볼트 연결 - 전단력과 인장력의 상호작용
설명
이 챕터의 목적은 볼트의 전단력과 인장력 상호작용에 대한 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)을 해석 모델(AM)과 비교하여 검증하는 것입니다. 검증을 위해 엔드 플레이트와 두 열의 볼트로 구성된 보-보 접합부가 선택되었습니다. 그림 5.5.1을 참조하십시오. 접합부의 휨 강성은 강체로 분류될 만큼 충분히 높습니다.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}\]
해석 모델
전단력과 인장력의 상호작용에서 볼트 저항력은 EN 1993-1-8:2005의 3.6.1절 표 3.4에 따라 설계됩니다. 이중선형 관계가 사용됩니다. 접합부의 형상 및 엔드 플레이트 치수는 볼트 파괴에 의해 접합부의 설계 저항력이 제한되도록 선택됩니다. 인장 등가 T-스터브의 설계 저항력은 EN 1993‑1‑8:2005의 6.2.4절 표 6.2에 따라 모델링됩니다.
저항력 검증
모델의 매개변수는 볼트 직경과 보 치수입니다. 그림 5.5.2~5.5.5를 참조하십시오. 엔드 플레이트의 치수와 볼트 간격은 볼트 파괴에 의해 접합부 저항력이 제한되도록 수정됩니다. 접합부의 전단 및 휨 저항력은 볼트 파괴 시의 하중 조건에서 비교됩니다. 결과는 표 5.5.1 및 5.5.2에 요약되어 있습니다.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}\]
표 5.5.1 볼트 직경 변화에 따른 저항력 민감도 연구
| 매개변수 | AM | CBFEM | AM/CBFEM | |||||
| 보; 엔드 플레이트 | 직경 | 간격 | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd | VRd |
| IPE270; tp = 30mm; 150×310mm | M16/8.8 | e1 = 60 mm; p1 = 190 mm; w = 90 mm | 41 | 155 | 38 | 146 | 1,06 | 1,06 |
| M20/8.8 | e1 = 70 mm; p1 = 170 mm; w = 90 mm | 61 | 242 | 50 | 200 | 1,21 | 1,21 | |
| HEA300; tp = 40mm; 300×330mm | M24/8.8 | e1 = 85 mm; p1 = 160 mm; w = 150 mm | 89 | 349 | 83 | 328 | 1,06 | 1,06 |
| M27/8.8 | e1 = 95 mm; p1 = 140 mm; w = 150 mm | 110 | 453 | 89 | 365 | 1,24 | 1,24 | |
| HEA500; tp = 40mm; 330×520mm | M30/8.8 | e1 = 160 mm; p1 = 200 mm; w = 150 mm | 216 | 554 | 198 | 509 | 1,09 | 1,09 |
표 5.5.2 보 치수 변화에 따른 저항력 민감도 연구
| 매개변수 | AM | AM | CBFEM | CBFEM | AM/CBFEM | AM/CBFEM | ||
| 보; 핀 플레이트 | 직경 | 간격 | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd [kNm] | VRd [kN] | MRd | VRd |
| HEA260; tp = 25mm; 260×290mm | M20/8.8 | e1 = 75 mm; p1 = 140 mm; w = 130 mm | 53 | 242 | 50 | 229 | 1,06 | 1,06 |
| IPE300; tp = 30mm; 150×340mm | M20/8.8 | e1 = 70 mm; p1 = 200 mm; w = 90 mm | 69 | 242 | 65 | 228 | 1,06 | 1,06 |
| HEB300; tp = 40mm; 300×340mm | M27/8.8 | e1 = 100 mm; p1 = 140 mm; w = 150 mm | 111 | 453 | 105 | 427 | 1,06 | 1,06 |
| IPE500; tp = 45mm; 220×560mm | M27/8.8 | e1 = 105 mm; p1 = 350 mm; w = 120 mm | 220 | 453 | 206 | 423 | 1,07 | 1,07 |
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}\]
민감도 연구 결과는 그림 5.5.6 및 5.5.7의 그래프에 요약되어 있습니다. 결과에 따르면 두 계산 방법 간의 차이는 10 % 미만입니다. 해석 모델은 일반적으로 더 높은 저항력을 나타냅니다.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}\]
벤치마크 예제
입력값
연결 부재
- 강재 S355
- 보 HEA300
- 엔드 플레이트 두께 tp = 40 mm
- 엔드 플레이트 치수 300 × 330 mm
볼트
- 4 × M24 8.8
- 간격 e1 = 85 mm; p1 = 160 mm; w1 = 75 mm; w = 150 mm
출력값
- 휨 설계 저항력 MRd = 93 kNm
- 전단 설계 저항력 VRd = 291 kN
- 파괴 모드는 전단력과 인장력의 상호작용에 의한 볼트 파괴