การเสริมความแข็งของการเชื่อมต่อและการใช้งานในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวม

แผนภาพโมเมนต์-การหมุนเป็นหนึ่งในผลลัพธ์ของ Connection application ซึ่งให้พฤติกรรมที่ค่อนข้างแม่นยำของจุดต่อเฉพาะภายใต้การรับแรงสถิตเฉพาะ แต่จะเกิดอะไรขึ้นหากมีการรับแรงประเภทต่างๆ? หากแรงกระทำเกินขีดจำกัดและเกิดการเสียรูปพลาสติกอย่างมีนัยสำคัญ? หรือหากมีความคลาดเคลื่อนในการผลิตค่อนข้างสูง?

การจำแนกประเภท

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือผลกระทบต่อ:

1. แรงภายในของโครงสร้างทั้งในชิ้นส่วนและในจุดต่อ (สภาวะขีดจำกัดกำลัง)
2. การเสียรูป (สภาวะขีดจำกัดการใช้งาน)

Eurocode EN 1993-1-8:2005 กล่าวถึงประเด็นนี้ในบทที่ 5 จุดต่อคาน-เสาถูกจำแนกตามความแข็งเริ่มต้นดังนี้:

• แบบหมุนได้ - จุดต่อไม่ถ่ายโมเมนต์ดัดใดๆ
• กึ่งแข็ง - จุดต่อถ่ายโมเมนต์ดัดบางส่วนและต้องนำพฤติกรรมของจุดต่อมาพิจารณาในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวม
• แข็ง - จุดต่อไม่มีผลต่อการวิเคราะห์ โดยชิ้นส่วนต่างๆ เชื่อมต่อกันแบบแข็งทั้งหมด

คุณอาจสังเกตว่ามาตรฐานไม่ได้กล่าวถึงจุดต่อแบบยื่น นั่นเป็นเพราะการจำแนกประเภทไม่มีความสำคัญในกรณีนี้ จุดต่อแบบยื่นต้องถ่ายโมเมนต์ดัดเต็มค่าเสมอ

จุดต่อในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวม

ไม่มีจุดต่อใดที่เป็นแบบหมุนได้หรือแข็งอย่างสมบูรณ์แบบ แต่ขอบเขตการจำแนกประเภทในข้อ 5.2.2.5 ได้รับการออกแบบเพื่อจำกัดความคลาดเคลื่อนไว้ที่:

• 5% สำหรับแรงภายใน 
• 20% สำหรับการเสียรูป

ความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้นนี้แสดงในภาพต่อไปนี้ด้วยตัวอย่างของคานที่เชื่อมต่อกับเสาทั้งสองปลาย เส้นโค้งสีน้ำเงินแสดงโมเมนต์ดัดที่จุดต่อ และเส้นโค้งสีแดงแสดงโมเมนต์ดัดที่กึ่งกลางช่วงคาน แรงภายในแทบไม่เปลี่ยนแปลงในบริเวณแบบหมุนได้และแข็ง แต่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในบริเวณกึ่งแข็ง นอกจากนี้ให้สังเกตสเกลลอการิทึมสำหรับความแข็งในการดัด ซึ่งหมายความว่าความแข็งอาจเปลี่ยนแปลงได้ถึง 100 เท่า และจะมีผลกระทบน้อยมากหากจุดต่อยังคงอยู่ในบริเวณแข็งหรือแบบหมุนได้

ทั้งหมดนี้หมายความว่าเราสามารถใช้จุดต่อแบบแข็งหรือแบบหมุนได้ในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวม โดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับความแข็งที่แท้จริง

แต่จะทำอย่างไรสำหรับจุดต่อแบบกึ่งแข็ง?

IDEA StatiCa แสดงพฤติกรรมของจุดต่อราวกับว่าเป็นของใหม่และรับแรงเพียงครั้งเดียวกับกรณีแรงกระทำเฉพาะ แต่มีความไม่แน่นอนมากมาย จุดต่ออาจเคยเกิดการเสียรูปพลาสติกในอดีต อาจเป็นสนิม และคนงานอาจใช้วิธีการที่ไม่เหมาะสมในการประกอบจุดต่อและแก้ไขความคลาดเคลื่อนในการผลิต สำหรับจุดต่อแบบกึ่งแข็ง ความแข็งเริ่มต้นจะใช้ในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวมเฉพาะเมื่อ M_j,Ed ไม่เกิน 2/3 M_j,Rd ตลอดอายุการใช้งานของโครงสร้าง ซึ่งเกิดขึ้นได้น้อยมาก แต่อาจเป็นขั้นตอนแรกในการหาค่า M_j,Ed หากโมเมนต์ดัดในการออกแบบเกิน 2/3 M_j,Rd ในกรณีแรงกระทำใดๆ ควรใช้ความแข็งเริ่มต้นที่ลดลงด้วยตัวประกอบ \(\eta\) จากตารางที่ 5.2 ในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวม:

สรุป

โดยส่วนใหญ่ ควรใช้ความแข็งเริ่มต้น (ไม่ใช่ความแข็งเส้นตัด) ที่ได้จาก IDEA StatiCa Connection ในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวม โดยความแข็งเริ่มต้นที่สมมติที่ 2/3 M_j,Rd ใช้สำหรับการจำแนกประเภทจุดต่อ

• จุดต่อแบบแข็ง - คงชิ้นส่วนไว้แบบรวมกันที่ node
• จุดต่อแบบหมุนได้ - เพิ่มหมุดหมุนสมบูรณ์
• จุดต่อแบบกึ่งแข็ง:
  • M_j,Ed < 2/3 M_j,Rd - ใช้ S_j,ini
  • M_j,Ed > 2/3 M_j,Rd - ใช้ S_j,ini / \(\eta\)

Attached Downloads

• 0035_Joint stiffness and its influence on design of steel structural elements EN 3.pdf (PDF, 489 kB)