การตรวจสอบตามมาตรฐานของส่วนประกอบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก (GB)

วิธี CBFEM รวมข้อดีของวิธี Finite Element ทั่วไป (FEM) และวิธี Component Method มาตรฐาน (CM) ความเค้นและแรงภายในที่คำนวณจากแบบจำลอง CBFEM ที่แม่นยำ จะถูกนำไปใช้ในการตรวจสอบตามมาตรฐานของส่วนประกอบทั้งหมด ได้แก่ สลักเกลียว สลักเกลียวอัดแรง และรอยเชื่อม ซึ่งตรวจสอบตามมาตรฐาน GB 50017 – 2017 แผ่นเหล็กได้รับการตรวจสอบโดยการวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element การตรวจสอบตามมาตรฐานของการยึดเหนี่ยวยังไม่ได้รับการพัฒนาในเวอร์ชันปัจจุบัน

การตรวจสอบตามมาตรฐานของแผ่นเหล็กตามมาตรฐานจีน

ความเค้นสมมูลที่ได้ (HMH, von Mises) และความเครียดพลาสติกจะถูกคำนวณบนแผ่นเหล็ก เมื่อถึงกำลังครากออกแบบ f (GB 50017, ตาราง 4.4.1–4.4.3) บนแผนภาพวัสดุแบบสองเส้นตรง จะทำการตรวจสอบความเครียดพลาสติกสมมูล ค่าขีดจำกัดที่ 5 % ถูกแนะนำใน Eurocode (EN 1993-1-5 App. C, Par. C8, Note 1) ค่านี้สามารถปรับเปลี่ยนได้ใน Code setup แต่การศึกษาการตรวจสอบได้ดำเนินการสำหรับค่าที่แนะนำนี้

องค์ประกอบแผ่นเหล็กถูกแบ่งออกเป็นห้าชั้น และพฤติกรรมยืดหยุ่น/พลาสติกจะถูกตรวจสอบในแต่ละชั้น โปรแกรมจะแสดงผลลัพธ์ที่แย่ที่สุดจากทั้งหมด

ความเค้นอาจสูงกว่ากำลังครากออกแบบเล็กน้อย สาเหตุคือความลาดเอียงเล็กน้อยของสาขาพลาสติกในแผนภาพ ความเค้น-ความเครียด ซึ่งใช้ในการวิเคราะห์เพื่อปรับปรุงความเสถียรของการคำนวณ

การตรวจสอบตามมาตรฐานของสลักเกลียวและสลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้าตามมาตรฐานจีน

สลักเกลียว

สลักเกลียวได้รับการตรวจสอบตาม GB 50017, ข้อ 11.4 แรงดึงและแรงเฉือนในแต่ละสลักเกลียวถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์ แรงงัดถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์ไฟไนต์เอลิเมนต์และนำมาพิจารณาด้วย แต่ละระนาบแรงเฉือนได้รับการตรวจสอบแยกกัน แผ่นเหล็กที่รับแรงกดทับได้รับการตรวจสอบกับผลรวมของแรงเฉือนในระนาบใกล้เคียง

ค่าการออกแบบความแข็งแรงดึงและแรงเฉือนของสลักเกลียว; f_ub[MPa] – ความแข็งแรงสูงสุดของสลักเกลียว; ได้จากตาราง 4.4.6

สลักเกลียวรับแรงดึง

สลักเกลียวที่รับแรงดึงได้รับการออกแบบตาม ข้อ 11.4.1.2 และต้องเป็นไปตาม:

\[ N_t \le N_t^b = A_s \cdot f_t^b \]

โดยที่:

• N_t – แรงดึงในสลักเกลียว
• N_t^b – ความสามารถรับแรงดึงตามการออกแบบ
• \( A_s = \frac{\pi d_e^2}{4} \) – พื้นที่หน้าตัดรับความเค้นดึงของสลักเกลียว
• d_e – เส้นผ่านศูนย์กลางประสิทธิผลของสลักเกลียวที่ส่วนเกลียว
• f_t^b – ค่าการออกแบบความแข็งแรงดึงของสลักเกลียว

