สะพานโครงถักบริการถาวร, สนามบินฮีทโธรว์, สหราชอาณาจักร
การออกแบบโครงสร้างหลักดำเนินการโดย Mott MacDonald ในฐานะบริษัทที่ปรึกษาเดิม ผู้รับเหมาที่รับผิดชอบการก่อสร้างคือ DHD Engineering ซึ่งได้มอบหมายให้ลูกค้าของเรา Ellis & Moore Consulting Engineers ออกแบบการเชื่อมต่อ
ในบทความนี้ เราจะอธิบายส่วนที่ท้าทายของการออกแบบการเชื่อมต่อเฉพาะนี้ และวิธีที่แก้ปัญหาได้สำเร็จด้วย IDEA StatiCa Connection พร้อมทั้งประเมินการใช้วิธี Component Method เดิมที่นำมาใช้ใน Eurocode และพิสูจน์ว่าการนำไปใช้นั้นแทบเป็นไปไม่ได้ในกรณีนี้
การจำแนกประเภทจุดต่อสำหรับการออกแบบด้วยมือ
ขั้นแรก เราจะอธิบายขั้นตอนเมื่อต้องออกแบบการเชื่อมต่อที่ซับซ้อนด้วยมือ เราจะใช้ N-joint ที่แสดงในภาพทางขวาเป็นตัวอย่าง ซึ่งเป็นจุดต่อหลายระนาบ เพื่อคำนวณอย่างถูกต้องโดยใช้ Component Method เราต้องระบุรูปแบบที่เกี่ยวข้องในรูปที่ 7.1 ของ Eurocode (คลิกที่ภาพด้านล่าง)
จากรูปทรงเรขาคณิตของการเชื่อมต่อ เราจะเห็นว่าตามทิศทางตามยาวที่ทำเครื่องหมายด้วยสี่เหลี่ยมสีฟ้าอ่อนนั้นไม่มีปัญหา สามารถจำแนกได้อย่างชัดเจนว่าเป็น N joint ปัญหาเริ่มต้นที่ระนาบเอียง! ดังนั้น ในที่สุดเราจึงมี N joint สองตัวที่อยู่ร่วมกันกับ Y joint
ตามทิศทางนี้ ปัญหาสามารถมองเห็นได้ง่ายโดยใช้ภาพหน้าจอมุมมอง 3D จริงที่ถ่ายจากแบบจำลอง IDEA StatiCa Connection ขั้นสุดท้าย (ดูด้านล่าง) สำหรับรูปแบบเฉพาะนี้ ไม่มีแนวทางที่ชัดเจนในมาตรฐาน และ/หรือขีดจำกัดที่กำหนดโดยย่อหน้าที่เกี่ยวข้องสำหรับการซ้อนทับ ฯลฯ ไม่จำเป็นต้องรักษาไว้ ในกรณีนี้ คุณต้องการคำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญและการตัดสินทางวิศวกรรมที่เหมาะสมหากต้องการใช้ Component Method นอกจากนี้ เนื่องจากภาพหน้าจอถ่ายจากการเชื่อมต่อที่เสร็จสมบูรณ์แล้ว เราจะเห็นว่ามีการใช้แผ่น Gusset เสริมต่างๆ เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับการเชื่อมต่อและให้ได้ความต้านทานที่ต้องการ การมีอยู่ของแผ่น Gusset เหล่านี้เพียงอย่างเดียวทำให้การเชื่อมต่อไม่สามารถออกแบบได้ด้วยการใช้ Component Method
การออกแบบที่ประสบความสำเร็จด้วยวิธี CBFEM
ข้อจำกัดเหล่านี้ของ Component Method ไม่มีผลกับวิธี Component-Based Finite Element และ IDEA StatiCa Connection เนื่องจากจุดต่อถูกจำลองตรงตามความเป็นจริงและวิเคราะห์เป็นองค์ประกอบรวมในทุกทิศทางด้วย Finite Element ดังนั้น หลังจากใช้แรงทั้งหมดแล้ว แบบจำลองสามารถแก้ได้ แรงภายในทั้งหมดที่มีปฏิสัมพันธ์ในแบบจำลองของเราถูกคำนวณ และเราสามารถรับภาพรวมอย่างรวดเร็วของการตรวจสอบตามมาตรฐาน Eurocode ทั้งหมดที่แสดงการออกแบบที่ปลอดภัย
สิ่งที่สำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับ Component Method คือขั้นตอนการทำงานนี้เป็นแบบเดียวกันสำหรับการเชื่อมต่อทุกประเภท ดังนั้น หากตัวอย่างเช่น หน้าตัดสี่เหลี่ยมถูกเปลี่ยนเป็นหน้าตัดกลมหรือหน้าตัด I ด้วยเหตุผลบางประการ ก็ไม่จำเป็นต้องพิจารณาเป็นพิเศษ ซึ่งไม่เป็นเช่นนั้นกับ Component Method ที่มีกฎพิเศษสำหรับหน้าตัดแต่ละประเภท
