Twisting Mode cannot be represented by Lumped Mass

Twisting Mode cannot be represented by Lumped Mass K.Kurojjanwong 21-Apr-2024 ต่อจากคำถามเมื่อวันก่อน ผมคิดว่าวิศวกรโครงสร้างแทบจะร้อยเปอร์เซ็นต์ไม่เข้าใจเรื่อง Rotational Mass เพราะว่ามันไม่ค่อยเน้นเลยในเรื่องวิศวกรรมโครงสร้าง เนื่องจากส่วนใหญ่ไม่ชอบอะไรบิดๆอยู่แล้ว ก็จะเลือกแก้ด้วยการทำให้มันไม่บิดส่วนใหญ่ แต่ในความเป็นจริงเราหนีจากมันไม่ได้ โครงสร้างที่ไม่มีการบิด มีแต่ในหนังสือเท่านั้น การจำลองโครงสร้างเพื่อการวิเคราะห์ทางพลศาสตร์ก็เช่นกัน มวลในทางพลศาสตร์มีสองชนิด คือ Translatational Mass ซึ่งเป็นมวลที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงตามแกนที่เราสมมติ และอีกชนิดคือ Rotational Mass บางครั้งเรียก Mass Moment of Inertia ซึ่งจะเคลื่อนที่รอบจุดหมุน Translatational Mass นี่จะทำให้เกิด คาบธรรมชาติของโครงสร้าง ที่เราบอกว่ามันโยกทางซ้ายขวาหรือแม้กระทั่งเคลื่อนที่ขึ้นลงแนวดิ่ง การระบุ Translatational Mass นั้นต้องบอกเป็นปริมาณของมวลและความสูงของมวลเทียบกับจุดยึดที่พื้นหรือ Boundary condition ตำแหน่ง CoG ในแนวราบแทบไม่มีผลอะไร แต่ CoG แนวดิ่งมีผลมาก Rotational Mass นั้นทำให้เกิดการบิดของโครงสร้าง…

Pile-Soil-Structure Interaction-Convergence Problem

Pile-Soil-Structure Interaction-Convergence Problem K.Kurojjanawong 15-Apr-2024 การวิเคราะห์แบบ Pile-Soi-Structure Interaction เรียกสั้น PSSI หรือ PSI มันจะมีปัญหาที่เจอประจำเลยคือ Convergence Problem หรือไม่เกิดการลู่เข้าของคำตอบ ซึ่งปัญหาแบบนี้เกิดได้อย่างเดียว คือเกิดจาก Nonlinear Elements ของระบบ ซึ่งการวิเคราะห์แบบ PSI นั้นใช้ Linear Elements สำหรับโครงสร้างส่วนบน แต่ใช้ Nonlinear Elements สำหรับโครงสร้างส่วนล่าง ดังนั้นปัญหาจึงเกิดมาจาก Nonlinear Soil Springs ที่ใส่เข้าไป ซึ่งปัญหาแบบนี้มันมักจะสร้างความปวดหัวให้กับวิศวกรโครงสร้าง เนื่องจากไม่มีความรู้ที่จะแก้ปัญหาเรื่องดิน เพราะรับข้อมูลมาจากวิศวกรฐานรากแล้วใช้อย่างเดียว พอเกิดปัญหาก็โยนกับไปหาวิศวกรฐานราก ส่วนวิศวกรฐานรากส่วนใหญ่ความรู้เรื่องวิศวกรรมโครงสร้างก็แทบจะตีเป็นศูนย์ พอเกิดปัญหาเกี่ยวกับเทคนิคลึกๆ ทางโครงสร้าง ก็ไม่รู้จะแก้ยังไง ก็มักจะไม่ยอมรับปัญหา ปัญหาแบบนี้ Convergence Problem หรือ Iteration Exceeds นั้นต้องมีความรู้ทั้งวิศวกรรมโครงสร้างและวิศวกรรมฐานราก พอมันไม่มีคนตรงกลาง สุดท้ายก็โยนกันไปกันมาไม่รู้ใครผิดกันแน่ จริงๆ…