สลักเกลียวรับแรงเฉือน

สลักเกลียวที่รับแรงเฉือนได้รับการออกแบบตาม ข้อ 11.4.1.1 และต้องเป็นไปตาม:

\[ N_v \le N_v^b = A_g \cdot f_v^b \]

โดยที่:

• N_v – แรงเฉือนในสลักเกลียวในระนาบที่พิจารณา
• \( A_g = \frac{\pi d^2}{4} \) – พื้นที่หน้าตัดรวมของสลักเกลียว
• d – เส้นผ่านศูนย์กลางระบุของสลักเกลียว
• f_v^b – ค่าการออกแบบความแข็งแรงแรงเฉือนของสลักเกลียว

แต่ละระนาบแรงเฉือนได้รับการตรวจสอบแยกกัน กล่าวคือ จำนวนระนาบแรงเฉือน n_v = 1

สลักเกลียวรับแรงดึงและแรงเฉือนร่วมกัน

สลักเกลียวที่รับแรงเฉือนและแรงดึงพร้อมกันได้รับการออกแบบตาม ข้อ 11.4.1.3 และต้องเป็นไปตาม:

\[ \sqrt{\left ( \frac{N_v}{N_v^b} \right ) ^2 + \left ( \frac{N_t}{N_t^b} \right ) ^2} \le 1.0 \]

โดยที่:

• N_v – แรงเฉือนในสลักเกลียวในระนาบที่พิจารณา
• N_t – แรงดึงในสลักเกลียว
• N_v^b – ความต้านทานแรงเฉือนตามการออกแบบของสลักเกลียว
• N_t^b – ความต้านทานแรงดึงตามการออกแบบของสลักเกลียว

สลักเกลียวรับแรงกดทับ

แผ่นเหล็กที่รับแรงกดทับเนื่องจากสลักเกลียวในแรงเฉือนได้รับการออกแบบตาม ข้อ 11.4.1.1 และต้องเป็นไปตาม:

\[ N_v \le N_c^b = d\cdot t \cdot f_c^b \]

โดยที่:

• N_v – แรงเฉือนที่กระทำบนแผ่นเหล็ก; ผลรวมเวกเตอร์ของแรงเฉือนในระนาบใกล้เคียง
• d – เส้นผ่านศูนย์กลางระบุของสลักเกลียว
• t – ความหนาของแผ่นเหล็ก
• f_c^b – ค่าการออกแบบความแข็งแรงรับแรงกดทับของแผ่นเหล็ก

ค่าการออกแบบความแข็งแรงรับแรงกดทับของแผ่นเหล็ก; f_u – ความแข็งแรงสูงสุดของแผ่นเหล็ก; ได้จากตาราง 4.4.6

สลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้า

สลักเกลียวความแข็งแรงสูงในจุดต่อแบบแรงเสียดทานได้รับการออกแบบตาม ข้อ 11.4.2

สลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้ารับแรงดึง

ความต้านทานแรงดึงของสลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้าถูกกำหนดเป็น:

\[ N_t \le N_t^b = 0.8 \cdot P \]

โดยที่:

• N_t – แรงดึงในสลักเกลียว
• N_t^b – ความสามารถรับแรงดึงตามการออกแบบ
• P – แรงอัดล่วงหน้าของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง – ตาราง 11.4.2-2

ตาราง 11.4.2-2 – แรงอัดล่วงหน้าของสลักเกลียวความแข็งแรงสูง P [kN]

สลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้าที่ไม่อยู่ในตาราง 11.4.2-2 ที่รับแรงดึงได้รับการออกแบบตาม ข้อ 11.4.1.2 และต้องเป็นไปตาม:

\[ N_t \le N_t^b = A_s \cdot f_t^b \]

โดยที่:

• N_t – แรงดึงในสลักเกลียว
• N_t^b – ความสามารถรับแรงดึงตามการออกแบบ
• \( A_s = \frac{\pi d_e^2}{4} \) – พื้นที่หน้าตัดรับความเค้นดึงของสลักเกลียว
• d_e – เส้นผ่านศูนย์กลางประสิทธิผลของสลักเกลียวที่ส่วนเกลียว
• f_t^b – ค่าการออกแบบความแข็งแรงดึงของสลักเกลียว

สลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้ารับแรงเฉือน

ความต้านทานแรงเฉือนตามการออกแบบของสลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้าถูกกำหนดตาม ข้อ 11.4.2.1:

\[ N_v \le N_v^b = 0.9 k \mu P \]

โดยที่:

• N_v – แรงเฉือนในระนาบที่พิจารณา
• N_v^b – ความต้านทานแรงเฉือนตามการออกแบบของสลักเกลียว
• k – ตัวประกอบสำหรับรูสลักเกลียว; k = 1 สำหรับรูปกติ, k = 0.85 สำหรับรูขนาดใหญ่กว่าปกติ, k = 0.6 สำหรับรูยาว
• μ – สัมประสิทธิ์การลื่นที่ผิวสัมผัสแรงเสียดทานจากตาราง 11.4.2-1; แก้ไขได้ใน Code setup
• P = N_t^b / 0.8 – แรงอัดล่วงหน้าของสลักเกลียวความแข็งแรงสูงสำหรับสลักเกลียวที่ไม่อยู่ในตาราง 11.4.2-2

แต่ละระนาบแรงเฉือนได้รับการตรวจสอบแยกกัน กล่าวคือ จำนวนระนาบแรงเฉือน n_f = 1

สลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้ารับแรงดึงและแรงเฉือนร่วมกัน

สลักเกลียวที่รับแรงเฉือนและแรงดึงพร้อมกันได้รับการออกแบบตาม ข้อ 11.4.2.3 และต้องเป็นไปตาม:

\[ \frac{N_v}{N_v^b} + \frac{N_t}{N_t^b} \le 1.0 \]

โดยที่:

• N_v – แรงเฉือนในระนาบที่พิจารณา
• N_t – แรงดึงในสลักเกลียว
• N_v^b – ความต้านทานแรงเฉือนตามการออกแบบของสลักเกลียว
• N_t^b – ความต้านทานแรงดึงตามการออกแบบของสลักเกลียว

การตรวจสอบตามมาตรฐานของรอยเชื่อมตามมาตรฐานจีน

รอยเชื่อมมุมได้รับการตรวจสอบตามมาตรฐาน GB 50017 - บทที่ 11 ความแข็งแรงของรอยเชื่อมชนถือว่าเท่ากับโลหะฐานและไม่ได้รับการตรวจสอบ

รอยเชื่อมชน

คาดว่าเป็นรอยเชื่อมชนแบบเจาะลึกเต็มที่ และความต้านทานของรอยเชื่อมถือว่าเท่ากับโลหะแม่ – ข้อ 11.2.1

รอยเชื่อมมุม

ความต้านทานการออกแบบของรอยเชื่อมมุมได้รับการตรวจสอบตามข้อ 11.2.2.2:

\[ \sigma_w = \sqrt{ \left ( \frac{\sigma_f}{\beta_f} \right ) ^2 + \tau_f^2} \le f_f^w \]

โดยที่:

• σ_f – ความเค้นบนพื้นที่ประสิทธิผลของรอยเชื่อมในทิศทางตั้งฉากกับความยาวรอยเชื่อม
• β_f – สัมประสิทธิ์การขยายสำหรับค่าการออกแบบของความแข็งแรงรอยเชื่อมมุม; β_f = 1.22 สำหรับแรงกระทำแบบสถิตและมุมระหว่างหน้าหลอมละลาย α = 90°; กรณีอื่น β_f = 1.0
• τ_f – ความเค้นเฉือนบนพื้นที่ประสิทธิผลของรอยเชื่อมในทิศทางขนานกับความยาวรอยเชื่อม
• f_f^w – ความแข็งแรงรอยเชื่อมมุมสำหรับการออกแบบ

ความแข็งแรงรอยเชื่อมมุมสำหรับการออกแบบ f_f^w สำหรับลวดเชื่อม; ได้จากตารางที่ 4.4.5

