การเสริมความแข็งแรงของค้ำยันตามแนวยาว (EN)

ค้ำยันตามแนวยาวเป็นองค์ประกอบที่เชื่อถือได้และใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงสร้างโรงงานเหล็ก ด้วยการคำนวณที่แม่นยำจากการจำลองของ IDEA StatiCa Module ชิ้นส่วน วิศวกรสามารถลดการประมาณความยาวโก่งเดาะและคำนึงถึงผลของการเชื่อมต่อแบบเยื้องศูนย์ต่อพฤติกรรมโดยรวมของค้ำยันได้

ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้าง

โรงงานมีความกว้าง 8.3 เมตร ยาว 22.6 เมตร และสูง 2.3 เมตร ชิ้นส่วนวิกฤตสำหรับการวิเคราะห์คือโปรไฟล์ SHS ขนาด 50x50x3 มม. ที่เชื่อมกับ IPE 180 บนแผ่น Gusset แบบเยื้องศูนย์

การคำนวณด้วยมือ - ความต้านทานแรงอัดและการดัด 

เพื่อดำเนินการวิเคราะห์ขั้นสูง จำเป็นต้องคำนวณด้วยมือและทำความเข้าใจพฤติกรรมของชิ้นส่วนวิกฤต การคำนวณด้วยมือดำเนินการโดยใช้ EN-1993-1-1 ในการคำนวณจะพิจารณาแรงอัดตามแนวแกนในการออกแบบและโมเมนต์ดัดที่เกิดจากความเยื้องศูนย์ของแผ่น Gusset และน้ำหนักตัวเอง น้ำหนักตัวเองมีผลเพียงเล็กน้อยต่อการตรวจสอบตามมาตรฐานและอัตราการใช้งาน กรณีแรงกระทำนี้จะถูกละเว้นสำหรับแนวทาง FEA

การคำนวณด้วยมือ - ความต้านทานแรงอัดและการดัด

จากแนวทางการคำนวณด้วยมือ เห็นได้ชัดว่าการตรวจสอบเสถียรภาพของชิ้นส่วนภายใต้แรงอัดและการดัดรวมกันไม่ผ่าน อัตราการใช้งานอยู่ที่ 145% 

ข้อบกพร่องของการคำนวณด้วยมือ:

• สมมติฐานการคำนวณพิจารณาการเชื่อมต่อแบบหมุนได้และไม่คำนึงถึงความแข็งจริงของการเชื่อมต่อ
• การประมาณความยาววิกฤตอ้างอิงจากการจัดเรียงของการเชื่อมต่อโดยไม่คำนึงถึงความแข็งที่แท้จริง
• ไม่มีการแสดงภาพพฤติกรรมของแบบจำลอง คุณต้องเชื่อสมการอย่างสุ่มสี่สุ่มห้า โดยเฉพาะค่าสัมประสิทธิ์ที่คุณป้อนเข้าไป
• จุดวิกฤตบนโครงสร้างอาจถูกมองข้ามเนื่องจากสมมติฐานที่เราใช้ 
• สมมติฐานเริ่มต้นที่ไม่ถูกต้องของวิศวกรที่ขาดประสบการณ์ (มือใหม่) อาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดร้ายแรง
• การกำหนดค่าสัมประสิทธิ์บางตัวในแนวทางมาตรฐานการออกแบบมีความซับซ้อนในบางกรณี โดยเฉพาะสัมประสิทธิ์ C_my, C_mz และ C_mLT

แบบจำลองที่ยังไม่ได้เสริมความแข็งแรง  

โปรเจกต์ใหม่

เปิด IDEA StatiCa-->Steel-->Member

โปรดทำตามขั้นตอนที่กำหนดเพื่อสร้างแบบจำลองพื้นฐานที่สามารถปรับแต่งและปรับปรุงเพิ่มเติมได้

การออกแบบ

ชิ้นส่วนรองรับแบบแข็ง

เพื่อเปิดใช้งาน Rigid support member เพียงเลือก CON1 และ CON2 จากนั้นเลือกช่องทำเครื่องหมายใน property grid

