกิดขึ้นพร้อมกันเสมอหรือไม่ หากไม่เป็นเช่นนั้น เสาต่อเนื่องอาจเป็นวิธีแก้ปัญหาที่สะอาดกว่าในเชิงโครงสร้าง และช่วยป้องกันความเค้นที่ไม่คาดคิดใน node คานต่อเนื่องผ่านเสาจะเหมาะสมที่สุดก็ต่อเมื่อแรง (M1 และ M2) เกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ

นอกจากนี้ การทำให้การเชื่อมต่อต้านทานโมเมนต์ยังเป็นความท้าทาย โดยเฉพาะสำหรับคาน L เนื่องจากเชื่อมต่อในทิศทางอ่อนของเสา การเชื่อมต่อแบบแข็งในสถานการณ์นี้ต้องการส่วนเสริมคาน อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังต้องการ แผ่นเสริมความแข็งในเสาเพื่อให้การถ่ายแรงเป็นไปอย่างถูกต้อง แผ่นเสริมความแข็งเหล่านี้ส่งผลต่อความสามารถในการผลิตของการเชื่อมต่อ หากใช้แผ่นเสริมความแข็งทั้งที่ปีกบนและปีกล่าง จะ ไม่สามารถติดตั้งสลักเกลียวได้ในสนาม

ด้วย IDEA StatiCa Connection วิศวกรสามารถ วิเคราะห์ความแข็งเกร็งของการเชื่อมต่อ ได้ การวิเคราะห์ดังกล่าวได้ดำเนินการสำหรับการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กของกลุ่ม 3 เพื่อยืนยันว่าการเชื่อมต่อสามารถจัดประเภทเป็นแบบแข็งได้ แผนภาพโมเมนต์-การหมุนได้ถูกจัดทำขึ้นสำหรับการเชื่อมต่อเสา-คานนี้ และผลลัพธ์ด้านล่างแสดงให้เห็นว่าการเชื่อมต่อถูกจัดประเภทเป็นแบบแข็ง

กรณีที่ 2 - ในมุมเอียง

ในกรณีที่สอง เราพิจารณา node ที่คานสี่ตัวมาบรรจบกัน ในมุม 30 องศา คาน HEB240 รับแรงอัดตามแนวแกน การดัด และแรงเฉือน ในขณะที่ชิ้นส่วนขอบที่สร้างด้วย RHS120/80/8 หรือ IPE120 ถ่ายแรงดึงหรือแรงอัดตามแนวแกน

มุมระหว่างชิ้นส่วนทำให้เกิดจุดต่อที่แน่นหนา เมื่อมองแวบแรก การออกแบบของทั้งสามกลุ่มมีความคล้ายคลึงกันมาก แต่แต่ละกลุ่มใช้แนวทางที่แตกต่างกันเล็กน้อยเพื่อถ่ายแรงอย่างมีประสิทธิภาพ

ทุกกลุ่มเลือกการเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพ โดยเชื่อมคานด้วยแผ่นปลายและยึดชิ้นส่วน RHS กับแผ่นปลายโดยใช้การเชื่อมต่อแบบแผ่น Fin ซึ่งหลีกเลี่ยงงานแผ่นเพิ่มเติมและสร้าง node ที่เป็นระเบียบซึ่งสามารถประกอบในสนามก่อสร้างได้ค่อนข้างง่าย

ด้านล่างคือผลลัพธ์จาก IDEA StatiCa Connection โหลด 100% ถูกถ่ายและการตรวจสอบตามมาตรฐานทั้งหมดผ่าน

ข้อพิจารณาในการออกแบบเพิ่มเติมที่เกิดขึ้นระหว่างการอภิปรายคือการวางสลักเกลียวและการเลือกว่าแผ่นต่อจะยื่นออกที่ด้านบนหรือด้านล่าง ซึ่งมักขึ้นอยู่กับพื้นที่ที่มีอยู่ ในเชิงโครงสร้าง แถวสลักเกลียวเพิ่มเติมที่ด้านบนอาจมีประสิทธิภาพมากกว่า เนื่องจากนั่นคือจุดที่เกิดแรงดึง อย่างไรก็ตาม หากโมเมนต์ดัดในคาน HEB240 สามารถเกิดขึ้นในทิศทางอื่นได้ด้วย ผลของแถวสลักเกลียวนี้จะมีจำกัด สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่ามีปัจจัยมากมายที่มีอิทธิพลต่อการออกแบบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก และไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะรวบรวมไว้ในตัวอย่างการคำนวณเดียว

กลุ่ม 2 และ 3 เลือก แผ่นปลายที่เหมือนกันสองแผ่นแต่สะท้อนกัน ซึ่งประหยัดกว่าสำหรับการผลิต การตัด และการเชื่อม รวมถึงการประกอบ นอกจากนี้ โปรดทราบว่าเนื่องจากชิ้นส่วนขอบเชื่อมต่อโดยตรงกับแผ่นปลาย แรงเฉือนในสลักเกลียว อาจไม่ตรงกับการคำนวณด้วยมือเบื้องต้นของคุณทั้งหมด ใน IDEA StatiCa เราสามารถเห็น ทิศทางของแรงเฉือนในสลักเกลียว และพบว่าได้รับอิทธิพลจากแรงเฉือนในคาน HEB240 รวมถึงแรงดึงในชิ้นส่วน RHS

เมื่อออกแบบการเชื่อมต่อที่กะทัดรัดเช่นนี้ การสร้างแบบจำลอง 3D มีประโยชน์มาก เนื่องจากคุณสามารถตรวจสอบได้ทันทีว่าสลักเกลียวพอดีและสามารถประกอบในสนามได้หรือไม่ ซึ่งช่วยให้สามารถตัดสินใจได้ทันทีว่าจำเป็นต้องขยายแผ่นหรือเลื่อนแถวสลักเกลียวหรือไม่

คำกล่าวสรุป

การออกแบบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ได้แก่ ความต่อเนื่องของคานหรือเสา การวางสลักเกลียวและแผ่น การเลือกหน้าตัด และการถ่ายแรงอย่างมีประสิทธิภาพ การตัดสินใจแต่ละครั้งส่งผลต่อทั้งความสามารถในการผลิตและความชัดเจนเชิงโครงสร้างของการเชื่อมต่อ ด้วย IDEA StatiCa Connection คุณสามารถประเมินทุกด้านเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็ว ได้แก่ คำนวณความแข็งเกร็ง ดำเนินการตรวจสอบตามมาตรฐาน และยืนยันว่าการออกแบบสามารถนำไปปฏิบัติได้จริง ด้วยวิธีนี้ คุณจะได้การเชื่อมต่อที่ถูกต้องทางเทคนิคและสามารถดำเนินการได้อย่างมีประสิทธิภาพในสนาม