ลวดเชื่อมเริ่มต้นคือ E43 สำหรับแผ่นที่เชื่อมต่อที่อ่อนแอที่สุดโดยมี f_u < 470 MPa, E50 สำหรับ 470 MPa ≤ f_u < 520 MPa และ E55 สำหรับ 520 MPa ≤ f_u

ไดอะแกรมรอยเชื่อมแสดงความเค้นตามสูตรต่อไปนี้:

\[ \sigma = \sqrt{ \frac{1}{\beta_f^2}(\sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2) + \tau_{\parallel}^2 } \]

การออกแบบรายละเอียดสลักเกลียวและรอยเชื่อมตามมาตรฐานจีน

สลักเกลียว

ระยะห่างขั้นต่ำที่อนุญาตของสลักเกลียวได้รับการตรวจสอบตามตารางที่ 11.5.2

ระยะห่างขั้นต่ำที่อนุญาตของสลักเกลียว; d₀ – เส้นผ่านศูนย์กลางรูสลักเกลียว

รอยเชื่อม

ขนาดรอยเชื่อมขั้นต่ำ h_f ได้รับการตรวจสอบตามตารางที่ 11.3.5 ขนาดรอยเชื่อมถูกกำหนดจากความหนาคอรอยเชื่อม: \( h_f = \sqrt{2} \cdot h_e \)

ขนาดรอยเชื่อมขั้นต่ำ h_f

การตรวจสอบตามมาตรฐานของบล็อกคอนกรีตตามมาตรฐานจีน

คอนกรีตใต้แผ่นฐานถูกจำลองด้วยดินฐานรากแบบ Winkler ที่มีความแข็งสม่ำเสมอ ซึ่งให้ค่าความเค้นสัมผัส โดยใช้ค่าความเค้นเฉลี่ยที่บริเวณรับแรงสำหรับการตรวจสอบแรงอัด

Concrete รับแรงกด

ผู้ใช้สามารถเลือกระหว่างการตรวจสอบความสามารถรับแรงกดเฉพาะที่ของแผ่น Concrete เสริมเหล็ก (GB 50010, สมการ 6.6.1-1) และแผ่นคอนกรีตล้วน/คอนกรีตไม่เสริมเหล็ก (GB 50010, สมการ D.5.1-1)

แผ่น Concrete เสริมเหล็ก

\[ F_l \le F_c = 1.35 \beta_c \beta_l f_c A_{ln} \]

แผ่นคอนกรีตล้วน/คอนกรีตไม่เสริมเหล็ก

\[ F_l \le F_c = \omega \beta_l f_{cc} A_l \]

โดยที่:

• F_l – แรงอัด
• F_c – ความต้านทานแรงอัด
• β_c – สัมประสิทธิ์ที่มีผลต่อกำลังของ Concrete; β_c = 1 สำหรับ Concrete เกรดไม่เกิน C50, β_c = 0.8 สำหรับ Concrete เกรด C80; ใช้การแก้ค่าเชิงเส้นสำหรับ Concrete เกรดระหว่าง C50 และ C80
• \( \beta_l = \sqrt{\frac{A_b}{A_l}} \) – ตัวประกอบความเข้มข้น
• A_b – พื้นที่รองรับของ Concrete ที่มีจุดศูนย์กลางร่วมกับ A_l
• A_l – พื้นที่แผ่นฐานที่สัมผัสกับผิว Concrete
• A_ln – พื้นที่ A_l หักลบด้วยรูในแผ่นฐานสำหรับพุก
• f_c – ค่าการออกแบบกำลังอัดของ Concrete; GB50010, ตาราง 4.1.4-1
• f_cc = 0.85 f_c – ค่าการออกแบบกำลังอัดของคอนกรีตล้วน/คอนกรีตไม่เสริมเหล็ก; GB50010, ตาราง 4.1.4-1
• ω – ตัวประกอบการกระจายแรงอัด; ω = 0.75 สำหรับการกระจายแรงไม่สม่ำเสมอ, ω = 1.0 สำหรับการกระจายแรงสม่ำเสมอ

การถ่ายแรงเฉือน

แรงเฉือนที่แผ่นฐานถูกสมมติว่าถ่ายจากเสาไปยังฐานราก Concrete โดย:

