การยึดโครงถัก - เคล็ดลับและเทคนิค

เกี่ยวกับโครงสร้างโครงถัก

แบบจำลองโดยรวมส่วนใหญ่สร้างจากองค์อาคารแบบโครงถัก ซึ่งรับเฉพาะแรงดึง/แรงอัด นั่นหมายความว่าการดัดและแรงเฉือนในชิ้นส่วนถูกกำจัดออกไปทั้งหมด ในมุมมองของวิธี Finite Element เมทริกซ์ความแข็งเกร็งถูกครอบงำด้วยพจน์แกน โดยตัดดีกรีอิสระ (DOF) ด้านการดัดและแรงเฉือนออก

•  แปลงการดัดเป็นแรงตามแนวแกน
•  ใช้ประโยชน์จากวัสดุสูงสุด
•  ให้เส้นทางถ่ายแรงที่ชัดเจน
•  รองรับช่วงพาดยาว
•  ทำให้การประเมินเสถียรภาพง่ายขึ้น

แบบจำลองโดยรวม 

ระบบโครงถักแบบคานยื่นถูกยึดกับเสา Concrete ชิ้นส่วนสำเร็จรูป โครงสร้างโครงถักเชื่อมกับคานผ่านการเชื่อมต่อแบบหมุนได้เป็นคู่ แรงทั้งหมดถูกถ่ายผ่านพุกที่รับแรงดึงและแรงเฉือน และผ่าน Concrete ที่รับแรงอัด

01) แบบจำลองโครงถักโดยรวมและเส้นทางถ่ายแรงที่ชัดเจน

Checkbot 

โครงสร้างประเภทนี้ถูกนำเข้าสู่ Checkbot โดยมี Node แบบจับคู่หรือหลาย Node ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วไม่สามารถส่งออกไปยัง IDEA StatiCa Module การเชื่อมต่อ เป็นชุดเดียวได้ ในขั้นตอนแรก จะลบ Node ของคอร์ดบน ชิ้นส่วนคอร์ดบนจะไม่เกี่ยวข้องกับ Node ใดที่มีอยู่ และต้องเชื่อมกับ Node ของคอร์ดล่าง ซึ่งรวมชิ้นส่วนแนวทแยงและชิ้นส่วนคอร์ดล่างเข้าด้วยกัน เมื่อดำเนินการเสร็จสิ้น ชิ้นส่วนทั้งหมดจะรวมอยู่ภายใต้ Node หลักเพียงหนึ่งเดียว ซึ่งเปิดทางให้ควบคุมชิ้นส่วนจำนวนมากขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยการประกอบแบบมีระยะเยื้อง

02) แบบจำลอง Checkbot + การรวมชิ้นส่วนเข้าเป็น Node เดียว

IDEA StatiCa Module การเชื่อมต่อ

แบบจำลองที่สร้างขึ้นประกอบด้วยลำดับของเหล็กฉากคู่ (double L-profile) คอร์ดบนและคอร์ดล่างของโครงถักเชื่อมกับเสาชิ้นส่วนสำเร็จรูปผ่านแผ่นรองแบบคอนกรีตเทในที่ พร้อมด้วยแผ่นฐานและแผ่น Gusset ที่เชื่อมไว้ล่วงหน้า เพื่อให้การประกอบที่ไซต์การก่อสร้างมีประสิทธิภาพ

03) คำอธิบายแบบจำลองการยึดพุกที่ออกแบบ

ในการวิเคราะห์โดยรวม โดยทั่วไปจะสมมติให้แรงตามแนวแกนกระทำผ่านจุดศูนย์ถ่วงของหน้าตัด อย่างไรก็ตาม หากกลุ่มสลักเกลียวในการเชื่อมต่อจริงไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกับจุดศูนย์ถ่วงของหน้าตัด จะเกิดความเยื้องศูนย์ ความเยื้องศูนย์นี้ทำให้เกิดโมเมนต์ดัดทุติยภูมิในชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อ