Structural Stability: Bracing Strength and Stiffness

Structural Stability: Bracing Strength and Stiffness K.Kurojjanawong 19-Feb-2024 เสาหรือคานที่รับแรงอัด แม้กระทั้งโครงถักที่รับแรงอัดนั้นมีโอกาสที่จะเกิดการ Buckling หรือ ดุ้งออกด้านข้าง วิธีแก้ก็คือการใส่ตัวค้ำ (Bracing) เพื่อยันไว้ไม่ให้มันดุ้งออก การค้ำก็ไม่ใช่ว่าจะค้ำเท่าไรก็ได้ หรือเอาอะไรไปค้ำก็ได้ นึกถึงคนตัวใหญ่ๆ ถือของไว้ในมือจะล้ม จะเอาเด็กๆ ไปยันไว้บอกว่าค้ำแล้ว แบบนี้ไม่ช่วยอะไรเลย เพราะเด็กมีกำลังไม่เพียงพอ หรืออาจจะมีกำลังเพียงพอ แต่ว่าเด็กที่ค้ำยันแทบไม่อยู่ ต้องไถลถอยหลังไปสักระยะกว่าจะตั้งหลักเอาจนอยู่ แต่ทำให้คนตัวใหญ่ๆ เอียงจนของที่ถือตกหมด แบบนี้ก็ถือว่าเสียหาย ดังนั้นหลักการค้ำจึงมีสองแบบ คือ 1) ตัวค้ำมีกำลังเพียงพอ (Sufficient Strength) 2) ตัวค้ำมีความแข็งแกร่งเพียงพอ (Sufficient Stiffness) ทีนี้ปัญหาที่วิศวกรโครงสร้างส่วนใหญ่มักจะไม่ทราบว่าจะค้ำเท่าไรดีมันถึงจะเพียงพอ หรือที่ทราบก็จะทราบเพียงส่วนเดียว จาก “คำบอกเล่า” ของรุ่นพี่ที่สอนงานโดยบอกต่อๆ กันมา เช่น ออกแบบตัวค้ำสักประมาณ 1-2% ของแรงอัดในชิ้นส่วนรับแรงอัด แล้วไอ้ค่า 1-2% ที่ว่านั้นมาจากไหน ? วันนี้มีทำความเข้าใจกัน…

The Effect of Additional Nodes on P-Delta Analysis

The Effect of Additional Nodes on P-Delta Analysis K.Kurojjanawong 17-Feb-2024 ในบทความก่อนผมเล่าไปว่าการวิเคราะห์โครงสร้างแบบ 2nd Order Elastic Analysis ด้วยวิธี Matrix Analysis นั้นในปัจจุบันมี 3 วิธีที่นิยม คือ 1) P-Delta approach (Equivalent node shear approach) โปรแกรมที่ใช้วิธีนี้ เช่น RISA 2) Geometric stiffness approach โปรแกรมที่ใช้วิธีนี้ เช่น SACS, SAP2000, ETABS, MIDAS 3) Stability function approach โปรแกรมที่ใช้วิธีนี้ เช่น USFOS โดย Stiffness Matrix แสดงอยู่ในกรอบสีน้ำเงิน สองวิธีแรก คือ…