1. แรงเสียดทานระหว่างแผ่นฐานกับ Concrete / ปูน
2. เดือยรับแรงเฉือน
3. สลักพุก

พุก

แรงดึงในพุกรวมถึงแรงงัด และถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์วิธี Finite Element

พุกไม่ได้รับการตรวจสอบในซอฟต์แวร์

การจำแนกประเภทจุดต่อตามมาตรฐานจีน

จุดต่อถูกจำแนกประเภทตามความแข็งของจุดต่อเป็น:

• แข็ง – จุดต่อที่มีการเปลี่ยนแปลงมุมระหว่างชิ้นส่วนน้อยมาก
• กึ่งแข็ง – จุดต่อที่ถือว่ามีความสามารถในการให้แรงต้านการดัดที่เชื่อถือได้และทราบค่า
• แบบหมุนได้ – จุดต่อที่ไม่เกิดโมเมนต์ดัด

ไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างประเภทของจุดต่อใน GB 50017 ดังนั้นจุดต่อจึงถูกจำแนกประเภทตาม EN 1993-1-8 – Cl. 5.2.2

• แข็ง – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b \)
• กึ่งแข็ง – \( 0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b \)
• แบบหมุนได้ – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5 \)

โดยที่:

• S_j,ini – ความแข็งเริ่มต้นของจุดต่อ โดยถือว่าความแข็งของจุดต่อเป็นเชิงเส้นจนถึง 2/3 ของ M_j,Rd
• L_b – ความยาวทางทฤษฎีของชิ้นส่วนที่วิเคราะห์ กำหนดในคุณสมบัติของชิ้นส่วน
• E – โมดูลัสความยืดหยุ่นของ Young
• I_b – โมเมนต์ความเฉื่อยของชิ้นส่วนที่วิเคราะห์
• k_b = 8 สำหรับโครงที่ระบบค้ำยันลดการเคลื่อนตัวในแนวนอนได้อย่างน้อย 80%; k_b = 25 สำหรับโครงอื่น โดยมีเงื่อนไขว่าในทุกชั้น K_b/K_c ≥ 0.1 ค่า k_b = 25 จะถูกใช้ เว้นแต่ผู้ใช้จะกำหนด "braced system" ใน Code setup
• M_j,Rd – ค่าการออกแบบความต้านทานโมเมนต์ของจุดต่อ
• K_b = I_b / L_b
• K_c = I_c / L_c

ออกแบบตามหลักการ Capacity Design ตามมาตรฐานจีน

Capacity design เป็นส่วนหนึ่งของการตรวจสอบแผ่นดินไหว และรับประกันว่าจุดต่อมีความสามารถในการเสียรูปที่เพียงพอ

การเชื่อมต่อต้องสามารถถ่ายแรงที่จำเป็นสำหรับการสร้าง plastic hinge ในชิ้นส่วนที่กระจายพลังงานได้อย่างปลอดภัย ชิ้นส่วนที่กระจายพลังงานถูกเลือกโดยผู้ใช้พร้อมกับค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อ η_j ที่นำมาจาก GB 50017-2017, ตาราง 17.2.9 ค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อ η_j แบ่งออกเป็นค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแกร่งเกิน γ_ov และค่าสัมประสิทธิ์การแข็งตัวจากความเครียด γ_sh; η_j = γ_ovγ_sh ค่าสัมประสิทธิ์การแข็งตัวจากความเครียด γ_sh กำหนดโดยผู้ใช้ และแนะนำให้ใช้ γ_sh = 1.1 สำหรับคานในโครงต้านทานโมเมนต์ และ γ_sh = 1.0 สำหรับชิ้นส่วนที่กระจายพลังงานอื่นๆ แนะนำให้เลือกค่า η_j ที่ปลอดภัยกว่า เช่น η_j = 1.35 สำหรับคานที่กระจายพลังงานจากเหล็กเกรด Q345 ในโครงต้านทานโมเมนต์สำหรับการตรวจสอบทั้งรอยเชื่อมและสลักเกลียว

ค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อ η_j ตามตาราง 17.2.9

แผนภาพวัสดุของชิ้นส่วนที่กระจายพลังงาน