การวิเคราะห์ความแข็ง - การเชื่อมต่อโมเมนต์ W ถึง HSS (AISC)

ตัวอย่างนี้นำมาจากบทความ Shearly Perfect โดย Larry S. Muir และ Carlo Lini:

https://lsc-pagepro.mydigitalpublication.com/publication/?m=7946&i=669446&view=articleBrowser&article_id=3736617&pre=1

คาน W16x31 ที่มีช่วงพาด 30 ฟุต เชื่อมต่อกับเสา HSS 10x10x1/2 และรับแรงเฉือน 10 kips และโมเมนต์ดัด 318 kip-in

การเชื่อมต่อนี้มักถูกจำแนกว่าเป็นแบบแข็ง เนื่องจากปีกคานถูกเชื่อมโดยตรงกับเสา อย่างไรก็ตาม ผนังของเสาหน้าตัดกลวงไม่ได้รับการรองรับโดยตรงและเกิดการเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญ ผู้เขียนได้เสนอวิธีการแบบง่ายมากในการประมาณความแข็งของการเชื่อมต่อนี้:

IDEA StatiCa ให้การวิเคราะห์ความแข็งอย่างละเอียดโดยอาศัย Finite Element โดยแสดงค่าต่างๆ ดังนี้:

• M_Ed - โมเมนต์ดัดที่กำหนด
• M_j,Rd - ความต้านทานแรงของการเชื่อมต่อ
• S_j,ini - ความแข็งเริ่มต้นที่ถือว่าเป็น secant stiffness ที่ 2/3 M_j,Rd
• S_js - secant stiffness ที่แรงกระทำที่กำหนด
• \(\phi\) - การหมุนที่แรงกระทำที่กำหนด
• \(\phi_c\) - ความสามารถในการหมุนโดยประมาณ (ที่ความเครียดพลาสติก 15% ของแผ่นเหล็ก โดยไม่คำนึงถึงรูปแบบการวิบัติอื่นๆ - ต้องมีรายละเอียดที่เพียงพอ ความแข็งแรงของรอยเชื่อมและสลักเกลียว)
• L - ความยาวของชิ้นส่วนที่วิเคราะห์ ใช้สำหรับการจำแนกประเภทตามความแข็ง
• S_j,R - ขอบเขตล่างสำหรับการเชื่อมต่อแบบแข็ง
• S_j,P - ขอบเขตบนสำหรับการเชื่อมต่อแบบหมุนได้

ตามทั้งสองแนวทาง การเชื่อมต่อถูกจำแนกว่าเป็นแบบกึ่งแข็ง ผู้เขียนระบุว่า: "จากการวิเคราะห์นี้ เป็นที่น่าสงสัยว่าการเชื่อมต่อจะสามารถแสดงให้เห็นว่าเป็นการเชื่อมต่อแบบยึดรั้งเต็มที่ได้ แม้ว่าแบบจำลองที่แม่นยำกว่าอาจให้ค่าการยึดรั้งใกล้เคียง 20 มากกว่า" โดยที่ใกล้เคียง 20 หมายถึงค่า \(\frac{K_s L}{E I}\) ซึ่งเท่ากับ 5.3 ในกรณีนี้ ซึ่งหมายความว่าการเชื่อมต่อน่าจะมีความแข็งมากกว่า ซึ่งได้รับการยืนยันจากการวิเคราะห์ความแข็งใน IDEA Connection 

สิ่งสำคัญที่ต้องสังเกตคือ รอยเชื่อมชนแบบเจาะลึกเต็มที่ของปีกคานไม่ได้รับประกันการเชื่อมต่อแบบแข็ง ความแข็งของจุดรองรับ ในกรณีนี้คือผนังของ HSS จะต้องนำมาพิจารณาด้วย