GMNA การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิต

This article is also available in:
Translated by AI from English
การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตถูกใช้ใน IDEA StatiCa Connection สำหรับจุดต่อของหน้าตัดกลวง หรือใน IDEA StatiCa Member ในเวอร์ชัน 25.0 ฟีเจอร์นี้พร้อมใช้งานสำหรับการออกแบบการเชื่อมต่อทุกประเภท แล้วมันคืออะไรกันแน่? ควรใช้เมื่อใด?

การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตโดยทั่วไปไม่จำเป็นในการออกแบบการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก มีข้อยกเว้นสองกรณี:

  • จุดต่อของหน้าตัดกลวง
  • กรณีที่การโก่งเดาะเป็นตัวกำหนดการออกแบบ

นอกจากนี้ การวิเคราะห์เชิงเส้นทางเรขาคณิตก็เพียงพอสำหรับการเสียรูปขนาดเล็ก (ความเครียดพลาสติกต่ำกว่า 5%) เนื่องจากผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะห์แบบมีและไม่มีความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตนั้นแทบจะเหมือนกัน

ความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตโดยทั่วไปใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากกว่า แต่อาจห่างจากสมมติฐานการออกแบบมากกว่า วิธีนี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการออกแบบโครงสร้าง เช่น โครงที่มีค่าตัวคูณการโก่งเดาะต่ำควรถูกจำลองด้วยการวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและความไม่สมบูรณ์แบบการเอียง

จุดต่อของหน้าตัดกลวง

จุดต่อของหน้าตัดกลวงมีความอ่อนไหวต่อการโก่งเดาะแบบอไม่ยืดหยุ่น ซึ่งหมายความว่าเมื่อการเสียรูปเพิ่มขึ้น การดัดของแผ่นเหล็กก็เพิ่มขึ้นด้วย สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับรูปแบบการวิบัติที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ การวิบัติของหน้าคอร์ดและการวิบัติของผนังด้านข้างคอร์ด ขอแนะนำอย่างยิ่งให้ใช้ GMNA สำหรับจุดต่อหน้าตัดกลวง

inline image in article

กรณีที่การโก่งเดาะเป็นตัวกำหนดการออกแบบ

มีกรณีที่การโก่งเดาะ (และแม้แต่การโก่งเดาะแบบอไม่ยืดหยุ่น) อาจเป็นตัวกำหนดความต้านทานแรงกระทำ ในกรณีดังกล่าว GMNA ให้ค่าความต้านทานที่ต่ำกว่า MNA กรณีที่พบบ่อยที่สุดคือเสาต่อเนื่องที่มีแรงอัดขนาดใหญ่และรับโมเมนต์ดัดที่เกิดจากคานที่ต่อแบบแข็ง โมเมนต์ดัดทำให้เกิดความไม่เสถียรในเสาซึ่งเพิ่มขึ้นตามแรงกระทำที่เพิ่มขึ้น ความต้านทานอาจถูกกำหนดก่อนที่ความเครียดพลาสติกในแผ่นเหล็กจะถึง 5% แม้ว่าค่าตัวคูณการโก่งเดาะจะสูง ในรูปด้านล่าง IPE 360 ถูกเชื่อมกับ HEA 200 และ \(\alpha_{cr}=5.16\)

inline image in article

ความต้านทานแรงกระทำที่กำหนดโดย GMNA มีค่าน้อยกว่าเนื่องจากผลกระทบอันดับสอง \(P-\Delta\) นอกจากนี้ เส้นโค้งแรง-การเสียรูปโดย MNA จะเพิ่มขึ้นเสมอเนื่องจากไดอะแกรมแรง-การเสียรูปของวัสดุเหล็กและชิ้นส่วนที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นความต้านทานแรงกระทำจึงถูกกำหนดโดยความเครียดพลาสติกหรือความต้านทานของชิ้นส่วน ในทางกลับกัน เส้นโค้งแรงโดย GMNA อาจ ลดลงเนื่องจากผลกระทบ \(P-\Delta\) เหล่านี้ หากเกิดขึ้นก่อนเกณฑ์การวิบัติของแผ่นเหล็กและชิ้นส่วน ความต้านทานแรงกระทำจะถูกกำหนดเป็นแรงกระทำสูงสุดที่ได้รับ

inline image in article

ในกรณีเหล่านี้ซึ่งพบได้บ่อย จำเป็นต้องใช้ GMNA เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ปลอดภัย IDEA StatiCa และ ISISE ได้ดำเนินการ โครงการร่วมเพื่อการตรวจสอบการเชื่อมต่อแบบโมเมนต์ที่เชื่อม สำหรับชุดแบบจำลอง 563 แบบที่ตรวจสอบโดยมีแรงตามแนวแกนในเสาเท่ากับ 70% ของความต้านทานแรงตามแนวแกนพลาสติกของเสา \((0.7\cdot N_{pl,Rd})\) การลดลงเฉลี่ยจากการใช้ GMNA แทน MNA คือ 13.1% การลดลงสูงสุดคือ 19.8% การลดลงของความต้านทานแรงกระทำเมื่อใช้ GMNA จะลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปตามแรงอัดในเสาที่ลดลง ผลลัพธ์สามารถดูได้ในตารางด้านล่าง เมื่อไม่มีแรงตามแนวแกน GMNA และ MNA ให้ค่าความต้านทานเท่ากัน ในตารางต่อไปนี้ การลดลงคำนวณเป็น \(M_{Rd,MNA} - M_{Rd,GMNA} -1\)


