ความแข็งแกร่งต่อการดัดของจุดต่อเชื่อมของหน้าตัดเปิด

คำอธิบาย

การทำนายความแข็งแกร่งต่อการหมุนได้รับการอธิบายบนจุดต่อโมเมนต์แบบเชื่อมที่ชายคา คานเหล็กหน้าตัดเปิด HEB และ IPE ที่เชื่อมต่อกันได้รับการศึกษา และพฤติกรรมของจุดต่อได้รับการอธิบายบนแผนภาพโมเมนต์-การหมุน ผลลัพธ์ของแบบจำลองเชิงวิเคราะห์โดยวิธีส่วนประกอบ (CM) ได้รับการเปรียบเทียบกับผลลัพธ์เชิงตัวเลขที่ได้จากวิธี Component-Based Finite Element (CBFEM) และมีกรณีเปรียบเทียบมาตรฐานให้ใช้งาน

แบบจำลองเชิงวิเคราะห์

ความแข็งแกร่งต่อการหมุนของจุดต่อควรได้รับการกำหนดจากการเสียรูปของส่วนประกอบพื้นฐาน ซึ่งแสดงด้วยสัมประสิทธิ์ความแข็งแกร่ง k_i ความแข็งแกร่งต่อการหมุนของจุดต่อ S_j ได้จาก:

$$S_j = \frac{E z^2}{\mu \Sigma_i \frac{1}{k_i}}$$

โดยที่:

• k_i  คือสัมประสิทธิ์ความแข็งแกร่งสำหรับส่วนประกอบจุดต่อ i;
• z   คือแขนโมเมนต์ ดู 6.2.7;
• μ   คืออัตราส่วนความแข็งแกร่ง ดู 6.3.1.

ส่วนประกอบของจุดต่อที่นำมาพิจารณาในตัวอย่างนี้ได้แก่ แผ่นเอวเสาในแรงเฉือน k₁ แผ่นเอวเสาในแรงอัด k_2, และแผ่นเอวเสาในแรงดึง k₃ สัมประสิทธิ์ความแข็งแกร่งได้รับการกำหนดในตาราง 6.11 ใน EN 1993-1-8:2005 ความแข็งแกร่งเริ่มต้น S_j,ini ได้รับสำหรับโมเมนต์ M_j,Ed ≤ 2/3 M_j,Rd.

$$S_j = \frac{E \, z^{2}}{\frac{1}{k_1} + \frac{1}{k_2} + \frac{1}{k_3}}$$

$$S_{j,\text{ini}} = \frac{S_j}{1.5^{\psi}}$$

โดยที่ 

$S_{j}$ — ความแข็งแกร่งต่อการหมุนของจุดต่อ

$\psi$ = 2.7 — EN 1993-1-8 ตาราง 6.8

คานหน้าตัดเปิด IPE 400 ถูกเชื่อมเข้ากับเสา HEB 300 ในตัวอย่าง ปีกคานเชื่อมต่อกับปีกเสาด้วยรอยเชื่อมที่มีความหนาคอ 9 มม. แผ่นเอวคานเชื่อมต่อด้วยรอยเชื่อมที่มีความหนาคอ 5 มม. การกระจายความเค้นแบบพลาสติกได้รับการพิจารณาในรอยเชื่อม วัสดุของคานและเสาเป็น S235 ความต้านทานการออกแบบถูกจำกัดโดยส่วนประกอบแผ่นเอวเสาในแรงเฉือนและแผ่นเอวเสาในแรงอัดตามขวาง ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแกร่งของส่วนประกอบพื้นฐาน ความแข็งแกร่งเริ่มต้น ความแข็งแกร่งตามความต้านทานการออกแบบ และการหมุนของคานได้รับการสรุปในตาราง 10.1.1

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 10.1.1 Results of the analytical model}}}$$

แบบจำลองเชิงตัวเลข

ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับการทำนายความแข็งแกร่งใน CBFEM สามารถพบได้ในบทที่ 3.9 จุดต่อโมเมนต์แบบเชื่อมที่ชายคาเดียวกันได้รับการจำลอง และผลลัพธ์แสดงในตาราง 10.1.2 ความต้านทานการออกแบบถูกบรรลุโดยความเครียดพลาสติก 5% ในส่วนประกอบแผ่นเอวเสาในแรงดึง การวิเคราะห์ CBFEM ช่วยให้สามารถคำนวณความแข็งแกร่งต่อการหมุนได้ในทุกขั้นตอนของการรับน้ำหนัก

ภาพรวมการทดลอง 

เพื่อวัตถุประสงค์ในการเปรียบเทียบ หน้าตัดเสาถูกกำหนดเป็น HEB300 และหน้าตัดคานมีการเปลี่ยนแปลง วัสดุทั้งหมดที่ใช้เป็น S235 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 10.1.2 Experimental overview}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 10.1.3 Experimental overview}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 1 Verification of CBFEM to CM}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 2Sensitivity study of beam IPE cross-section}}}$$

การตรวจสอบความแข็งแกร่ง

ความแข็งแกร่งต่อการหมุนที่คำนวณโดย CBFEM ได้รับการเปรียบเทียบกับ CM การเปรียบเทียบแสดงให้เห็นความสอดคล้องที่ดีในความแข็งแกร่งเริ่มต้นและความสอดคล้องของพฤติกรรมจุดต่อ ความแข็งแกร่งที่คำนวณได้จาก CBFEM และ CM ได้รับการสรุปในตาราง 10.1.3

การเปรียบเทียบพฤติกรรมโดยรวมของจุดต่อโมเมนต์แบบเชื่อมที่ชายคาซึ่งอธิบายด้วยแผนภาพโมเมนต์-การหมุนได้รับการจัดทำขึ้น จุดต่อได้รับการวิเคราะห์ และความแข็งแกร่งของคานที่เชื่อมต่อได้รับการคำนวณ ลักษณะสำคัญคือความแข็งแกร่งเริ่มต้นที่คำนวณที่ 2/3M_j,Rd โดยที่ M_j,Rd คือความต้านทานโมเมนต์การออกแบบของจุดต่อ แผนภาพโมเมนต์-การหมุนแสดงในรูปที่ 10.1.1

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE240}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE270}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE300}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE360}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE400}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 8 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE450}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 9 Moment-rotation diagram for a welded eaves moment joint, IPE500}}}$$

กรณีเปรียบเทียบมาตรฐาน

ข้อมูลนำเข้า

คานและเสา

• เหล็ก S235
• เสา HEB 300
• คาน IPE 400
• ความหนาคอรอยเชื่อมปีก a_f  = 9 มม.
• ความหนาคอรอยเชื่อมแผ่นเอว a_w  = 5 มม.
• ระยะออฟเซ็ตเสา s = 150 มม.
• รอยเชื่อมตะเข็บคู่

ผลลัพธ์

• ความต้านทานการออกแบบ $M_\mathrm{j,Rd}= 199 \quad \mathrm{kNm}$
• แรงกระทำ $M_\mathrm{j,Ed}=2/3M_\mathrm{j,Rd}= 133\quad \mathrm{kNm}$ 
• ความแข็งแกร่งต่อการหมุนแบบ Secant $S_\mathrm{j,ini}= 81.3\quad \mathrm{MNm/rad}$ 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 10 Benchmark case for welded eaves moment joint (IPE 400 to HEB 300)}}}$$