ผลดังกล่าวจะไม่ถูกคำนวณในแบบจำลอง FEA โดยรวมแบบมาตรฐาน เว้นแต่จะจำลองเรขาคณิตของการเชื่อมต่อและการถ่ายแรงอย่างชัดเจน ในทางปฏิบัติ โมเมนต์เพิ่มเติมจากความเยื้องศูนย์ของแรงตามแนวแกนจะแสดงออกเป็นความเค้นดัดที่เพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลต่อการประเมินความเค้น von Mises ขั้นสุดท้ายในการประเมินการเชื่อมต่อโดยละเอียด

สำหรับรูปแบบโครงถักที่ศึกษานี้ ข้อจำกัดแบบ N–Vy–Vz ให้ภาพการถ่ายแรงที่สมจริงยิ่งขึ้น ข้อความนี้ไม่ได้มีไว้เป็นข้อแนะนำทั่วไปสำหรับระบบโครงถักทุกประเภท แต่เป็นข้อสรุปเฉพาะสำหรับการจัดวางโครงสร้างนี้

ข้อจำกัดเหล่านี้ยับยั้งการเสียรูปแบบหมุนที่จุดต่อ ส่งผลให้เกิดโมเมนต์ปฏิกิริยาคงเหลือ นอกจากนี้ ชิ้นส่วนแนวทแยงแนวดิ่งยังช่วยยึดรั้งการดัดของคอร์ด ซึ่งสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าข้อจำกัดแบบ N–Vy–Vz สะท้อนพฤติกรรมจริงของการเชื่อมต่อได้ดีกว่าในกรณีนี้

จากมุมมองกลศาสตร์ของการเชื่อมต่อ เงื่อนไขขอบเขตนี้จึงถือว่าใกล้เคียงความเป็นจริงทางกายภาพมากกว่า

04) คอร์ดและชิ้นส่วนแนวทแยงที่ถูกจำกัด

แบบจำลองเส้น (wire model) แสดงวิถีของแรงกระทำและเส้นผ่านจุดศูนย์ถ่วงของแต่ละหน้าตัด

05) แบบจำลองเส้นและเส้นทางถ่ายแรงที่ชัดเจน

รูปร่างที่เสียรูปและการแสดงผลความเค้นช่วยให้เข้าใจพฤติกรรมและใช้ตรวจสอบความสมเหตุสมผลว่าแรงกระทำถูกใส่อย่างถูกต้องหรือไม่ แรงดึงในคอร์ดบนและแรงอัดในคอร์ดล่างบ่งชี้ว่าแบบจำลองตัวแทนทำงานได้ดี

06) การตรวจสอบตามมาตรฐานและรูปร่างที่เสียรูป

ปฏิสัมพันธ์ของแรงไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาในบล็อก Concrete เนื่องจากสมมติฐานแบบง่ายที่ใช้ได้กับตัวกลาง Concrete ใน Connection application อัตราการใช้งานมีเพียง 38% แต่การตรวจสอบพุกไม่ผ่าน เหตุใดจึงเป็นเช่นนี้?

สำหรับข้อมูล:

กลุ่มพุกที่แผ่นฐานแยกกันมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันในบล็อก Concrete เดียว ซึ่งอยู่นอกขอบเขตของมาตรฐานการออกแบบการยึดพุก ไม่มีการตรวจสอบการวิบัติแบบ breakout ของ Concrete ในแรงดึง และ pryout ของ Concrete ไม่มีการตรวจสอบ ไม่มีการตรวจสอบการวิบัติที่ขอบของ Concrete (CEB-FIB: Bulletin 58 - Design of anchorages in concrete (2011) – บทที่ 1.2: รูปที่ 1.2-8 และรูปที่ 1.2-9) . 

ระบบจะนำผู้ใช้ไปยังการตรวจสอบตามมาตรฐานใน 3D Detail เนื่องจากมาตรฐานไม่ครอบคลุมการจัดวางดังกล่าวข้างต้น

07) เหตุใดพุกจึงไม่ผ่านการตรวจสอบ?

