용접 치수 결정 도구는 내력 추정, 완전 강도, 최소 연성, 초과 강도 등 특정 입력값과 정의된 전략에 따라 최적의 용접 치수를 계산합니다. 선택한 설정을 기반으로 새로운 설계가 생성되며, 이에 대한 자세한 설명은 아래에 나와 있습니다. 이 기능은 수동 반복 작업을 없애주는 강력한 보조 도구로서, 최종 검증에 바로 활용할 수 있는 견고한 설계안을 제공합니다.
IDEA StatiCa Connection에서는 모든 사용자가 사용할 수 있는 두 가지 용접 치수 결정 전략이 있습니다:
Eurocode 사용자의 경우 두 가지가 추가됩니다:
AISC 사용자의 경우 한 가지가 추가됩니다:
- 내력 추정으로
함수 호출 방법
용접 치수 결정은 다음과 같이 호출할 수 있습니다:
- 상단 패널에서 Weld sizing 버튼 클릭
- 작업 대화상자에서
- Operations를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 Autodesign all을 선택하면 용접뿐만 아니라 볼트도 자동 설계됩니다.
- operations를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 특정 용접 치수 결정 유형 선택
- 용접이 포함된 operation을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 Autodesign을 선택하면 특정 작업에서 용접뿐만 아니라 볼트도 자동 설계됩니다.
함수를 호출할 때는 작업 대화상자에서 용접 치수 결정 방법을 지정해야 합니다. 일반적으로 용접 치수는 다음 순서로 증가합니다:
각 방법에 대한 자세한 설명은 아래에 나와 있습니다.
용접 치수에 영향을 미치는 설정
용접 치수 결정 과정은 특정 전역 설정에 의해 결정됩니다. 알고리즘은 다음 입력값을 평가합니다:
- 용접: 목표 내력 이용률: 이 한계값은 Project settings > Design – General에서 정의됩니다(기본값 0.9). 알고리즘은 실제 작용 하중을 이 설정값과 비교하여 요구 사항을 충족하는 해를 찾습니다. 검토되는 특정 값은 이용률 Utc입니다.
- 용접: 초과 강도 계수: 이 계수는 소성 힌지 형성을 허용하기 위해 용접이 연결된 부재보다 강하도록 보장하며, EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5)에서 권장됩니다(일반적으로 1.4 또는 1.7). 한계값은 Project settings > Design – General에서 정의되며(기본값 1.4), '초과 강도' 치수 결정 방법이 선택된 경우에만 적용됩니다.
- 반올림 규칙: 용접 높이는 Project > Preferences > Application units - New entity rounding > Weld size의 반올림 설정에 따라 조정됩니다.
- 컨트롤러 증분: 알고리즘이 용접 높이를 증가시키는 최솟값은 Project > Preferences > Application units - Controller increments> Weld size에서 설정됩니다.
내력 추정
내력 추정을 통한 용접 치수 결정은 설정된 하중을 전달하기에 충분한 용접 치수를 자동으로 제공합니다.
함수 작동 방식
용접 결과 탭에는 두 가지 이용률이 표시됩니다. Ut(응력 이용률)는 전체 용접에서 가장 응력이 큰 유한요소의 이용률 값(최댓값)을 나타내며, Utc(용접 내력 이용률)는 전체 용접의 이용률을 나타내어 사용자에게 잔여 용접 내력에 대한 정보를 제공합니다.
유한요소법 기반 모델에서 용접의 응력 분포는 적용 하중에 따라 불확실하게 변하기 때문에, 잔여 내력을 선형 함수로 결정하는 것은 간단하지 않습니다. 적용 하중이 증가함에 따라 용접 응력 분포의 변화가 매우 급격할 수 있습니다.
Utc의 계산에는 머신러닝 추정 함수가 사용됩니다. 방대한 수의 용접 연결 모델과 다양한 하중 시나리오를 학습하여, 알고리즘은 잔여 용접 내력을 정확하게 예측할 수 있습니다. 이 값은 Check의 Welds 탭에 있는 Utc 열에 표시됩니다.
이 기능은 AI와 머신러닝을 활용하여 용접 내력을 결정합니다. 가장 큰 장점은 애플리케이션이 10% 오차 범위 내에서 이를 수행할 수 있다는 것입니다! 이는 매우 우수한 결과로 볼 수 있습니다.
현재 Eurocode 및 AISC에 적용되어 있습니다.
내력 추정을 통한 용접 치수 결정에는 해석 결과가 필요합니다. 필릿 용접의 치수는 다음 공식에 따라 조정됩니다:
\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]
여기서:
- \(a_{new}\) – 조정된 필릿 용접 치수
- \(a\) – 이전에 설정된 필릿 용접 치수
- \(Ut_c\) – 용접 검토에서 확인할 수 있는 머신러닝 알고리즘 기반 내력 추정값
- \(Ut_{target}\) – Settings → Design → Autodesign → Weld sizing에서의 목표 이용률
용접 치수는 상세 규정에 의해 제한됩니다. 예를 들어, 용접 치수는 3mm 미만이 될 수 없습니다(EN 1993-1-8 – 4.5.2). 이러한 상세 규정은 준수됩니다. 또한 IDEA StatiCa에서 여러 용접이 단일 값으로 설정되는 경우가 많다는 점에 유의하십시오. 이 경우 치수는 가장 이용률이 높은 용접을 기준으로 설정됩니다.