หมายเหตุเกี่ยวกับการออกแบบการเชื่อมต่อในสหราชอาณาจักร
เราสามารถกล่าวได้อย่างมั่นใจว่าเมื่อพูดถึงการออกแบบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก วิศวกรโครงสร้างปฏิบัติตามขั้นตอนที่ดูเหมือนจะเป็นแนวปฏิบัติทั่วไปในสหราชอาณาจักร เพื่อออกแบบการเชื่อมต่อ วิศวกรที่รับผิดชอบการออกแบบพื้นฐานของโครงสร้างจะจัดทำเครื่องหมายอย่างที่แสดงในภาพทางขวา เพื่อให้ข้อมูลอ่านได้ง่าย การเชื่อมต่อจะถูกจัดกลุ่ม จากนั้นสำหรับแต่ละกลุ่ม จะสร้างค่าครอบคลุมของแรงที่กระทำ ขั้นตอนนี้ให้ความต้านทานส่วนเกินแก่การเชื่อมต่อที่นำไปสู่การออกแบบที่ปลอดภัย แต่ยังทำให้การไหลของข้อมูลระหว่างสองฝ่ายง่ายขึ้นด้วย ปัญหาของแนวทางนี้คือความต้านทานส่วนเกินที่ต้องการ (อย่างน้อยในกรณีนี้) มีขนาดใหญ่มากจนหากไม่มีแผ่น Gusset เสริมที่ให้มา ชิ้นส่วนที่เชื่อมจะไม่สามารถต้านทานแรงที่กำหนดได้
ซึ่งหมายความว่าผู้ออกแบบการเชื่อมต่อบางครั้งอยู่ในทางตันเพราะการเปลี่ยนขนาดของชิ้นส่วนไม่ใช่แนวปฏิบัติที่ยอมรับได้ และหากเกิดขึ้นต้องมีการพิสูจน์อย่างเหมาะสม ในกรณีนี้ การใช้ IDEA StatiCa Connection เป็นวิธีเดียวของลูกค้าในการบรรลุการออกแบบที่ต้องการโดยไม่ต้องใช้การวิเคราะห์ FEM ที่ซับซ้อนและข้อผิดพลาดที่ตามมาจากการนำไปใช้
การออกแบบที่ประหยัดกว่าด้วย IDEA StatiCa Connection
แนวปฏิบัติทั่วไปที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ถูกนำมาใช้ในตอนแรกในโครงการนี้ด้วย ผลที่ตามมาคือแรงออกแบบครอบคลุมที่จัดทำโดยวิศวกรที่ปรึกษาเดิมส่งผลให้การออกแบบจุดต่อหลักของโครงถักไม่ประหยัดมาก ดังที่เห็นในภาพด้านล่าง การออกแบบเบื้องต้น/ความเป็นไปได้ให้ผลเป็นการเชื่อมต่อที่หนักมากสำหรับจุดต่อที่มีชิ้นส่วน 8 ชิ้น ซึ่งอยู่ตรงกลางช่วง
หลังจากการสื่อสารระหว่างกันกับวิศวกรที่ปรึกษาหลัก แรงได้รับการแก้ไขเพื่อสร้างการรวมกันที่สมจริงยิ่งขึ้นและการออกแบบที่เป็นไปได้ แรงเหล่านี้ถูกนำมาใช้ใน IDEA StatiCa Connection และได้การออกแบบที่ประหยัดกว่า โดยใช้แผ่นเพิ่มเติมน้อยลง ผลลัพธ์ของแนวทางใหม่และการสื่อสารระหว่างสองฝ่ายนี้แสดงไว้ด้านล่าง:
แม้ว่านี่จะเป็นโครงการสำคัญแรกที่เราใช้ IDEA StatiCa Connection แต่ปรัชญาและแนวปฏิบัติทั่วไปของซอฟต์แวร์ช่วยให้เราสามารถจัดการกับการเชื่อมต่อที่ซับซ้อนเช่นนี้ได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งปกติเราจะออกแบบด้วยมือ ใน IDEA StatiCa Connection การเชื่อมต่อเหล่านี้ทั้งหมดสามารถแก้ได้ และยิ่งกว่านั้น ไม่มีการพิจารณาพิเศษที่ต้องดูแล ขั้นตอนการทำงานเป็นแบบเดียวกันไม่ว่ารูปทรงเรขาคณิตจะเป็นอย่างไร
สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งคือรายละเอียดการเชื่อมต่อที่สมเหตุสมผลนำไปสู่การลดต้นทุนการผลิต และการประกอบโครงถักค่อนข้างง่าย
ดังนั้นโครงการนี้จึงถือว่าประสบความสำเร็จสำหรับทุกฝ่าย... และระยะต่อไปของงานดำเนินการโดยทีมเดิม... พร้อมกับความท้าทายที่คล้ายกันสำหรับผู้จัดทำรายละเอียด
Alexander Bezas
Eur Ing, BEng Hons / MSc วิศวกรโยธา
วิศวกรโครงสร้างอาวุโสที่ Ellis and Moore Consulting Engineer