ควรตรวจสอบการโก่งเดาะเสมอเมื่อพิจารณาการเชื่อมต่อ รูปร่างโหมดและตัวคูณการโก่งเดาะใช้เป็นตัวบ่งชี้ส่วนต่างความปลอดภัย และสามารถระบุโหมดที่มีแนวโน้มจะสูญเสียเสถียรภาพก่อนได้ 

ประเด็นนี้เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์การโก่งเดาะเชิงเส้น ซึ่งหน้าสัมผัสระหว่างแผ่น Gusset กับผนังของเหล็กฉากคู่เปิดออก

หน้าสัมผัสแบบเปิด (ช่องว่าง):

หากแผ่นแยกออกจากกันในสภาวะสมดุล:

• หน้าสัมผัสไม่ทำงาน
• ไม่มีการเพิ่มส่วนร่วมของความแข็งเกร็ง
• พื้นผิวเคลื่อนที่อย่างอิสระต่อกันในโหมดการโก่งเดาะ

ผลที่ตามมาสำหรับการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กในทางปฏิบัติ:

ในการเชื่อมต่อโครงสร้างเหล็กจำนวนมาก:

• แผ่น Gusset
• เหล็กฉาก
• รูสลักเกลียว
• แหวนรอง

หน้าสัมผัสทำงานเพียงบางส่วนในสภาวะสมดุล

ดังนั้น ใน LBA:

• เฉพาะบริเวณที่รับแรงอัดอยู่ในขณะนั้นเท่านั้นที่ให้ความแข็งเกร็ง
• หน้าสัมผัสที่อาจเกิดขึ้นในอนาคตจะถูกละเลย

สิ่งนี้อาจนำไปสู่:

• การทะลุเข้าหากันเฉพาะที่ใน eigenmode
• โหมดการโก่งเดาะที่อ่อนตัวเกินจริง
• รูปแบบการเสียรูปที่ไม่สมจริง

นี่ไม่ใช่บั๊ก แต่เป็นข้อจำกัดพื้นฐานของการโก่งเดาะแบบ eigenvalue ที่มีหน้าสัมผัส

08) โหมดการโก่งเดาะเชิงเส้นและตัวคูณวิกฤต

IDEA StatiCa 3D Detail

เพื่อปิดวงจรการออกแบบและได้ผลลัพธ์ที่เป็นที่น่าพอใจสำหรับทุกองค์ประกอบ ซึ่งรวมถึงเสา Concrete ชิ้นส่วนสำเร็จรูป จำเป็นต้องพิจารณาการจัดวางเหล็กเสริมที่มีอยู่ และประเมินระบบโดยคำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างพุกกับเหล็กเสริม

กลไกการถ่ายแรงไม่ได้สิ้นสุดที่แผ่นฐาน แรงในพุกต้องถูกกระจายเข้าสู่ชิ้นส่วน Concrete เสริมเหล็กผ่านแรงยึดเหนี่ยว การโอบรัด และการทำงานแบบแบบจำลองค้ำยันและตัวดึง ดังนั้นจึงต้องรวมเหล็กเสริมไว้ในแบบจำลองการตรวจสอบอย่างชัดเจน

เมื่อใช้ BIM link จาก IDEA StatiCa Module การเชื่อมต่อ การถ่ายโอนข้อมูลทำได้ตรงไปตรงมาและมีประสิทธิภาพ สามารถนำเข้าข้อมูลต่อไปนี้ได้โดยตรง:

• เรขาคณิตของเสา Concrete
• การจัดวางแผ่นฐานและพุก
• แรงที่เกิดขึ้นในพุกและรอยเชื่อม

