연결 강성 및 전체 해석에서의 활용

모멘트-회전 선도는 IDEA StatiCa 연결 애플리케이션의 출력 결과 중 하나입니다. 이 선도는 특정 정적 하중에 대한 특정 접합부의 거동을 상당히 정확하게 나타냅니다. 그러나 하중의 종류가 다양한 경우에는 어떻게 될까요? 이 하중이 초과되어 상당한 소성 변형이 발생하는 경우는? 제조 공차가 비교적 큰 경우는 어떻게 될까요?

분류

가장 중요한 것은 다음에 미치는 영향입니다:

1. 부재 및 접합부의 구조 내력(극한 한계 상태)
2. 변형(사용성 한계 상태)

유로코드 EN 1993-1-8:2005의 5장에서는 이 문제를 다루고 있습니다. 보-기둥 접합부는 초기 강성에 따라 다음과 같이 분류됩니다:

• 힌지 - 접합부가 휨 모멘트를 전달하지 않음
• 반강체 - 접합부가 일부 휨 모멘트를 전달하며, 전체 해석 시 그 거동을 고려해야 함
• 강체 - 접합부가 해석에 영향을 미치지 않으며, 부재가 서로 강접합으로 연결됨

캔틸레버 접합부에 대한 분류가 규정에 언급되지 않은 것을 알 수 있습니다. 이는 분류가 중요하지 않기 때문입니다. 캔틸레버 접합부는 항상 전체 휨 모멘트를 전달해야 합니다.

전체 해석에서의 접합부

이상적으로 힌지 또는 강체인 접합부는 없지만, 5.2.2.5항의 분류 경계는 오차를 다음으로 제한하도록 고안되었습니다:

• 내력의 경우 5% 
• 변형의 경우 20%

이 가능한 오차는 양쪽 끝이 기둥에 연결된 보의 예시를 통해 다음 그림에 나타나 있습니다. 파란색 곡선은 접합부의 휨 모멘트를, 빨간색 곡선은 보 중앙부의 휨 모멘트를 나타냅니다. 내력은 힌지 및 강체 영역에서는 거의 변하지 않지만 반강체 영역에서는 급격히 변합니다. 또한 휨 강성에 대한 로그 스케일에 주목하십시오. 이는 접합부가 강체 또는 힌지 영역에 머무는 한 강성이 100배까지 변하더라도 매우 작은 영향만 미친다는 것을 의미합니다.

이 모든 것은 전체 해석에서 강체 또는 힌지 접합부를 사용하고 실제 강성에 대해 신경 쓰지 않아도 된다는 것을 의미합니다.

그렇다면 반강체 접합부의 경우에는 어떻게 해야 할까요?

IDEA StatiCa는 접합부가 완전히 새것이고 특정 하중 케이스로 단 한 번만 재하된 것처럼 접합부 거동을 나타냅니다. 그러나 불확실성이 많습니다. 접합부는 과거에 소성 변형을 겪었을 수 있고, 녹이 슬었을 수 있으며, 작업자가 접합부를 조립하고 제조 공차를 해소하기 위해 부적절한 방법을 사용했을 수도 있습니다. 반강체 접합부의 경우, 구조물의 전체 수명 동안 M_j,Ed가 2/3 M_j,Rd를 초과하지 않는 경우에만 초기 강성이 전체 해석에 사용됩니다. 이런 경우는 드물지만 M_j,Ed를 결정하는 첫 번째 단계가 될 수 있습니다. 어떤 하중 케이스에서든 설계 휨 모멘트가 2/3 M_j,Rd를 초과하는 경우, 표 5.2의 계수 \(\eta\)로 감소된 초기 강성을 전체 해석에 사용해야 합니다:

요약

대부분의 경우, IDEA StatiCa Connection의 출력 결과로 나오는 초기 강성(할선 강성이 아닌)을 전체 해석에 사용해야 합니다. 2/3 M_j,Rd에서 가정된 초기 강성은 접합부 분류에 사용됩니다.

• 강체 접합부 - 노드에서 부재를 합체 상태로 유지
• 힌지 접합부 - 완전 힌지 추가
• 반강체 접합부:
  • M_j,Ed < 2/3 M_j,Rd - S_j,ini 사용
  • M_j,Ed > 2/3 M_j,Rd - S_j,ini / \(\eta\) 사용

첨부 다운로드

• 0035_Joint stiffness and its influence on design of steel structural elements EN 3.pdf (PDF, 489 kB)