ไม่มีแรงตามแนวแกน30% \(N_{pl,Rd}\)50% \(N_{pl,Rd}\)70% \(N_{pl,Rd}\)
จำนวนกรณี1380619606563
การลดลงเฉลี่ย0.4%6%9%13.1%
การลดลงสูงสุด2.9%11%16.2%19.8%


ขอแนะนำให้ใช้ GMNA สำหรับกรณีที่มีแรงอัดตามแนวแกนอย่างน้อย 30% \(N_{pl,Rd}\) ของเสาต่อเนื่อง (หรือคอร์ดของโครงถัก)

ตัวอย่างความต้านทานที่เพิ่มขึ้น

ตัวอย่างที่ GMNA อาจให้ค่าความต้านทานที่สูงกว่าคือ T-stub ที่มีแผ่นเหล็กบางซึ่งแรงเมมเบรนไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาในการแก้ปัญหาเชิงวิเคราะห์ (วิธีชิ้นส่วนใน Eurocode หรือคู่มือการออกแบบ AISC) ในตัวอย่างต่อไปนี้ มี T-stub สองตัวที่ต่อกันแบบหลังชนหลัง แผ่นเหล็กหนึ่งบางกว่าอย่างมีนัยสำคัญ – 5 มม. เทียบกับ 20 มม. แผ่นที่หนากว่าสร้างจุดรองรับที่แทบจะแข็ง GMNA ให้ค่าความต้านทานแรงกระทำสูงกว่า MNA ถึง 12.5% โปรดทราบว่านี่เป็นกรณีสุดขีดและโดยทั่วไปผลลัพธ์จะแทบจะเหมือนกัน นอกจากนี้โปรดทราบว่านี่คือพฤติกรรมจริง ที่ได้รับการพิสูจน์โดยการทดลอง แต่ไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาในวิธีการออกแบบแบบดั้งเดิม

inline image in article

FAQ

น่าเสียดายที่ไม่ใช่ GMNA จะไม่สามารถจับได้ทั้งหมด สำหรับ GMNA ที่จะจับ เช่น การโก่งเดาะเฉพาะที่ จะต้องมีความไม่ตรงแนวที่ทำให้เกิดการดัดที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้เรียกว่าความไม่สมบูรณ์ (Imperfection) ต้องเพิ่มความไม่สมบูรณ์เข้าไปในแบบจำลองเพื่อจับผลการโก่งเดาะส่วนใหญ่ GMNIA (การวิเคราะห์ไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุพร้อมความไม่สมบูรณ์) สามารถดำเนินการได้ใน Member application

ควรใช้ GMNA ในกรณีที่การดัดของแผ่นเหล็กอาจเพิ่มขึ้นตามแรงตามแนวแกนที่เพิ่มขึ้น GMNA อาจให้ค่าความต้านทานที่ต่ำกว่าหรือสูงกว่า MNA ก็ได้ แนวทางที่ปลอดภัยที่สุดคือการดำเนินการทั้ง MNA และ GMNA แล้วเลือกค่าความต้านทานที่ต่ำกว่า 

ในทางกลับกัน GMNA เป็นการวิเคราะห์ขั้นสูงกว่า และจะให้ค่าความต้านทานที่ใกล้เคียงกับพฤติกรรมจริงมากกว่าอย่างแน่นอน

ไม่ ไม่ส่งผล LBA (การวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้น) เป็นการวิเคราะห์แบบอิสระที่ไม่ได้รับผลกระทบจากความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตในการวิเคราะห์อื่น

โปรดทราบว่าการวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตมีความซับซ้อนมากกว่าและต้องการทรัพยากรในการคำนวณมากกว่า อาจเผยให้เห็นความไม่ถูกต้องบางอย่างในแบบจำลองของคุณและอาจต้องการข้อจำกัดเพิ่มเติม เช่น การเลือกประเภทแบบจำลองชิ้นส่วนที่รอบคอบมากขึ้น

ขอแนะนำให้ผู้ใช้ตรวจสอบทั้งสองตัวเลือกและดูผลกระทบของความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตต่อผลลัพธ์ด้วยตนเอง

คุณควรกังวลเกี่ยวกับการออกแบบก่อนหน้าที่ดำเนินการโดยไม่มีความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตหรือไม่? เฉพาะในกรณีที่แรงอัดมีค่าสูงมากจริงๆ อัตราการใช้งาน ของเสาตาม งานวิจัยนี้ อยู่ที่ค่าเฉลี่ยโดยรวม 0.49 โดยมีช่วง 0.12–0.72 ซึ่งโมเมนต์ดัดก็มีส่วนในการใช้งานเสาด้วย ตัวอย่างที่ให้ไว้ที่ 70% \(N_{pl,Rd}\) จึงแทบจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้จริง นอกจากนี้โปรดทราบว่าสูตรของ Eurocode หรือ AISC ละเลยแรงตามแนวแกนในเสาสำหรับชิ้นส่วนเว็บเสารับแรงเฉือนโดยสิ้นเชิง และสำหรับเว็บเสารับแรงอัดและแรงดึงตามขวางอย่างไม่เพียงพอ ดังที่แสดงใน บทความนี้ ดังนั้น IDEA StatiCa จึงไม่ได้เป็นเพียงรายเดียวที่แก้ไขปัญหานี้อย่างไม่เพียงพอ และขณะนี้ IDEA StatiCa เป็นรายแรกที่แก้ไขปัญหานี้ด้วย GMNA