การออกแบบความสามารถรับแรงของการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก (AISC)

1 โครงการใหม่

เปิด IDEA StatiCa (ดาวน์โหลดเวอร์ชันล่าสุด) และเปิด ไฟล์โครงการต้นฉบับ การออกแบบจุดต่อเสร็จสมบูรณ์และพร้อมสำหรับการวิเคราะห์ Stress/Strain มาตรฐาน

2 การคำนวณและการตรวจสอบ

เริ่มการวิเคราะห์ความเค้น/ความเครียดโดยกดปุ่ม Calculate ในแถบเครื่องมือ แบบจำลองการวิเคราะห์จะถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติ การคำนวณจะดำเนินการ และคุณสามารถดูผลการตรวจสอบโดยรวมได้ที่มุมบนซ้ายของฉาก 

คุณจะเห็นว่าจากการวิเคราะห์ ความเค้น/ความเครียด จุดต่อได้รับการออกแบบอย่างดีและผ่านการตรวจสอบทั้งหมด

เพื่อเก็บผลลัพธ์เหล่านี้ คัดลอก รายการโครงการนี้ที่มุมบนซ้ายใต้ Project items 

3 การตรวจสอบ Capacity

ในรายการโครงการใหม่ (CON2) เปลี่ยนค่าอินพุตต่อไปนี้เพื่อเปิดใช้งาน การตรวจสอบขีดจำกัดคุณสมบัติล่วงหน้าของ AISC 358:

• ประเภทการวิเคราะห์: Capacity Design
• การเชื่อมต่อที่ผ่านการรับรองล่วงหน้า: เปิดใช้งาน
• ระบบ: Special moment frame
• ประเภทการเชื่อมต่อ: Reduced beam section (RBS)

จะต้องเลือก dissipative item ควรเลือกชิ้นส่วนหรือแผ่นเหล็กที่คาดว่าจะเกิด plastic hinge เป็น dissipative item ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแกร่งเกินของวัสดุและค่าสัมประสิทธิ์การแข็งตัวจากความเครียดจะถูกนำไปใช้กับรายการที่เลือก ในตัวอย่างนี้ ให้เลือก ชิ้นส่วน W16x31 เป็น dissipative item สามารถเพิ่มได้โดยใช้คำสั่งจากแถบเครื่องมือด้านบน และ ยืนยันการเลือกด้วยปุ่ม spacebar/enter/คลิกขวา

ในคุณสมบัติ Members จะต้องปรับพารามิเตอร์ของ W16x31: ตั้งค่า Model type เป็น N-Vz-My เนื่องจากการเชื่อมต่อรับโมเมนต์ดัดในระนาบแนวตั้งเท่านั้น และต้องยึดรั้งการดัดรอบแกนรองของคาน 

เมื่อเลือก dissipative item แล้ว ขีดจำกัดคุณสมบัติล่วงหน้าจะแสดงที่ด้านบนซ้ายของหน้าจอในพื้นที่แบบจำลอง: 

คำเตือนแรกเกี่ยวข้องกับ AISC 341-16: บทที่ D.1.1b และตาราง D1.1 อัตราส่วนความกว้างต่อความหนาขีดจำกัด เพื่อแก้ไขคำเตือนแรก ให้เปลี่ยนหน้าตัดเสาเป็น W14X68 โดยคลิกขวาที่เสาแล้วคลิกที่ไอคอนบวก: 

เลือก Wide flange section เลื่อนลงจนพบ W (AISC 15.0) ใช้ช่องค้นหา คลิกที่ W14X68 และคลิก OK

เปลี่ยนชื่อชิ้นส่วนเป็น Column โดยคลิกที่ชื่อ W12X65 และกด F2 หรือคลิกขวาแล้วเลือก Rename: 

คำเตือนต่อไปที่ต้องแก้ไขเกี่ยวข้องกับรอยเชื่อมของเอวคานกับปีกเสา: 

รอยเชื่อมสามารถเปลี่ยนได้ในการดำเนินการ CUT1 เปลี่ยนรอยเชื่อมจาก double fillet weld เป็นตัวเลือก รอยเชื่อมชน: 

คำเตือนถัดไปเกี่ยวข้องกับข้อกำหนดแผ่นรับแรงเฉือนที่ระบุใน AISC 358 บทที่ 5.6 (2) สำหรับ Special moment frames