คุณสามารถสังเกตได้ว่า Rigid support member แสดงอยู่ในฉากอย่างไร ขั้นตอนต่อไปคือการลบแรงกระทำทั้งหมดออกจากแบบจำลอง

แรงกระทำ

ค้ำยันตามแนวยาวรับแรงตามแนวแกน แรงอัดในการออกแบบที่ -38.7 kN สัมพันธ์กับปลายของชิ้นส่วนที่วิเคราะห์

น้ำหนักตัวเองของโครงสร้างมีผลเพียงเล็กน้อยต่อพฤติกรรมเนื่องจากน้ำหนักของชิ้นส่วนที่น้อย แรงกระทำนี้จึงถูกละเว้น

เงื่อนไขขอบเขต

แผ่น Gusset เชื่อมกับ IPE 180 เพื่อจำลองเงื่อนไขขอบเขตที่คล้ายกัน ให้แน่ใจว่าคุณเลือกอิสระทั้งหกทิศทางถูกจำกัดสำหรับ CON1

ปลดปล่อยการรองรับในทิศทาง X ท้องถิ่นสำหรับ CON2 เนื่องจากแรงตามแนวแกนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าใน แท็บ Load

การเชื่อมต่อ

ถึงเวลาสร้างการเชื่อมต่อแล้ว เพียงเลือก CON1 และ Edit connection

แก้ไข CON1 และสร้างการเชื่อมต่อ เลือกการดำเนินการผลิต Connecting plate และตั้งค่าพารามิเตอร์

หน้าต่าง IDEA StatiCa Connection จะเปิดขึ้นในไม่กี่วินาที สร้างการเชื่อมต่อทีละขั้นตอนโดยเพิ่มการดำเนินการที่จำเป็น เพิ่มการดำเนินการผลิต Connecting plate CPL1 และตั้งค่าพารามิเตอร์ตามที่แสดงในรูปด้านล่าง

ในขั้นตอนถัดไป ปรับรูปทรงของแผ่นลิ้นและแผ่น Gusset ใน plate editor

ตอนนี้คุณสามารถปิดและบันทึก CON1 ได้

CON1 ถูกตั้งค่าแล้ว ตอนนี้คลิกที่ CON2 และโดยใช้ฟีเจอร์ Recent connection ใช้การเชื่อมต่อเดียวกันกับ CON2 และเปิดการเชื่อมต่อใน IDEA StatiCa Connection

เปลี่ยน Alignment เป็น Rear เนื่องจากความเยื้องศูนย์ในทิศทางตรงข้ามของแผ่น Gusset ใน จุดต่อ CON2

มุมมองด้านบนของแบบจำลองสุดท้ายจะมีลักษณะดังนี้:

การตรวจสอบ

การวิเคราะห์ไม่เชิงเส้นของวัสดุ

การวิเคราะห์ไม่เชิงเส้นของวัสดุ (MNA) คำนึงถึงความเป็นพลาสติกของวัสดุและให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าเกี่ยวกับความเค้นสมมูลและความเครียดพลาสติกของแบบจำลอง การวิเคราะห์นี้ไม่เน้นการตรวจสอบตามมาตรฐานของสลักเกลียวและรอยเชื่อม เนื่องจากสิ่งเหล่านี้จะต้องตรวจสอบในแบบจำลอง Connection แยกต่างหาก

สลับไปที่แท็บ Check และรัน MNA

คุณสามารถเปิด Equivalent stress และตรวจสอบผลลัพธ์สนามบนชิ้นส่วนทั้งหมด จุดวิกฤตของความเค้นถูกตรวจพบที่การเชื่อมต่อเอง

การเสียรูปแสดงให้เห็นการดัดที่เกิดจากความเยื้องศูนย์ของการเชื่อมต่อทั้งสองด้านและความเค้นเพิ่มเติม

การวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้น

การวิเคราะห์การโก่งเดาะเป็นเครื่องมือที่มีคุณค่าอย่างยิ่งสำหรับการคาดการณ์การวิบัติของโครงสร้างภายใต้แรงอัด โดยประเมินเสถียรภาพและทำนายความสามารถรับแรงวิกฤตก่อนการโก่งเดาะหรือการพังทลาย วิธีนี้มีความสำคัญในการรับประกันความสมบูรณ์และความปลอดภัยของโครงสร้าง

