แรงภายในในการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็ก

แรงปลายของชิ้นส่วนในแบบจำลองการวิเคราะห์โครงสร้างจะถูกถ่ายโอนไปยังปลายของส่วนชิ้นส่วน โดยความเยื้องศูนย์ของชิ้นส่วนที่เกิดจากการออกแบบจุดต่อจะได้รับการพิจารณาในระหว่างการถ่ายโอน

แบบจำลองการวิเคราะห์ที่สร้างขึ้นด้วยวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) สอดคล้องกับจุดต่อจริงอย่างแม่นยำ ในขณะที่การวิเคราะห์แรงภายในดำเนินการบนแบบจำลองแท่ง 3D FEM ที่ถูกทำให้เรียบง่ายอย่างมาก โดยคานแต่ละชิ้นถูกจำลองด้วยเส้นกึ่งกลาง และจุดต่อถูกจำลองด้วย Node ที่ไม่มีมิติ

จุดต่อของเสาแนวตั้งและคานแนวนอน

แรงภายในถูกวิเคราะห์โดยใช้ชิ้นส่วน 1D ในแบบจำลอง 3D ตัวอย่างของแรงภายในแสดงในรูปต่อไปนี้

แรงภายในในคานแนวนอน โดย M และ V คือแรงปลายที่จุดต่อ

ผลกระทบที่เกิดจากชิ้นส่วนต่อจุดต่อมีความสำคัญในการออกแบบจุดต่อ (การเชื่อมต่อ) ผลกระทบดังกล่าวแสดงในรูปต่อไปนี้:

ผลกระทบของชิ้นส่วนต่อจุดต่อ โดยแบบจำลอง CBFEM แสดงด้วยสีน้ำเงินเข้ม

โมเมนต์ M และแรงเฉือน V กระทำที่จุดต่อเชิงทฤษฎี จุดของจุดต่อเชิงทฤษฎีไม่มีอยู่ในแบบจำลอง CBFEM ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้แรงกระทำที่จุดนี้ได้ แบบจำลองต้องรับแรงกระทำ M และ V ซึ่งต้องถ่ายโอนไปยังปลายของส่วนในระยะ r

M_c = M – V ∙ r

V_c = V

ในแบบจำลอง CBFEM หน้าตัดปลายของส่วนรับโมเมนต์ M_c และแรง V_c

ในการออกแบบจุดต่อ ต้องกำหนดและคำนึงถึงตำแหน่งจริงของจุดต่อเทียบกับจุดเชิงทฤษฎี แรงภายในที่ตำแหน่งของจุดต่อจริงส่วนใหญ่แตกต่างจากแรงภายในที่จุดเชิงทฤษฎี ด้วยแบบจำลอง CBFEM ที่แม่นยำ การออกแบบจึงดำเนินการบนแรงที่ลดลง – ดูโมเมนต์ M_r ในรูปต่อไปนี้:

โมเมนต์ดัดในแบบจำลอง CBFEM: ลูกศรชี้ไปยังตำแหน่งจริงของการเชื่อมต่อ

ในการใช้แรงกระทำที่จุดต่อ ต้องคำนึงว่าผลลัพธ์ของจุดต่อจริงต้องสอดคล้องกับแบบจำลองเชิงทฤษฎีที่ใช้ในการคำนวณแรงภายใน ซึ่งเป็นไปตามนี้สำหรับจุดต่อแบบแข็ง แต่สถานการณ์อาจแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงสำหรับบานพับ

ตำแหน่งของบานพับในแบบจำลอง 3D FEM เชิงทฤษฎีและในโครงสร้างจริง

ดังที่แสดงในรูปก่อนหน้า ตำแหน่งของบานพับในแบบจำลองชิ้นส่วน 1D เชิงทฤษฎีแตกต่างจากตำแหน่งจริงในโครงสร้าง แบบจำลองเชิงทฤษฎีไม่สอดคล้องกับความเป็นจริง เมื่อใช้แรงภายในที่คำนวณได้ โมเมนต์ดัดที่มีนัยสำคัญจะถูกใช้กับจุดต่อที่เลื่อนตำแหน่ง และจุดต่อที่ออกแบบจะมีขนาดใหญ่เกินไปหรืออาจออกแบบไม่ได้เลย วิธีแก้ไขนั้นง่าย – ทั้งสองแบบจำลองต้องสอดคล้องกัน ไม่ว่าจะกำหนดบานพับในแบบจำลองชิ้นส่วน 1D ในตำแหน่งที่ถูกต้อง หรือเลื่อนแรงเฉือนเพื่อให้ได้โมเมนต์เป็นศูนย์ที่ตำแหน่งของบานพับ

การกระจายโมเมนต์ดัดที่เลื่อนตำแหน่งบนคาน: โมเมนต์เป็นศูนย์ที่ตำแหน่งของบานพับ

การเลื่อนของแรงเฉือนสามารถกำหนดได้ในตารางสำหรับการกำหนดแรงภายใน

ตำแหน่งของผลของแรงกระทำมีอิทธิพลอย่างมากต่อการออกแบบการเชื่อมต่อที่ถูกต้อง เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้าใจผิดทั้งหมด เราอนุญาตให้ผู้ใช้เลือกจากสามตัวเลือก – Node / Bolts / Position

