연결-상세 통합: 혼합 앵커가 있는 매립 플레이트 (EN)

이 실제 설계는 표준 EN 상세 경고를 유발할 수 있는 최적화된 형상을 사용합니다. 진정성을 위해 원래 매개변수를 유지합니다. 아래 그림을 참조하십시오.

연결 설계를 건너뛰고 Detail 3D 해석으로 바로 진행하려면 Detail 3D 파일을 다운로드하고 5장으로 이동하십시오.

1 새 프로젝트

IDEA StatiCa Connection을 실행합니다. 모든 작업은 Steel 탭에서 시작합니다. 

재료의 기본 설정을 조정한 후 빈 설계 만들기를 클릭합니다.

2 설계

빈 설계를 생성한 후 부재의 단면을 UB 610 x 305 x 238로 변경합니다.

이제 다른 제작 작업을 추가하고 베이스 플레이트를 선택합니다.

다음 작업을 계속하여 헤디드 스터드를 생성하기 위해 패스너 그리드 또는 접촉을 선택합니다.

철근 앵커를 생성하기 위해 다른 패스너 그리드 또는 접촉을 추가합니다.

편집기를 선택하여 작업 GRD2에서 철근의 회전을 변경합니다.

스티프닝 플레이트를 추가합니다.

일반 용접 또는 접촉 작업을 사용하여 스티프닝 플레이트를 베이스 플레이트에 용접합니다.

작업 부재 절단을 추가합니다.

연결의 마지막 작업인 패스너 그리드 또는 접촉을 추가합니다.

힌지 위치를 설정하기 위해 매개변수 힘 위치 를 변경합니다.

앵커링을 위한 내력을 입력합니다.

• 참고: 이 빔 설계에서는 전단 하중만 사용합니다. 튜토리얼을 단순화하기 위해 실제 프로젝트에서 고려되었던 ULS 우발 조합의 타이잉 힘은 제외되었습니다.

3 검토

카드 검토 -> 계산으로 전환합니다. 규정 검토 결과 앵커에서 파괴 모드가 확인됩니다. 기본적으로 콘크리트 블록은 균열이 발생한 것으로 가정합니다.

결과를 살펴봅니다. 등가 응력, 볼트 힘, 메시, 변형, 앵커를 선택합니다. 일반적으로 표에는 승인된 앵커와 그렇지 않은 앵커가 표시됩니다.

이제 파괴된 앵커의 세부 사항을 검토하여 어떤 규정 검토가 만족스럽고 어떤 것이 불만족스러운지 확인합니다.

앵커 검토 실패 원인: 

• EN 1992-4, Cl. 1.2(4)에 따르면, 서로 다른 앵커 유형을 포함하는 앵커 그룹의 설계는 표준의 적용 범위를 벗어납니다. 따라서 규정 검토는 기본적으로 실패합니다. 이 구성을 올바르게 검증하려면 3D Detail 모듈을 사용한 상세 해석이 필요합니다.
• 이 제한은 Detail 3D에서 CSFM 방법을 사용하여 쉽게 해결할 수 있으며, 이는 Connection의 단순화된 해석적 평가를 엄밀한 3D 응력-변형률 해석으로 대체합니다.

보강 철근 (EN 1992-4 – 7.2.1.9; 7.2.2.6):

• 콘크리트 콘에 대한 해석적 규정 검토가 실패하여, 전체 인장력(356.3 kN) 및 전단력(400.0 kN) 하중을 전달하기 위한 보강 철근이 필요합니다. 이는 "혼합" 앵커 구성으로 인해 중요합니다.
• 이 제한은 Detail 3D에서 철근 효율성을 확인하여 쉽게 해결할 수 있습니다. 수동으로 검토하는 경우 콘크리트 내력을 0으로 가정하고 철근 면적이 보고된 총 힘을 감당하는지 확인하십시오.

정착 길이 (EN 1992-1-1 – 식 8.6)

• 정착 길이 부족에 관한 경고는 이 튜토리얼이 얇은 벽과 얕은 앵커를 가진 실제 사례를 나타내기 때문에 나타납니다. 설계의 구조적 건전성은 Detail 앱에서 추가로 검증됩니다.

4 내보내기

내보내기 전제 조건: 

• 모델이 계산되어 있고 결과가 포함되어 있어야 합니다.

카드 검토 -> RC 검토 -> 저장으로 이동합니다.