ผลลัพธ์จากการวิเคราะห์: 

• ค่าสัมประสิทธิ์ alfa วิกฤต 
• รูปแบบการโก่งเดาะ

การวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้น (LBA) ให้ผลลัพธ์สำคัญหลายประการ รูปแบบการโก่งเดาะแรกแสดงการสูญเสียเสถียรภาพต่ำด้วยค่าสัมประสิทธิ์ 1.63 x N_ed อย่างไรก็ตาม รูปแบบที่สองเนื่องจากหน้าตัดสมมาตรตั้งฉาก มีค่าสัมประสิทธิ์สูงกว่าที่ 1.90 สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ร่วมกันของรูปแบบต่างๆ ในการวิเคราะห์ที่จะตามมา

เพื่อเริ่มต้นกับ การวิเคราะห์ไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุพร้อมความไม่สมบูรณ์ (GMNIA) สถานะเริ่มต้นควรถูกตั้งค่าเป็นความไม่สมบูรณ์เฉพาะที่ ตาม EN 1993-1-1, Cl. 5.3.2 (3) ความไม่สมบูรณ์เฉพาะที่ต้องได้รับการเลือกอย่างรอบคอบ ก่อนที่จะป้อนความไม่สมบูรณ์ จำเป็นต้องทำการสลับตัวเลือกที่มีเครื่องหมายต่างกันเพื่อเลือกตัวที่วิกฤตที่สุด (2) ควรใช้เฉพาะความไม่สมบูรณ์ที่แสดงอัตราการใช้งานวิกฤตสำหรับการวิเคราะห์ขั้นสุดท้าย (3) สิ่งสำคัญคือต้องมีความละเอียดรอบคอบในการเลือกความไม่สมบูรณ์เพื่อให้ได้การวิเคราะห์ที่แม่นยำและเชื่อถือได้

การวิเคราะห์ไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุพร้อมความไม่สมบูรณ์

GMNIA เป็นประเภทการวิเคราะห์ที่ใช้ในงานวิศวกรรมเพื่อศึกษาพฤติกรรมของโครงสร้างภายใต้แรงกระทำสูงสุด การวิเคราะห์นี้คำนึงถึงทั้งความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิต (การเปลี่ยนแปลงรูปร่าง) และความไม่เชิงเส้นของวัสดุ (การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุ) ของโครงสร้าง รวมถึงความไม่สมบูรณ์หรือการเสียรูปเริ่มต้นที่มีอยู่ในโครงสร้าง ด้วยการพิจารณาปัจจัยเหล่านี้ วิศวกรสามารถเข้าใจได้ดีขึ้น ว่าโครงสร้างจะมีพฤติกรรมอย่างไรภายใต้แรงกระทำ และตัดสินใจอย่างมีข้อมูลเกี่ยวกับการออกแบบและความปลอดภัย

การวิเคราะห์ค้นหาสมดุลในทุกส่วนเพิ่มโดยใช้รูปร่างที่เสียรูปเริ่มต้นจากความไม่สมบูรณ์ของ LBA หากไม่สามารถหาสมดุลได้ การคำนวณจะหยุดลง

• ความไม่เชิงเส้นของวัสดุเกิดขึ้นเมื่อวัสดุไม่สามารถเสียรูปแบบยืดหยุ่นได้อีกต่อไปและเริ่มคลากแบบพลาสติก ทำให้พฤติกรรมเปลี่ยนแปลงไป
• ปัญหาเสถียรภาพเกิดขึ้นเมื่อโครงสร้างไม่สามารถดำเนินการวนซ้ำต่อไปได้เนื่องจากขาดสมดุลและถึงจุดแยกสาขา

รัน GMNIA ผลลัพธ์พิสูจน์ว่าคานสูญเสียเสถียรภาพ การคำนวณหยุดลงแทนที่จะถึงศักยภาพความเป็นพลาสติก