คลิกที่ New operation และเลือก Fin plate operation และกรอกรายละเอียดตามที่แสดง: 

คำเตือนสุดท้ายเกี่ยวกับข้อกำหนดรูเข้าถึงรอยเชื่อมใน AISC 358 5.5 (2) เพื่อให้สอดคล้องกับการตรวจสอบรายละเอียดนั้น ให้เพิ่มการดำเนินการ Opening เลือกอินพุตถัดไป และใช้ตัวเลือก Pre-design สำหรับรอยบาก: 

หลังจากการดำเนินการนั้น การเชื่อมต่อเป็นไปตามขีดจำกัดคุณสมบัติล่วงหน้าจากมาตรฐาน AISC 358 และ 341 

เปลี่ยนพารามิเตอร์ Forces in เป็น Position เนื่องจากสามารถกำหนดตำแหน่งแรงกระทำที่แน่นอนได้ ตำแหน่งของ plastic hinge ใกล้เคียงกับตำแหน่งของแรงกระทำ: X = 17 inch 

จะทราบตำแหน่งที่ถูกต้องของ plastic hinge ได้อย่างไร? วิศวกรต้องตัดสินใจว่าจะเกิดขึ้นที่ใด โดยทั่วไป plastic hinge จะถูกกำหนดในคาน ในตัวอย่างนี้จะเกิดขึ้นที่กึ่งกลางของการดำเนินการ dog bone สะดวกที่จะอ่านตำแหน่งจากแอปพลิเคชัน (มุมมอง wireframe)

ในขั้นตอนถัดไป จะต้องกำหนด ผลของแรงกระทำ แรงสำหรับ การวิเคราะห์แผ่นดินไหว ขึ้นอยู่กับมาตรฐาน (ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแกร่งเกินของวัสดุ ค่าสัมประสิทธิ์การแข็งตัวจากความเครียด) และได้รับอิทธิพลจากกำลังครากและลักษณะทางเรขาคณิตของหน้าตัดด้วย

แรงสำหรับตัวอย่างนี้คำนวณโดยขั้นตอนนี้:

M_y = C_pr .R_y .F_y .Z_pl,y(RBS) และแรงเฉือนที่สอดคล้องกัน V_z = –2 M_y / L_h โดยที่:

• R_y – อัตราส่วนของกำลังครากที่น่าจะเป็นต่อกำลังครากขั้นต่ำ – AISC 341-16 – ตาราง A3.1; สำหรับ A992 – R_y = 1.1
• \( C_{pr}=\frac{F_y+F_u}{2\cdot F_y} \le 1.2 \) – ค่าสัมประสิทธิ์การแข็งตัวจากความเครียด; สำหรับ A992 – C_pr = 1.15
• F_y – กำลังครากลักษณะเฉพาะ; สำหรับ A992 – F_y = 50.0 ksi
• F_u – กำลังประลัยลักษณะเฉพาะ; สำหรับ A992 – F_u = 65.0 ksi
• Z_pl,y(RBS) – โมดูลัสหน้าตัดพลาสติก; ค่าสำหรับหน้าตัดคานที่ลดลง – Z_pl,y,(RBS) = 44.80 in³
• L_h – ระยะห่างระหว่าง plastic hinges บนคาน; L_h = 250 - (2 . 17) = 216 in

M_y = 1.15 x 1.1 x 50 x 44.80 = 2834 kip.in  = 236.17 kip-ft

\[ V_{\textrm{Ed}} = \frac{2 \cdot M_{\textrm{y}}}{L_{h}} = 2 \cdot \frac{2834}{216} = 26,2 \, \textrm{kip} \]

เพิ่ม แรงเฉือน และ โมเมนต์ดัด ที่คำนวณได้เป็น ผลของแรงกระทำใหม่ (LE)

แรงเฉือนและ โมเมนต์ดัด จะต้องป้อนด้วยเครื่องหมายที่เหมาะสม เพื่อให้โมเมนต์ดัดลดลงบนคานในทิศทางที่ห่างออกจาก node

