튜토리얼

강구조 연결 내력 설계 (AISC)

Steel

AISC (USA)

Capacity design

Seismicity

Connection

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이 단계별 예제를 따라가면서, IDEA StatiCa Connection에서 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 기반의 내력 설계 해석 유형을 사용하여 구조용 강재 접합부의 지진 규정 검토를 설계하고 수행하는 방법을 배울 수 있습니다.

1 새 프로젝트

IDEA StatiCa를 실행하고(최신 버전 다운로드) 소스 프로젝트 파일을 엽니다. 접합부 설계가 완료되어 표준 응력/변형률 해석을 위해 준비된 상태입니다.

2 계산 및 검토

리본의 Calculate 버튼을 클릭하여 응력/변형률 해석을 시작합니다. 해석 모델이 자동으로 생성되고 계산이 수행되며, 장면의 좌측 상단 모서리에서 전체 검토 결과를 확인할 수 있습니다.

응력/변형률 해석 결과, 접합부가 적절히 설계되어 모든 검토를 통과하는 것을 확인할 수 있습니다.

이 결과를 유지하려면 프로젝트 항목 아래 좌측 상단 모서리에서 이 프로젝트 항목을 복사합니다.

3 내력 검토

새 프로젝트 항목(CON2)에서 AISC 358의 사전 적격 한계 검토를 활성화하기 위해 다음 입력값을 변경합니다:

해석 유형: 내력 설계
사전 적격 연결: 활성
시스템: 특수 모멘트 골조
연결 유형: 축소 보 단면(RBS)

소산 항목을 선택해야 합니다. 소성 힌지가 발생할 것으로 예상되는 부재 또는 플레이트를 소산 항목으로 선택해야 합니다. 재료 초과강도 계수와 변형 경화 계수가 선택된 항목에 적용됩니다. 이 예제에서는 부재 W16x31을 소산 항목으로 선택합니다. 상단 리본의 명령으로 추가할 수 있으며, 스페이스바/엔터 키/우클릭으로 선택을 확인합니다.

속성 부재에서 W16x31의 매개변수를 조정해야 합니다: 연결부가 수직면의 휨 모멘트만 저항하고 부재의 약축 방향 휨은 구속되어야 하므로, 모델 유형을 N-Vz-My로 설정합니다.

소산 항목이 선택되면, 모델 영역의 화면 좌측 상단에 사전 적격 한계가 표시됩니다:

첫 번째 경고는 AISC 341-16: Chapter D.1.1b 및 Table D1.1의 폭-두께비 제한값과 관련이 있습니다. 첫 번째 경고를 해결하려면, 기둥을 우클릭한 후 플러스 아이콘을 클릭하여 기둥 단면을 W14X68로 변경합니다:

광폭 플랜지 단면을 선택하고, W (AISC 15.0)를 찾을 때까지 스크롤을 내린 후 검색창을 사용하여 W14X68을 클릭하고 확인을 클릭합니다.

W12X65 이름을 클릭하고 F2 키를 누르거나 우클릭 후 이름 바꾸기를 선택하여 부재 이름을 Column으로 변경합니다:

다음으로 수정해야 할 경고는 보 복부의 기둥 플랜지 용접과 관련이 있습니다:

CUT1 작업에서 용접을 변경할 수 있으며, 양면 필릿 용접에서 맞대기 용접 옵션으로 변경합니다:

다음 경고는 특수 모멘트 골조에 대한 AISC 358 Chapter 5.6 (2)에 명시된 전단 플레이트 요구사항에 관한 것입니다.

새 작업을 클릭하고 핀 플레이트 작업을 선택한 후 표시된 대로 세부 정보를 입력합니다:

마지막 경고는 AISC 358 5.5 (2)의 용접 접근 구멍 요구사항에 관한 것입니다. 해당 상세 검토를 충족하려면 개구부 작업을 추가하고, 다음 입력값을 선택한 후 노치에 대해 사전 설계 옵션을 사용합니다:

해당 작업 후, 연결부는 AISC 358 및 341 기준의 사전 적격 한계를 충족합니다.

하중 작용 위치 매개변수를 위치로 전환합니다. 이렇게 하면 정확한 하중 작용 위치를 정의할 수 있습니다. 소성 힌지의 위치는 하중 작용 위치와 유사합니다: X = 17인치.

소성 힌지의 올바른 위치를 어떻게 알 수 있을까요? 구조 엔지니어가 소성 힌지가 발생할 위치를 결정해야 합니다. 일반적으로 소성 힌지는 보에서 결정됩니다. 이 예제에서는 도그 본 작업의 중간 지점에서 발생합니다. 애플리케이션(와이어프레임 뷰)에서 위치를 읽는 것이 편리합니다.

다음 단계에서는 하중 효과를 정의해야 합니다. 지진 해석을 위한 하중은 규정에 따라 달라지며(재료 초과강도 계수, 변형 경화 계수), 항복 강도, 단면의 기하학적 특성 등에도 영향을 받습니다.

이 예제의 하중은 다음 절차에 따라 계산되었습니다:

M_y = C_pr.R_y.F_y.Z_pl,_y(RBS) 및 대응하는 전단력 V_z = –2 M_y / L_h, 여기서:

R_y – 예상 항복 강도 대 최소 항복 강도의 비율 – AISC 341-16 – Table A3.1; A992의 경우 – R_y = 1.1
\( C_{pr}=\frac{F_y+F_u}{2\cdot F_y} \le 1.2 \) – 변형 경화 계수; A992의 경우 – C_pr = 1.15
F_y – 특성 항복 강도; A992의 경우 – F_y = 50.0 ksi
F_u – 특성 극한 강도; A992의 경우 – F_u = 65.0 ksi
Z_pl,_y(RBS) – 소성 단면 계수; 축소 보 단면의 값 – Z_pl,_y,_(RBS) = 44.80 in³
L_h – 보의 소성 힌지 간 거리; L_h = 250 - (2 . 17) = 216 in

M_y = 1.15 x 1.1 x 50 x 44.80 = 2834 kip.in = 236.17 kip-ft

\[ V_{\textrm{Ed}} = \frac{2 \cdot M_{\textrm{y}}}{L_{h}} = 2 \cdot \frac{2834}{216} = 26,2 \, \textrm{kip} \]

계산된 전단력과 휨 모멘트를 새 하중 효과(LE)로 추가합니다.

전단력과 휨 모멘트는 노드에서 멀어지는 방향으로 보의 휨 모멘트가 감소하도록 적절한 부호로 입력해야 합니다.

이제 Calculate 명령으로 내력 해석을 시작할 수 있습니다.

결과 및 소성 변형률 뷰에서 볼 수 있듯이, 기둥에 극단적인 소성 변형률이 발생하고 있습니다. AISC 358 설계 프로세스의 사전 적격 연결과 함께 내력 설계의 주요 목표는 강한 기둥-약한 보 시스템을 설계하는 것입니다. 따라서 항복 및 소성 힌지 형성은 소산 항목(선택된 보)에서 발생하도록 의도되며, 축소 보 단면 유형의 연결에서는 보의 축소 단면 중앙부에서 최대 소성 변형률이 발생하도록 의도됩니다.

설계 접근 방식은 파괴를 보 쪽으로 유도하는 것입니다. 다음 단계는 기둥의 패널 존 강도를 증가시키기 위한 것입니다.

보 플랜지에 맞춰 기둥에 스티프너 4개를 추가하는 것부터 시작할 수 있습니다. 스티프너의 두께를 5/8"로 설정합니다.