การเสียรูป

บทสรุปสำหรับส่วนที่ยังไม่ได้เสริมความแข็งแรง

ผลการวิเคราะห์ยืนยันสมมติฐานเริ่มต้นที่ทำในระหว่างการคำนวณด้วยมือ การคำนวณด้วยมือแสดงให้เห็นว่าอัตราการใช้งานอยู่ที่ 145% ซึ่งค่อนข้างสูง อย่างไรก็ตาม การคำนวณถูกหยุดที่ 91.4% โดย GMNIA เนื่องจากปัญหาเสถียรภาพ ควรสังเกตว่าศักยภาพความเป็นพลาสติกยังไม่ถูกบรรลุ เมื่อเปรียบเทียบกับสมมติฐานของเรา ค่าอัตราการใช้งานของ GMNIA อยู่ที่ 1/0,914 = 109%

เพื่อรับประกันเสถียรภาพ แนะนำให้เสริมความแข็งแรงแบบจำลอง เนื่องจากความยากในการเปลี่ยนชิ้นส่วนในโรงงานปัจจุบัน จึงมุ่งเน้นไปที่การเสริมความแข็งแรงแทน IDEA StatiCa Module ชิ้นส่วนจะครอบคลุมกระบวนการเสริมความแข็งแรงของชิ้นส่วน

แบบจำลองพร้อมการเสริมความแข็งแรง

หน้าตัดที่มีอยู่จะถูกเสริมความแข็งแรงโดยใช้หน้าตัดอื่นที่เชื่อมต่อด้วยสลักเกลียว 

การคัดลอกโปรเจกต์ที่มีอยู่

วิธีที่ง่ายที่สุดในการเริ่มต้นคือการทำสำเนาแบบจำลองปัจจุบัน รวมถึงวัสดุ กระบวนการผลิต และแผนผังสถิตที่กำหนดไว้ล่วงหน้าทั้งหมด

โปรเจกต์ใหม่

เปิด IDEA StatiCa-->Steel-->Member และเปิดแบบจำลองที่คัดลอกมา

การออกแบบ

แก้ไขชิ้นส่วนที่วิเคราะห์ AM1(1) กำหนด New Section(2)-->ไปที่ General Section Designer(3)
-->Import หน้าตัดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (4)-->เลือก General_Section.ideaGcss(5)

นี่คือแม่แบบของหน้าตัดทั่วไปที่กำหนดไว้ล่วงหน้า หน้าตัดเดิมได้รับการเสริมความแข็งแรงโดยใช้หน้าตัด CFomega

แบบจำลองด้านล่างแสดงโครงสร้างที่สร้างขึ้น อย่างไรก็ตาม คำเตือนสำคัญคือ ชิ้นส่วนประกอบด้วยหน้าตัดขึ้นรูปเย็นที่ไม่สามารถเชื่อมได้ ซึ่งหมายความว่าหน้าตัดไม่สามารถเชื่อมต่อกันได้และไม่รับประกันความสมบูรณ์

หน้าตัดทำงานอย่างอิสระต่อกัน 

ก่อนแก้ไขชิ้นส่วน ให้สร้างชุดสลักเกลียวที่ผู้ใช้กำหนดสำหรับสลักเกลียว M6 ซึ่งไม่มีในไลบรารีมาตรฐาน ไปที่ Materials-->Bolt assembly-->แก้ไขพารามิเตอร์ตามตารางด้านล่าง-->Save as Hilti M6

เพิ่ม Intermediate node เพื่อเชื่อมต่อสองหน้าตัดอิสระด้วยสลักเกลียว โดยตั้งค่า Absolute positions ที่ 1.5 ม. จากจุดเริ่มต้นของชิ้นส่วน แก้ไข CON3

การเชื่อมต่อ

CON3 ช่วยให้ผู้ใช้สร้างการเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียวตลอดความยาวคานทั้งหมด เลือกการดำเนินการ Fastener grid or Contact ของผู้ผลิต

ป้อนคุณสมบัติและการจัดวางสลักเกลียวตามคำแนะนำด้านล่าง:

นี่คือลักษณะของแบบจำลองใน Member app

การตรวจสอบ

การวิเคราะห์ไม่เชิงเส้นของวัสดุ

สลับไปที่ แท็บ Check และ รัน MNA การวิเคราะห์จะแสดงบริเวณที่เกิดความเป็นพลาสติกและมีความเค้นสูงสุด

