แผ่นเสริมความแข็งเอวเสา

คำอธิบาย

วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้คือการตรวจสอบวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) สำหรับแผ่นเสริมความแข็งเอวเสาชั้น 4 ในจุดต่อคาน-เสา โดยเปรียบเทียบกับแบบจำลอง FEA เพื่อการวิจัย (RFEM) ที่สร้างในซอฟต์แวร์ Dlubal RFEM และวิธีส่วนประกอบ (CM)

แบบจำลอง FEA เพื่อการวิจัย

แบบจำลอง FEA เพื่อการวิจัย (RFEM) ใช้สำหรับตรวจสอบแบบจำลอง CBFEM ในแบบจำลองเชิงตัวเลข ใช้องค์ประกอบเปลือก 4 Node รูปสี่เหลี่ยมด้านขนานที่มี Node อยู่ที่มุม ใช้การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุพร้อมความไม่สมบูรณ์ (GMNIA) ความไม่สมบูรณ์ทางเรขาคณิตสมมูลได้มาจากรูปแบบการโก่งเดาะแรก และกำหนดแอมพลิจูดตาม Annex C ใน EN 1993-1-5:2006 แบบจำลองเชิงตัวเลขแสดงในรูปที่ 6.3.1

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.1 Research FEA model of a beam-to-column joint with slender column web stiffener}}}\]

CBFEM

ขั้นตอนการออกแบบสำหรับแผ่นบางอธิบายไว้ในหัวข้อ 3.10 การวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้นถูกนำไปใช้ในซอฟต์แวร์ การคำนวณค่าความต้านทานการออกแบบดำเนินการตามขั้นตอนการออกแบบ F_CBFEM ถูกประมาณค่าโดยผู้ใช้จนกว่า ρ ∙ α_ult,k/γ_M1 มีค่าเท่ากับ 1 ศึกษาจุดต่อคาน-เสาที่มีแผ่นเสริมความแข็งเอวเสาแบบบาง ใช้หน้าตัดเดียวกันสำหรับคานและเสา ความหนาของแผ่นเสริมความแข็งเอวเสามีการเปลี่ยนแปลง เรขาคณิตของตัวอย่างอธิบายไว้ในตารางที่ 6.3.1 จุดต่อรับโมเมนต์ดัด

ตารางที่ 6.3.1 ภาพรวมตัวอย่าง

พฤติกรรมโดยรวมและการตรวจสอบ

พฤติกรรมโดยรวมของจุดต่อคาน-เสาที่มีแผ่นเสริมความแข็งเอวเสาแบบบาง ความหนา 3 มม. ที่อธิบายด้วยแผนภาพโมเมนต์-การหมุนในแบบจำลอง CBFEM แสดงในรูปที่ 6.3.2 ให้ความสนใจกับลักษณะสำคัญ ได้แก่ ความต้านทานการออกแบบและแรงกระทำวิกฤต แผนภาพเสร็จสมบูรณ์ด้วยจุดที่การครากเริ่มต้นและความต้านทานที่ความเครียดพลาสติก 5%

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.2 Moment-rotation curve of example t3}}}\]

การตรวจสอบความต้านทาน

ความต้านทานการออกแบบที่คำนวณโดยซอฟต์แวร์ CBFEM IDEA StatiCa ถูกเปรียบเทียบกับ RFEM การเปรียบเทียบมุ่งเน้นที่ความต้านทานการออกแบบและแรงกระทำวิกฤต ผลลัพธ์เรียงลำดับในตารางที่ 6.3.2 แผนภาพในรูปที่ 6.3.3 c) แสดงอิทธิพลของความหนาของแผ่นเสริมความแข็งเอวเสาต่อความต้านทานและแรงกระทำวิกฤตในตัวอย่างที่ตรวจสอบ

ตารางที่ 6.3.2 ความต้านทานการออกแบบและแรงกระทำวิกฤตของ RFEM และ CBFEM

ผลลัพธ์แสดงความสอดคล้องที่ดีมากในแรงกระทำวิกฤตและความต้านทานการออกแบบ แบบจำลอง CBFEM ของจุดต่อที่มีแผ่นเสริมความแข็งเอวความหนา 3 มม. แสดงในรูปที่ 6.3.3a รูปแบบการโก่งเดาะแรกของจุดต่อแสดงในรูปที่ 6.3.3b

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{a)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{b)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{c)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.3 a) Geometrical model b) First buckling mode c) Influence of stiffener's thickness on resistances and critical loads}}}\]

การศึกษาตรวจสอบยืนยันความถูกต้องของแบบจำลอง CBFEM สำหรับการทำนายพฤติกรรมของแผ่นเสริมความแข็งเอวเสา ผลลัพธ์ของ CBFEM ถูกเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ของ RFEM ทุกขั้นตอนทำนายพฤติกรรมโดยรวมของจุดต่อที่คล้ายกัน ความแตกต่างในความต้านทานการออกแบบในทุกกรณีต่ำกว่า 10%

ตัวอย่าง Benchmark

ข้อมูลนำเข้า

คาน

• เหล็ก S235
• ความหนาปีก t_f = 20 มม.
• ความกว้างปีก b_f = 400 มม.
• ความหนาเอว t_w = 12 มม.
• ความสูงเอว h_w = 600 มม.

เสา

• เหล็ก S235
• ความหนาปีก t_f = 20 มม.
• ความกว้างปีก b_f = 400 มม.
• ความหนาเอว t_w = 12 มม.
• ความสูงเอว h_w = 560 มม.
• ความสูงหน้าตัด h = 600 มม.

แผ่นเสริมความแข็งเอวเสาด้านบน

• เหล็ก S235
• ความหนาแผ่นเสริมความแข็ง t_w = 20 มม.
• ความกว้างแผ่นเสริมความแข็ง h_w = 400 มม.

แผ่นเสริมความแข็งเอวเสาด้านล่าง

• เหล็ก S235
• ความหนาแผ่นเสริมความแข็ง t_w = 3 มม.
• ความกว้างแผ่นเสริมความแข็ง h_w = 400 มม.

การตั้งค่ามาตรฐาน – แบบจำลองและตาข่าย

• จำนวนองค์ประกอบบนเอวหรือปีกของชิ้นส่วนที่ใหญ่ที่สุด 24

ผลลัพธ์

• ความต้านทานพลาสติก CBFEM = 589 kNm
• ความต้านทานการโก่งเดาะการออกแบบ CBFEM (kNm) = 309 kNm
• ตัวประกอบการโก่งเดาะวิกฤต (สำหรับความต้านทานการโก่งเดาะการออกแบบ = 309 kNm) α_cr = 0,97
• ตัวประกอบแรงกระทำที่ความเครียดพลาสติก 5% α_ult,k = ความต้านทานพลาสติก CBFEM / ความต้านทานการโก่งเดาะการออกแบบ CBFEM = 589/309 = 1,91