내보내기는 앵커링 토폴로지에 대해서만 허용됩니다. 내보내기를 통해 다음을 전달할 수 있습니다:

• 콘크리트 블록
• 앵커
• 베이스 플레이트
• 하중

Connection의 해당 설정에 따라 설정되는 추가 정보 및 매개변수:

• 전단 전달 (앵커, 전단 키, 마찰을 통해) 
• 재료
• 앵커링 유형: 사후 설치 (접착식) / 현장 타설
• 단부 앵커링 유형: 와셔 / 직선 / 갈고리 / 헤디드 스터드
• 마찰 계수
  

5 설계

이 섹션에서는 부재, 지지 조건, 하중 및 조합을 수정하고 철근 조립체를 추가할 수 있습니다.

지지 조건

이 예제에서 연결은 모든 면이 연속된 벽에 앵커링됩니다. 이러한 서브모델의 경우 연속 철근이 있는 강체 지지를 사용합니다. 이 설정은 벽의 연속성을 시뮬레이션하여 복잡한 강성 정의 없이도 압축 전용 설정에도 불구하고 인장 전달을 가능하게 합니다.

 모델에 지지 조건을 적용합니다:

전달 장치

앵커는 IDEA StatiCa Connection에서 가져옵니다. 설계에 두 가지 다른 앵커 유형이 사용되므로, 안전하고 예측 가능한 거동을 보장하기 위해 하중 전달을 분리합니다. 이 접근 방식은 혼합 앵커 그룹을 표준 범위에서 제외하는 EN 1992-4 (Cl. 1.2(4))의 제한을 해결하기 위한 영국 표준 엔지니어링 관행에 부합합니다. 특정 앵커 그룹에 전단력과 인장력을 할당함으로써 안전 요구 사항을 준수하는 검증된 하중 경로를 생성합니다.

앵커 SF1 – SF6: 전단 전달 활성화를 활성화하고 축력 전달 활성화를 비활성화합니다.

철근 앵커 SF7 – SF10: 반대로 수행합니다 – 전단 전달 활성화를 비활성화하고 축력 전달 활성화를 활성화합니다.

상세 애플리케이션에서 기초를 처음부터 설계하는 경우, 두 옵션 모두 기본적으로 활성화됩니다. 전단력을 전달할 때는 어떤 앵커가 힘에 저항할지 결정하고 그에 따라 선택해야 합니다. 이는 콘크리트 연단 파괴 검토에 유효한 앵커에만 전단력을 할당해야 한다고 규정하는 EN 요구 사항에 부합합니다.

철근

콘크리트 블록의 높이와 폭을 늘립니다. 이를 통해 모델을 더 명확하게 볼 수 있고 철근을 따라 완전한 응력 분포를 관찰할 수 있습니다.

콘크리트 피복을 30 mm로 설정합니다. 이는 철근의 기본값으로 사용됩니다. 또한 종방향 철근 및 스터럽의 기본 정착 유형을 설정합니다.

철근을 정의하기 전에 철근 버튼을 비활성화합니다. 이렇게 하면 현재 선택 중인 특정 철근 그룹만 표시되어 화면을 깔끔하게 유지할 수 있습니다.

다음으로, 새 3D 철근 그룹을 삽입하거나 기존 것을 복사하여 연속 종방향 수평 철근(양면의 주철근)을 생성합니다.

작업을 복제하여 양면에 연속 수직 철근을 추가하고 아래와 같이 설정을 조정합니다.

구조 계산에 따르면 전단 둘레 외부에는 추가 전단 철근이 필요하지 않습니다. 따라서 다음 단계는 원래 설계를 기반으로 전단 둘레 내의 전단 철근을 생성하는 데만 집중합니다.

철근 조립체 > 3D 철근 그룹을 다시 선택하여 다른 항목을 추가하고 속성을 수정합니다.

작업 GB3D3을 복제하고 아래 옵션을 업데이트하여 전단 철근을 정의합니다.

작업 GB3D4를 복사하고 매개변수를 변경하여 진행합니다.

이제 작업 GB3D5를 복사하고 전단 둘레 요구 사항을 충족하도록 설정을 수정합니다.

작업 GB3D3을 복사하고 값을 조정하여 재사용합니다.

작업 GB3D7을 복사하고 옵션을 변경합니다.

작업 GB3D5의 다른 복사본을 생성하고 아래 변경 사항을 적용합니다.

마지막으로 작업 GB3D9를 복사하고 최종 철근 옵션을 업데이트합니다.

이제 구조적 전단 철근을 정의합니다. 이 특정 경우에는 콘크리트만으로도 전단 내력 검토를 통과하므로 구조 계산상 필요하지 않지만, 표준 상세 규정을 준수해야 합니다. 또한 IDEA StatiCa Detail은 모델이 실제 철근 배치를 정확하게 반영하도록 요구합니다.