สิ่งนี้ช่วยเร่งเส้นทางสู่การตรวจสอบตามมาตรฐานขั้นสุดท้ายได้อย่างมาก

อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้การประเมินที่สอดคล้องกับพฤติกรรมทางกายภาพ ต้องกำหนดองค์ประกอบที่จำเป็น โดยเฉพาะการจัดวางเหล็กเสริมและเงื่อนไขขอบเขตที่สมจริง ในแบบจำลอง 3D Detail (CSFM) เมื่อทำเช่นนั้นเท่านั้นจึงจะประเมินพฤติกรรมร่วมของ Concrete และเหล็กเสริมได้อย่างถูกต้อง และประเมินรูปแบบการวิบัติแบบเปราะ (เช่น การวิบัติแบบ breakout ของ Concrete) ในบริบทของระบบเสริมเหล็กได้

ระบบสนามเวกเตอร์แรงที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ซึ่งได้มาจาก Connection application รับประกันการกระจายความเค้นใต้แผ่นฐานอย่างสมเหตุสมผล 

09) เหล็กเสริม เงื่อนไขขอบเขต + การกระจายแรง

จำเป็นต้องตรวจสอบความสมเหตุสมผลและตรวจสอบด้วยสายตา เพื่อให้แน่ใจว่าแบบจำลองทำงานตามที่คาดไว้ การไหลของความเค้นอัดแสดงพฤติกรรมตามที่คาดไว้ และความเค้นในเหล็กเสริมยืนยันความปลอดภัยของการออกแบบ 

10) การตรวจสอบสรุป การไหลของความเค้น

รูปร่างที่เสียรูปควรเป็นผลลัพธ์แรกที่ใช้ตรวจสอบความถูกต้องของเงื่อนไขขอบเขตซ้ำอีกครั้ง รูปร่างที่เสียรูปแสดงพฤติกรรมตามที่คาดการณ์ไว้

11) สถานะความเค้นของพุก รูปร่างที่เสียรูป

บทสรุปและประเด็นสำคัญ

แบบจำลองโครงถัก = การสมมติให้รับแรงตามแนวแกน
มีประสิทธิภาพสำหรับการไหลของแรงโดยรวม (รับเฉพาะแรงดึง/แรงอัด) แต่ผลของการดัดและแรงเฉือนถูกกำจัดออกไป และต้องพิจารณาในระดับการเชื่อมต่อ

สมมติฐานจุดศูนย์ถ่วงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
การที่กลุ่มสลักเกลียวไม่อยู่แนวเดียวกับ CG ของหน้าตัดทำให้เกิดการดัดทุติยภูมิ ซึ่งไม่ได้ถูกคำนวณในแบบจำลอง FEA โดยรวม จึงต้องตรวจสอบในการออกแบบการเชื่อมต่อโดยละเอียด

เงื่อนไขขอบเขตกำหนดพฤติกรรมจริง
สำหรับกรณีนี้ ข้อจำกัดแบบ N–Vy–Vz สะท้อนพฤติกรรมของจุดต่อได้ดีกว่า การยึดรั้งการหมุนและการทำงานของชิ้นส่วนแนวทแยงมีอิทธิพลอย่างมากต่อการตอบสนองของคอร์ด

การตรวจสอบพุกในคอนกรีตล้วน/คอนกรีตไม่เสริมเหล็กให้ผลแบบอนุรักษ์นิยม
สมมติฐานแบบง่ายของมาตรฐานอาจบ่งชี้ว่าเกิดการวิบัติ กำลังรับน้ำหนักที่แท้จริงขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของเหล็กเสริมและการกระจายแรงใหม่ในชิ้นส่วน Concrete

เหล็กเสริมปิดวงจรการถ่ายแรง
เส้นทางถ่ายแรงต่อเนื่องไปไกลกว่าแผ่นฐาน มีเพียงแบบจำลอง 3D Detail (CSFM) ที่มีเหล็กเสริมและเงื่อนไขขอบเขตที่สมจริงเท่านั้นที่จำลองพฤติกรรมร่วมได้ และป้องกันรูปแบบการวิบัติแบบเปราะ

ตรวจสอบรูปร่างที่เสียรูปเสมอ
หากการเสียรูปสอดคล้องกับสัญชาตญาณทางวิศวกรรมโครงสร้าง แบบจำลองก็น่าจะสะท้อนพฤติกรรมทางกายภาพ