โปรดทราบว่าเมื่อเลือกตัวเลือก Node แรงจะถูกใช้ที่ปลายของชิ้นส่วนที่เลือก ซึ่งโดยปกติจะอยู่ที่ Node เชิงทฤษฎี เว้นแต่จะมีการกำหนดค่าออฟเซ็ตของชิ้นส่วนที่เลือกในรูปทรงเรขาคณิต

นำเข้าแรงกระทำจากโปรแกรม FEA

IDEA StatiCa รองรับการนำเข้าแรงภายในจาก โปรแกรม FEA ของบุคคลที่สาม โปรแกรม FEA ใช้ค่าครอบคลุมของแรงภายในจากการรวมแรง IDEA StatiCa Connection เป็นโปรแกรมที่วิเคราะห์จุดต่อเหล็กแบบไม่เชิงเส้น (แบบจำลองวัสดุยืดหยุ่น/พลาสติก) ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้การรวมแรงแบบครอบคลุมได้ IDEA StatiCa ค้นหาค่าสุดขีดของแรงภายใน (N, V_y, V_z, M_x, M_y, M_z) ในทุกการรวมแรงที่ปลายของชิ้นส่วนทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับจุดต่อ สำหรับค่าสุดขีดแต่ละค่า แรงภายในอื่นๆ ทั้งหมดจากการรวมแรงนั้นในชิ้นส่วนที่เหลือทั้งหมดจะถูกนำมาใช้ด้วย IDEA StatiCa กำหนดการรวมแรงที่เลวร้ายที่สุดสำหรับแต่ละองค์ประกอบ (แผ่นเหล็ก รอยเชื่อม สลักเกลียว เป็นต้น) ในการเชื่อมต่อ

ผู้ใช้สามารถแก้ไขรายการกรณีแรงกระทำนี้ได้ สามารถทำงานกับการรวมแรงในตัวช่วยสร้าง (หรือ BIM) หรือลบบางกรณีโดยตรงใน IDEA StatiCa Connection

คำเตือน!

จำเป็นต้องคำนึงถึงแรงภายในที่ไม่สมดุลระหว่างการนำเข้า ซึ่งอาจเกิดขึ้นในกรณีต่อไปนี้:

• แรงกระทำที่ Node ถูกใช้ที่ตำแหน่งของ Node ที่ตรวจสอบ ซอฟต์แวร์ไม่สามารถตรวจจับได้ว่าชิ้นส่วนใดควรถ่ายโอนแรงกระทำที่ Node นี้ ดังนั้นจึงไม่ได้นำมาพิจารณาในแบบจำลองการวิเคราะห์ วิธีแก้ไข: อย่าใช้แรงกระทำที่ Node ในการวิเคราะห์โครงสร้างโดยรวม หากจำเป็น ต้องเพิ่มแรงด้วยตนเองในชิ้นส่วนที่เลือกเป็นแรงตามแนวแกนหรือแรงเฉือน
• ชิ้นส่วนที่รับแรงซึ่งไม่ใช่เหล็ก (โดยปกติเป็นไม้หรือคอนกรีต) เชื่อมต่อกับ Node ที่ตรวจสอบ ชิ้นส่วนดังกล่าวไม่ได้รับการพิจารณาในการวิเคราะห์ และแรงภายในของชิ้นส่วนเหล่านั้นจะถูกละเว้นในการวิเคราะห์ วิธีแก้ไข: แทนที่ชิ้นส่วนคอนกรีตด้วยบล็อกคอนกรีตและการยึดเหนี่ยว
• Node เป็นส่วนหนึ่งของแผ่นพื้นหรือผนัง (โดยปกติเป็นคอนกรีต) แผ่นพื้นหรือผนังไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของแบบจำลอง และแรงภายในของแผ่นพื้นหรือผนังจะถูกละเว้น วิธีแก้ไข: แทนที่แผ่นพื้นหรือผนังคอนกรีตด้วยบล็อกคอนกรีตและการยึดเหนี่ยว
• ชิ้นส่วนบางส่วนเชื่อมต่อกับ Node ที่ตรวจสอบผ่านการเชื่อมต่อแบบแข็ง ชิ้นส่วนดังกล่าวไม่ได้รวมอยู่ในแบบจำลอง และแรงภายในของชิ้นส่วนเหล่านั้นจะถูกละเว้น วิธีแก้ไข: เพิ่มชิ้นส่วนเหล่านี้ในรายการชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อด้วยตนเอง
• กรณีแรงกระทำแผ่นดินไหวถูกวิเคราะห์ในซอฟต์แวร์ โปรแกรม FEA ส่วนใหญ่เสนอการวิเคราะห์โหมดเพื่อแก้ปัญหาแผ่นดินไหว ผลลัพธ์ของแรงภายในของกรณีแรงกระทำแผ่นดินไหวโดยปกติให้เฉพาะค่าครอบคลุมของแรงภายในในหน้าตัด เนื่องจากวิธีการประเมิน (รากที่สองของผลรวมกำลังสอง – SRSS) แรงภายในจึงเป็นบวกทั้งหมด และไม่สามารถหาแรงที่สอดคล้องกับค่าสุดขีดที่เลือกได้ จึงไม่สามารถบรรลุความสมดุลของแรงภายในได้ วิธีแก้ไข: เปลี่ยนเครื่องหมายบวกของแรงภายในบางส่วนด้วยตนเอง