• 참고: 계산 관점에서 상세 애플리케이션에서 이 철근을 정의하는 것은 필수적입니다. CSFM(적합 응력장 방법) 방법의 이론적 배경에 명시된 바와 같이, 그리고 Kaufmann의 CSFM 관련 서적에서도 언급되어 있습니다.

작업 GB3D11의 다른 복사본을 생성하고 아래 변경 사항을 적용합니다.

작업 GB3D12를 복사하고 옵션을 변경합니다.

마지막으로 작업 GB3D13을 복사하고 최종 철근 옵션을 업데이트합니다.

하중 및 조합

조합은 IDEA StatiCa Connection에서 가져옵니다. 가져오기의 모든 결과는 이 문서에 언급되어 있습니다.

자중을 추가합니다: 

자중이 포함된 조합을 생성하고, EN 1991-1-1에 따라 자중 계수 = 1.35를 추가합니다.

6 검토

해석을 실행하기 전에 계산 속도를 높이기 위해 메시 배율을 2 또는 3으로 변경하는 것을 강력히 권장합니다. 이 단계는 필수는 아니지만 계산 시간을 크게 줄이고 잠재적인 발산 문제를 조기에 감지하는 데 도움이 됩니다. 해석이 원활하게 실행되면 최종 결과를 위해 메시 배율을 1로 되돌릴 수 있습니다.

결과

등가 주 응력

콘크리트의 등가 주 응력(EPS)은 콘크리트 블록의 3축 거동을 기반으로 결정됩니다. 가장 높은 하중을 받는 영역이 식별되어 강조 표시됩니다. 일축 압축과 비교하여 구속 효과의 영향을 파악하기 위해 등가 응력은 카파 계수를 사용하여 계산됩니다. 

소성 변형률

콘크리트 블록의 내부 거동을 검사하려면 소성 변형률 (ε_pl) 뷰로 전환합니다. + 새로 만들기 버튼을 사용하여 단면을 생성하고 속성 창에서 평면 정의(위치 및 회전)를 조정하여 중요 영역을 절단합니다. 이를 통해 콘크리트가 소성 변형을 겪는 위치를 강조 표시합니다. 이러한 뷰를 최종 보고서를 위해 갤러리에 저장할 수 있습니다. 자세한 내용은 이 문서에서 확인할 수 있습니다.

철근 응력

결과는 σ_s / σ_{s; yield} 비율(응력 대 항복 강도)을 표시하여 색상 척도를 통해 가장 높은 이용률을 가진 철근을 식별합니다. 모든 철근 그룹의 응력, 변형률 및 이용률에 대한 상세 값은 철근 탭에 나열됩니다.

앵커에 대해서도 유사한 상세 결과를 확인할 수 있습니다.

정착

정착 설정을 재확인하고 앵커 총 힘(F_tot)을 활성화합니다. 콘크리트 블록에 대한 계산 방법의 차이로 인해 앵커의 힘이 약간 다를 수 있습니다. 그러나 그 차이는 크지 않습니다. 

정착 탭은 철근과 콘크리트 사이의 부착 강도를 검증합니다. 제공된 정착 길이가 힘을 전달하기에 충분한지 확인합니다. 검토는 실제 부착 응력(τ_b)을 극한 부착 강도(f_bd)와 비교하여 뽑힘 파괴를 방지합니다. 이 결과는 철근과 앵커에 대해 별도로 표시할 수 있습니다.

변형

보조 탭으로 전환하고 변형을 활성화합니다. ULS(극한 한계 상태)에 대한 변형 한계는 규정되어 있지 않지만, 변형된 형상을 검토하는 것은 중요한 타당성 검토입니다. 이를 통해 모델이 안정적이며 비현실적인 변위나 회전(예: 분리된 요소로 인한)을 경험하지 않는지 확인합니다. 이 시각적 검사는 잠재적인 모델링 문제를 신속하게 식별하는 데 도움이 됩니다.

7 보고서

마지막으로 보고서 -> 상세 -> 생성으로 이동합니다. IDEA StatiCa는 인쇄하거나 편집 가능한 형식으로 저장할 수 있는 완전히 사용자 정의 가능한 보고서를 제공합니다.

EN 1993-1-8(강구조 접합부), EN 1992-4(앵커), EN 1992-1-1(콘크리트 구조)에 따른 완전한 설계 검토를 수행하였습니다. 강구조 접합부 및 앵커링은 IDEA StatiCa Connection에서 검증되었으며, 콘크리트 블록의 건전성 및 철근은 EN 1992-1-1을 준수하는 CSFM(적합 응력장 방법) 방법을 사용하여 IDEA StatiCa Detail에서 해석되었습니다.