Structural Stability: Out-of-Plumbness and Out-of-Straightness

Structural Stability: Out-of-Plumbness and Out-of-Straightness K.Kurojjanawong 4-Feb-2024 Initial condition หรือปัจจัยตั้งต้นสำหรับปัญหา Structural Stability ที่มันมีผลต่อเสถียรภาพของโครงสร้างนั้นส่งผลให้เราต้องพิจารณาผลของโมเมนต์ระดับที่สอง (2nd order analysis) ที่เราเรียกันติดปากว่า P-Delta นั่นล่ะ โดย Initial condition หรือปัจจัยตั้งต้นสำหรับปัญหาเสถียรภาพนั้นต้องแยกออกจากปัจจัยอื่นหลังจากที่โครงสร้างรับแรงไปแล้ว ซึ่งปัจจัยที่ส่งผลต่อเสถียรภาพของโครงสร้างแบ่งออกได้สองรูปแบบ คือ Out-of-Plumbness และ Out-of-Straightness สองคำนี้โดยความหมายก็หมายถึง ไม่ตรง หรือ เบี้ยว ทั้งคู่ แต่ศาสตร์ทาง Structural Stability ใช้สองคำนี้ต่างความหมายกัน และหลายคนชอบสับสนและใช้ปนกัน Out-of-Plumbness ในศาสตร์ทาง Structural Stability ใช้พูดถึงภาพรวม (Global) โครงสร้างเป็นหลัก เช่น อาคารทั้งหลังมันเบี้ยว ส่วน Out-of-Straightness ในศาสตร์ทาง Structural Stability ใช้พูดถึงภาพลงรายละเอียด (Local) ของแต่ละชิ้นส่วน…

Soil Spring 40 qult เอาไปใช้ยังไง?

Soil Spring 40 qult เอาไปใช้ยังไง? K.Kurojjanawong 29-Jan-2024 สปริง 40qult มาจากการสมมติว่าฐานรากเป็น Shallow Foundation แบบ Rigid มีกำลังสูงสุดเมื่อยุบไป 1 นิ้ว หรือ 25.4 มม ก็จะได้ k = qult / 0.0254 ~ 40*qult ดังนั้นถือว่าทั้งฐานมี Stiffness เท่ากับ 40*qult การนำไปใช้จึงต้องระวัง เพราะ ต้องรวมกำลังสุดท้ายทั้งฐานรากให้เท่ากับ qult เมื่อ ยุบลงไป 1 นิ้วด้วย ย้ำ Spring 40 qult คือ Spring stiffness ของ "ทั้งฐาน" ไม่ใช่ว่าจำลองฐานด้วยการแบ่ง "หลายจุดต่อ" เพื่อจะดู Moment ในฐาน แล้วเอาสปริงที่ว่าเข้าไปใส่ได้หมด…

3 Methods of Geometrical Nonlinearity and A Typical Way in Commercial Software

3 Methods of Geometrical Nonlinearity and A Typical Ways in Commercial Software K.Kurojjanawong 28-Jan-2024 ในการวิเคราะห์โครงสร้างแบบ 2nd Order Elastic Analysis ด้วยวิธี Matrix Analysis นั้นในปัจจุบันมี 3 วิธีที่นิยม คือ 1) P-Delta approach (Equivalent node shear approach) โปรแกรมที่ใช้วิธีนี้ เช่น RISA 2) Geometric stiffness approach โปรแกรมที่ใช้วิธีนี้ เช่น SACS, SAP2000, ETABS, MIDAS 3) Stability function approach โปรแกรมที่ใช้วิธีนี้ เช่น USFOS ความยากง่าย ก็เรียงตามเลขเลย…

2nd Order Effect-Equivalent Node Shear Method

2nd Order Effect-Equivalent Node Shear Method K.Kurojjanawong 21-Jan-2024 Second order effect นั้นแยกออกเป็นสองส่วนใหญ่ๆ คือ Geometrical Nonlinearity และ Material Nonlinearity โดยส่วนแรกคือผลจากการที่ชิ้นส่วนเคลื่อนที่จากจุดตั้งต้นแล้วทำให้เกิด Additional Moment เพิ่มขึ้นมาในชิ้นส่วน ดังนั้นเป็นผลจาก Geometry ทั้งหมด ส่วนที่สองคือผลจากการที่คุณสมบัติของชิ้นส่วนไม่เชิงเส้นหรือไม่เป็นไปตามกฏของฮุค ทำให้ค่า Young modulus (E) ไม่คงที่ และยังมีผลช่วง Elasto-plastic และ Strain Harding เข้ามาด้วย ทั้งสองส่วนทำให้ผลสมมติฐานที่เราใช้ คือทุกอย่างเชิงเส้นไม่เป็นจริง แต่ส่วนของ Material Nonlinearity นั้นเราสามารถที่จะคุมมันได้ โดยบังคับไว้ว่าทุกชิ้นส่วนห้ามเลย Yield ซึ่งก็คือการออกแบบตามมาตรฐานทั่วไป จะทำให้ผลของ Material Nonlinearity นั้นหายไป เพราะไม่เลย Yield คุณสมบัติของวัสดุยังคงเป็นไปตามกฏของฮุคอยู่ เราจึงสามารถตัดผลของ Material…

