브레이스웨이트 프레스 강판 조립식 물탱크
조립식 강판 탱크의 시공에는 다양한 연결 방식이 사용됩니다. Structural Science Ltd.의 구조 엔지니어 Dale Price가 작성한 이 간략한 사례 연구에서는 탱크 벽면에 작용하는 수평 정수압을 지지하는 스테이 연결부에 대해 설명합니다.
검토 대상 연결부 개요
그림 1에서 볼 수 있듯이, 강재 볼트 체결 스테이 연결부 또는 클리트는 얇은 베이스 플레이트에 용접된 핀 플레이트로 구성되며, 탱크의 바닥과 벽면 또는 벽 모서리 사이의 앵글 스테이를 연결하고, 일반적인 경우 75 kN의 설계 인장력을 받을 수 있습니다.
역사적으로 설계는 통상 수계산으로 수행되어 왔으며, 연결부의 검증은 고비용의 실물 크기 실험실 시험 및 현장 실물 모형 시험을 통해 확인되어 왔습니다.
아래 사진은 최근 실물 크기 탱크 시험 장면으로, 스테이에 변형률 게이지를 연결하여 물 채움 및 장기 정적 수압 시험 중 탱크 스테이의 하중을 지속적으로 모니터링하는 모습을 보여줍니다.
실험실로 돌아와, 다음 이미지는 스테이 연결부를 규정 요건에 따라 검증 시험(물론 여기에 표시되지 않은 기타 강도 및 파괴 시험 포함)하는 모습을 보여줍니다.
스테이 연결부는 IDEA StatiCa Connection으로 해석되었으며, 아래 스크린샷은 그 절차를 요약한 것입니다:
스테이에 75 kN 설계 축력이 작용하는 볼트 및 용접부를 포함한 연결부의 전체 배치, 고응력 부위를 나타내는 등가 응력 분포도, 그리고 베이스 플레이트의 소성 변형률 발생 현황을 보여줍니다.
물론 순수 해석 결과 외에도, 더욱 중요한 것은 IDEA StatiCa Connection이 다음 두 이미지에서 보여주듯이 모든 요소에 대한 EN/AISC 규정 검토를 제공하여 매우 명확한 합격/불합격 결과를 제시한다는 점입니다.
결론적으로, 실물 크기/실험실 시험과 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 소프트웨어 간의 연결부 거동 및 하중 상관관계는 매우 우수하였으며, 따라서 실물 크기 시험 프로그램을 통해 연결부 설계에 대한 IDEA StatiCa 소프트웨어의 유효성과 정확성이 확인되었습니다. 일반적으로, 향후 맞춤형 연결부 설계는 비용이 많이 들고 장기간이 소요되는 시험 프로그램을 계획하고 실행하지 않고도 이 소프트웨어를 활용하여 신속하게 실현할 수 있습니다. 현재 이 소프트웨어는 비용 및 제조 공정 절감 효과를 위해 보다 합리적이고 개선된 연결부 설계를 개발하는 데 활용되고 있습니다. 탱크 설계와 관련된 기타 복잡한 맞춤형 연결부도 현재 IDEA StatiCa Connection 소프트웨어를 사용하여 검토 중입니다.
변형 형상 표현은 엔지니어가 연결부의 거동을 보다 잘 이해하는 데 도움을 줍니다
요약하면, IDEA StatiCa 사용의 주요 이점은 다음과 같습니다:
- 책상 기반의 반복적인 연결부 설계 작업 기간 단축.
- 용접, 볼트, 플레이트, 단면 등 연결부의 모든 구성 요소를 하나의 설계, 즉 하나의 조립체로 모델링하여 개별 구성 요소 간의 상호작용을 보다 잘 이해하고, 이를 연결부를 개별 설계 구성 요소로 분리하는 방식과 비교할 수 있는 능력.
- 연결부 설계 검증을 위한 장기적이고 비용이 많이 드는 실물 크기 시험 프로그램을 계획하지 않고도 기존 및 신규 맞춤형 연결부를 지속적으로 조사, 개발 및 연구.
- 플레이트 또는 단면 크기를 합리화하고, 제조 비용을 위한 구성을 변경하며, 예를 들어 탱크 벽면에 작용하는 지진력과 같이 일반 설계보다 증가된 설계력을 검증함으로써 기존 연결부 개선.
- 실물 크기 시험을 통해 유한요소를 사용한 연결부 설계, 특히 새로운 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 방법에 기반한 IDEA StatiCa Connection 소프트웨어 적용에 대한 신뢰성 확보.
- 업데이트된 다양한 국가별 연결부 기준에 따른 설계 선택.
Braithwaite Engineers
United Kingdom