ขณะนี้สามารถเริ่มการวิเคราะห์ capacity ได้โดยคำสั่ง Calculate

จากผลลัพธ์และมุมมองความเครียดพลาสติก เสามีความเครียดพลาสติกสูงมาก และวัตถุประสงค์หลักของ Capacity design ร่วมกับการเชื่อมต่อที่ผ่านการรับรองล่วงหน้าจากกระบวนการออกแบบ AISC 358 คือการออกแบบระบบเสาแข็ง-คานอ่อน ดังนั้น การครากและการเกิด plastic hinge จึงมีเจตนาให้เกิดขึ้นใน dissipative item (คานที่เลือก) และในประเภทการเชื่อมต่อ Reduced beam section มีเจตนาให้ความเครียดพลาสติกสูงสุดอยู่ที่ส่วนกลางของหน้าตัดที่ลดลงของคาน 

แนวทางการออกแบบคือการผลักดันให้การวิบัติเกิดขึ้นในคาน ขั้นตอนต่อไปนี้มีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งของ panel zone ของเสา

เราสามารถเริ่มต้นโดยการเพิ่มแผ่นเสริมความแข็งสี่แผ่นในเสาให้ตรงกับ ปีกคาน ตั้งค่าความหนาของแผ่นเสริมความแข็งเป็น 5/8"

เพื่อเพิ่มความสามารถรับแรงของเสา ให้เพิ่มแผ่นเสริมทั้งสองด้านของเอว (เพิ่มการดำเนินการผลิต Stiffening plate) 

แผ่นเสริมความแข็งที่เอวเสาจำเป็นต้องตัดและเชื่อมเข้ากับแผ่นเสริมโดยการดำเนินการผลิต Cut of the plate

ทำซ้ำการดำเนินการตัดแผ่นสี่ครั้งเพื่อเชื่อมต่อแผ่นเสริมความแข็งด้านหน้า/ด้านหลังอื่นๆ เข้ากับแผ่นเสริม
*เคล็ดลับ: คลิกขวาที่การดำเนินการตัดแรก คัดลอกตามที่จำเป็น และเลื่อนเมาส์ไปเหนือแผ่นเพื่อดูชื่อของแผ่นที่จะตัด 

การปรับเปลี่ยนการออกแบบทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์แล้ว ให้รัน Calculate ในแท็บ Check คุณจะเห็นว่าส่วนประกอบทั้งหมด (เช่น รอยเชื่อมและสลักเกลียว) ผ่านการตรวจสอบตามมาตรฐาน ความเครียดพลาสติกของแผ่น dissipative item ไม่ส่งผลต่อผลลัพธ์โดยรวม 

การเกิด plastic hinge สามารถสำรวจได้ในหน้าต่างการวิเคราะห์ Plastic strain

plastic hinge ปรากฏขึ้นที่ตำแหน่งที่คาดไว้ และจุดต่อนี้ผ่านการตรวจสอบที่กำหนดโดย capacity design

เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับผลลัพธ์ โปรดดู พื้นฐานทางทฤษฎี

4 รายงาน

สุดท้าย คุณสามารถตรวจสอบ Report IDEA StatiCa นำเสนอรายงานที่ปรับแต่งได้อย่างสมบูรณ์เพื่อพิมพ์หรือบันทึกในรูปแบบที่แก้ไขได้

ที่ท้ายรายงานโดยละเอียด มีรายการการตรวจสอบรายละเอียดการเชื่อมต่อที่ผ่านการรับรองล่วงหน้าพร้อมการอ้างอิงและสถานะ: 

คุณได้ดำเนินการตรวจสอบ capacity design ของการเชื่อมต่อโครงสร้างที่ผ่านการรับรองล่วงหน้าตาม AISC 358 และ AISC 341

ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทาน

เนื่องจากข้อกำหนดการออกแบบสำหรับการเชื่อมต่อที่ 'ผ่านการรับรองล่วงหน้า' ได้รับการปฏิบัติตาม และกำลังที่มีอยู่คำนวณตาม AISC 358-16 ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทาน ϕ จะต้องใช้ดังนี้: 

                         สำหรับสภาวะขีดจำกัดแบบเหนียว ϕ_d = 1.00 

                         สำหรับสภาวะขีดจำกัดแบบไม่เหนียว ϕ_n = 0.90

ค่าสัมประสิทธิ์เหล่านี้สามารถแก้ไขได้ใน IDEA StatiCa Connection 'Code setup':