การศึกษากำลังรับแรงจุดต่อยึดแบบรอยเชื่อมในเหล็กฉากภายใต้แรงดึงด้วยการทดสอบA Study of Strength and Behavior of Angle Welded Connection by Full-scale Tests

Abstract

ข้อกำหนด American Institute of Steel Construction (AISC) แนะนำว่าการออกแบบจุดต่อประเภทรอยเชื่อมของเหล็กฉากเดี่ยวและเหล็กฉากคู่หรือองค์อาคารที่คล้ายกันเพื่อรับแรงดึง ไม่จำเป็นต้องพิจารณาแรงเยื้องศูนย์ อย่างไรก็ตาม การเยื้องศูนย์ในเหล็กฉากอาจจะมีผลกระทบต่อกำลังรับแรงของจุดต่อได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจุดต่อในเหล็กฉากเดี่ยวซึ่งมีพฤติกรรมการดัดแบบ Out of Plane เมื่อรับแรงในแนวแกน งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาผลกระทบเนื่องจากการเยื้องศูนย์ที่มีต่อกำลังรับแรงของจุดต่อประเภทรอยเชื่อมในเหล็กฉากภายใต้แรงดึงด้วยการทดสอบ รวมถึงศึกษาผลกระทบที่ความยาวของรอยเชื่อม และการจัดวางรอยเชื่อม มีต่อกำลังของรอยเชื่อม ตัวอย่างทดสอบประกอบด้วยเหล็กฉากเดี่ยวและเหล็กฉากคู่ ซึ่งต่อยึดที่ปลายด้วยรอยเชื่อม โดยจุดศูนย์ถ่วงของรอยเชื่อมจะอยู่ในตำแหน่งเดียวกับจุดศูนย์ถ่วงของหน้าตัด (Balanced) และไม่อยู่ในตำแหน่งเดียวกับจุดศูนย์ถ่วงของหน้าตัด (Unbalanced) ตัวอย่างทดสอบทั้งหมดออกแบบให้เกิดการวิบัติที่รอยเชื่อม ผลจากการทดสอบพบว่า จุดต่อที่จุดศูนย์ถ่วงของรอยเชื่อมไม่อยู่ในตำแหน่งเดียวกับจุดศูนย์ถ่วงของหน้าตัด (Unbalanced) และการดัดแบบ Out of Plane มีผลทำให้ประสิทธิภาพของจุดยึดต่อลดลงได้มากถึงร้อยละ 20 ระยะพิกัดที่เพิ่มขึ้นตามขนาดของเหล็กฉาก อาจทำให้กำลังรับแรงของจุดต่อประเภทรอยเชื่อมมีค่าน้อยกว่ากำลังที่คำนวณได้ตามข้อกำหนดของ AISC ถึงร้อยละ 20 นอกจากนี้ ความยาวรอยเชื่อมที่ใช้ในงานวิจัย มีความยาวน้อยกว่า 100 เท่าของความหนารอยเชื่อม ซึ่งเป็นพิกัดที่ AISC แนะนำว่ายังสามารถใช้ความยาวรอยเชื่อมโดยไม่ต้องปรับลดค่าเป็นความยาวประสิทธิผล แต่กำลังรับแรงของรอยเชื่อมที่ได้จากการทดลองกลับมีค่าน้อยกว่ากำลังที่ได้จากการคำนวณถึงร้อยละ 20 ในหลาย ๆ กรณี

According to American Institute of Steel Construction Specification (AISC), it is not necessary to take into account the effect of eccentricity for the design of welded end connection of single angle, double angle, and similar members. However, the eccentricity in the angle may affect strength of the connections, especially welded connection at the end of single angles in which out-of-plane bending naturally occurs. This research aims to study the effects of eccentricity on the strength and behavior of the welded connection in the angle tension member by experiments. Specimens included single and double angles with balanced and unbalanced weld arrangements and various lengths and gauges of the welded connection. Every specimen was designed so that weld rupture would be the governing limit state. The results showed that unbalanced weld arrangements, increased gauge lengths due to sizes of angles, and out-of-plane bending could altogether reduce weld rupture strength from nominal value up to 20 %. In addition, lengths of welds used in the research, which were less than 100 times weld thickness and were deemed consistent with the number within the recommended values by AISC, results in weld strength being 20% below the predicted values in many cases.