การเสียรูปพิสูจน์ว่าชิ้นส่วนทำงานร่วมกันได้ด้วยการเชื่อมต่อสลักเกลียว 

การวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้น

เริ่มการคำนวณสำหรับ การวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้น รูปแบบการโก่งเดาะแรกเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการเสริมความแข็งแรงของหน้าตัด นี่คือรูปแบบการดัดล้วนในทิศทางแนวตั้ง ค่าสัมประสิทธิ์การโก่งเดาะเพิ่มขึ้น

ในรูปแบบที่สอง มีการเกิดขึ้นพร้อมกันของการดัดด้านข้างและการบิดเบี้ยวของหน้าตัดที่ปลายทั้งสองของคาน

เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การโก่งเดาะใกล้เคียงกัน การสร้างปฏิสัมพันธ์ของรูปแบบต่างๆ รับประกันการจับการเสียรูปที่เป็นไปได้ทั้งหมดภายใต้แรงอัด จำเป็นต้องมีสี่การรวมกันของความไม่สมบูรณ์เพื่อสร้างปฏิสัมพันธ์ร่วมกันของรูปแบบการโก่งเดาะสองรูปแบบ

วิธีปฏิบัติในการระบุการรวมกันของรูปแบบวิกฤตคือการโหลดแบบจำลองเกินพิกัด ซึ่งจะเผยให้เห็นสัญญาณต่างๆ เช่น ความเครียดพลาสติก การเสียรูป หรือการคำนวณ GMNIA ที่ไม่สมบูรณ์ (แนวทางสำหรับแบบจำลองที่ยังไม่ได้เสริมความแข็งแรง)

 การวิเคราะห์ไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและวัสดุพร้อมความไม่สมบูรณ์

หลังจากเลือกความไม่สมบูรณ์อย่างรอบคอบและรัน GMNIA จุดวิกฤตบนการเชื่อมต่อถูกระบุผ่านความเค้นสมมูล นี่เป็นหลักฐานที่ดีของการออกแบบที่รายงานว่าการวิเคราะห์ถึง 100% โดยไม่มีปัญหาเสถียรภาพใดๆ รับประกันความปลอดภัยของชิ้นส่วนและส่วนประกอบทั้งหมด

จากความไม่เชิงเส้นทางเรขาคณิตและรูปร่างที่ไม่สมบูรณ์จากขั้นตอนการวิเคราะห์ก่อนหน้า คุณสามารถสังเกตการพัฒนาของการโก่งอันดับสองได้

รายงาน

คลิก แท็บ Report เพื่อสร้างสรุปขั้นตอนการวิเคราะห์และการตรวจสอบตามมาตรฐานโดยอัตโนมัติ ซึ่งสามารถบันทึกเป็นไฟล์ PDF หรือ Word

สรุป 

บทช่วยสอนนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ผู้อ่านมีความเข้าใจอย่างครอบคลุมเกี่ยวกับกระบวนการประเมินโครงสร้าง เช่น ค้ำยันตามแนวยาว โดยใช้ทั้งการคำนวณด้วยมือและ FEA การเปรียบเทียบระหว่างการตรวจสอบตามมาตรฐานด้วยการคำนวณด้วยมือและการวิเคราะห์ขั้นสูงด้วย FEA จะช่วยให้ผู้อ่านตัดสินใจอย่างมีข้อมูลและได้รับข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างสองแนวทาง

สิ่งที่ได้เรียนรู้: 

• การคำนวณด้วยมือเป็นเครื่องมือที่ดีสำหรับการออกแบบเบื้องต้น
• การประมาณความยาววิกฤตอ้างอิงจากลักษณะของการเชื่อมต่อโดยไม่คำนึงถึงความแข็งที่แท้จริง
• สมมติฐานเริ่มต้นของคุณได้รับการยืนยันผ่านการวิเคราะห์ FEA ขั้นสูง และการทำงานของแบบจำลองได้รับการแสดงภาพอย่างชัดเจน
• การละเลยความแข็งของจุดต่อ ความเยื้องศูนย์ และการหาค่าสัมประสิทธิ์ตามมาตรฐานที่ซับซ้อนอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดและผลลัพธ์ที่ทำให้เข้าใจผิด