AISC 360 Direct Analysis Method and the Effect of Leaning Columns

AISC 360 Direct Analysis Method and the Effect of Leaning Columns K.Kurojjanawong 15-Jan-2024 Leaning columns นั้นมีการกล่าวถึงบ่อยมากใน AISC 360 ตั้งแต่เริ่มมีการแนะนำวิธี Direct Analysis Method (DM) เข้ามาแทนวิธีดั้งเดิม แล้ว Leaning Columns มันคืออะไร มารู้จักกัน Leaning columns เรียกอีกชื่อได้ว่า Gravity​ columns หรือเสาที่รับแต่แรงแนวดิ่ง รับแรงแนวราบไม่ได้จึงต้องไปพิงคนอื่น หรือ Lean บนระบบรับแรงด้านข้าง (Lat​eral resisting system) เช่น Shear wall หรือ Moment frame ดังนั้นเราสามารถแยก Leaning columns (หรือ Gravity​ columns) ออกมาจาก…

Catamaran Tows – Dynamic Load Supports

Catamaran Tows - Dynamic Load Supports K.Kurojjanawong 9-Dec-2023 ความท้าทายของการขนส่งแบบ Catamaran Tows หรือการขนส่งด้วยการนั่งคร่อมบนเรือสองลำนั้น คือจะทำอย่างไรให้มันเคลื่อนที่ไปด้วยกัน โดยมีการ Relative motions น้อยที่สุด เพราะทุกการเคลื่อนที่มันไม่สัมพันธ์กัน แรงจะถูกส่งผ่านไปยังโครงสร้างที่นั่งคร่อมอยู่ข้างบนทันที พูดง่ายๆ ก็คือ โครงสร้างทำหน้าที่เป็น Tie-Beam ยึดเรือสองลำเอาไว้ด้วยกัน ปัญหาก็คือ เรายึดโครงสร้างแน่นกับเรือทั้งสองฝั่งก็ไม่ได้ เพราะแรงจะถูกส่งผ่านมายังโครงสร้างสูงมาก ทำให้ต้องเพิ่มขนาดโครงสร้างเพื่อรับแรงดังกล่าว ในขณะที่การขนส่งแบบนี้ใช้เวลาแค่ไม่กี่อาทิตย์ เมื่อเทียบกับอายุโครงสร้างที่ต้องใช้งานหลายสิบปี การเพิ่มขนาดโครงสร้างเพราะช่วงขนย้ายสั้นๆ จึงไม่สมเหตุสมผล ดังนั้นเราจึงต้องหา Optimum Fixities ระหว่างโครงสร้างและเรือที่จะทำให้มันเคลื่อนที่ไปด้วยกัน โดยไม่สิ้นเปลืองจนเกิดจำเป็น โดยปกติ ก็จะเป็นการนั่งลงไปตรงๆ บน Grillage ที่เรือแต่ละฝั่ง ดังที่เห็นในรูป ซึ่งการนั่งลงไปตรงๆ นั้นจะทำให้โครงสร้างนั้นสามารถที่จะหมุนได้ ดังที่เห็นในรูปทางขวา ทำให้โครงสร้างมีโอกาสที่จะหมุนจนหลุดออกจากเรือได้ เมื่อเกิดคลื่นวิ่งขวางกับเรือทั้งสองลำ การขนส่งแบบนี้จึงมีส่วนที่สำคัญที่ขาดไม่ได้เรียกว่า Dynamic Load Supports หรือบางครั้งจะเรียกว่า Tie-Down Seafastening…