또한 계산 루프를 사용할 수 있습니다. 용접 치수 결정 방법이 내력 추정으로 설정된 경우 다음과 같이 진행됩니다:
- 필릿 용접을 완전 강도로 치수 결정
- 모델 계산
- 필릿 용접을 내력 추정으로 치수 결정
- 모델 계산
클릭 한 번으로 용접이 목표 이용률 이하로 설정됩니다.
최소 연성
최소 연성을 통한 용접 치수 결정은 취성 파괴를 방지하기에 충분한 강도를 가진 용접 연결을 자동으로 제공합니다. 용접 강도는 플레이트의 초기 항복을 허용하지만, 최종적으로는 용접이 파단됩니다.
FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4)에서 용접 접합부의 최소 연성 요구 사항이 규정되어 있습니다. 이는 EN 1993-1-8의 네덜란드 국가 부속서에서 유래하였으며, 용접 강도 대 플레이트 강도의 고정 비율은 0.8입니다. 또한 영국의 Green books, 특히 C2장과 C3장에도 포함되어 있습니다. 그러나 고정 비율은 강재 등급 S355에만 적합합니다. 2세대 Eurocode에서는 이를 모든 강재 등급으로 확장하였습니다.
이 요구 사항은 양면 필릿 용접에 대해 다음과 같이 검토됩니다:
\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]
여기서:
- \(a\) – 용접 목 두께
- \(t\) – 단부로 연결된 플레이트의 두께
- \(\beta_w\) – 용접 상관 계수
- \(\gamma_{M2}\) – 볼트 및 용접에 대한 안전 계수; Code setup에서 편집 가능
- \(f_y\) – 플레이트 항복 강도
- \(f_u\) – 용접 극한 강도
- \(\gamma_{M0}\) – 플레이트에 대한 안전 계수; Code setup에서 편집 가능
단면 필릿 용접의 용접 목 두께는 양면 필릿 용접의 두 배입니다.
이 방법은 횡방향 하중을 받는 용접에 유용하며, 플레이트가 전체 폭으로 연결된 경우에 적용됩니다.
완전 강도
완전 강도를 통한 용접 치수 결정은 연결된 플레이트보다 강한 용접을 자동으로 제공합니다. 계산에서는 용접 강도와 연성에 대한 최악의 경우로서 플레이트가 인장을 받고 용접이 횡방향 하중을 받는 것으로 가정합니다. 이 설계는 정적 하중에 대한 용접의 취성 파괴를 방지하는 데 유용합니다.
이 접근법은 영국의 Green books, 특히 C1장에도 포함되어 있습니다.
이 요구 사항은 양면 필릿 용접에 대해 다음과 같이 검토됩니다:
\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]
여기서:
- \(a\) – 용접 목 두께
- \(t\) – 단부로 연결된 플레이트의 두께
- \(\beta_w\) – 용접 상관 계수
- \(f_y\) – 플레이트 항복 강도
- \(f_u\) – 용접 극한 강도
- \(\gamma_{M0}\) – 플레이트에 대한 안전 계수; Code setup에서 편집 가능
이 방법은 횡방향 하중을 받는 용접에 유용하며, 플레이트가 전체 폭으로 연결된 경우에 적용됩니다.
초과 강도 용접
초과 강도를 통한 용접 치수 결정은 연결된 플레이트보다 훨씬 강한 용접을 자동으로 제공합니다. 초과 강도 계수는 Settings → Design → Autodesign → Weld sizing에서 지정합니다. 기본값 1.4는 소성 힌지 형성을 위해 EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5)에서 가져온 값입니다.
계산에서는 용접 강도와 연성에 대한 최악의 경우로서 플레이트가 인장을 받고 용접이 횡방향 하중을 받는 것으로 가정합니다. 이 설계는 소성 설계 또는 반복 하중에 대한 용접의 취성 파괴를 방지하는 데 유용합니다. 큰 용접 치수가 자동으로 높은 연성을 보장하지는 않는다는 점에 유의하십시오. 오히려 용접 수축으로 인한 과도한 잔류 응력과 변형을 초래할 수 있습니다.
이 요구 사항은 양면 필릿 용접에 대해 다음과 같이 검토됩니다:
\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]
여기서:
- \(a\) – 용접 목 두께
- \(t\) – 단부로 연결된 플레이트의 두께
- \(\beta_w\) – 용접 상관 계수
- \(\gamma_{M2}\) – 볼트 및 용접에 대한 안전 계수; Code setup에서 편집 가능
- \(f_y\) – 플레이트 항복 강도
- \(f_u\) – 용접 극한 강도
- \(\gamma_{M0}\) – 플레이트에 대한 안전 계수; Code setup에서 편집 가능
- \(f_{overstrength}\) – Settings → Design → Autodesign → Weld sizing에서 지정된 초과 강도 계수
이 방법은 횡방향 하중을 받는 용접에 유용하며, 플레이트가 전체 폭으로 연결된 경우에 적용됩니다.