확장형 엔드 플레이트 모멘트 연결 (AISC)

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이 예제는 미국 실무에서 전통적인 계산 방법과 IDEA StatiCa를 비교하는 시리즈의 일부입니다. 8개의 볼트를 사용한 확장형 엔드 플레이트 연결을 조사하며, 주로 엔드 플레이트 두께, 볼트 간격 및 스티프너의 영향을 다룹니다.

이 검증 예제는 Mark D. Denavit과 Kayla Truman-Jarrell이 테네시 대학교와 IDEA StatiCa의 공동 프로젝트로 작성하였습니다.


1 설명

본 연구에서는 확장형 엔드 플레이트 모멘트 연결(그림 1)에 대해 구성요소 기반 유한요소법(CBFEM(구성요소 기반 유한요소법))과 미국 실무에서 사용되는 전통적인 계산 방법의 결과를 비교합니다.

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그림 1 본 연구에서 조사한 확장형 엔드 플레이트 모멘트 연결의 개략도

본 연구에서 비내진 연결에 사용된 전통적인 계산 방법은 AISC 설계 가이드 4(Murray and Sumner 2003)의 권고사항과 AISC Specification(2016a)의 하중 및 저항 계수 설계(LRFD) 요건을 기반으로 합니다. 내진(즉, 내력 설계) 연결에 사용된 전통적인 계산 방법은 AISC Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications(2016b), 이하 AISC 358을 기반으로 합니다. 내진 및 비내진 연결 모두에 대해, 이 참고문헌들은 적용 하중에 직접 기반하지 않는 최소 엔드 플레이트 두께 및 기둥 플랜지 두께 제한을 포함합니다. 이러한 제한은 프라잉 힘을 방지하고 연결이 완전히 구속되도록 보장하기 위한 것입니다. 비내진 연결의 경우, 예를 들어 Dowswell(2011)의 권고사항을 사용하여 프라잉 힘을 고려하면 더 얇은 플레이트와 기둥 플랜지를 사용할 수 있습니다. 그러나 본 연구의 모든 전통적인 계산에서는 최소 두께 제한을 적용하였습니다.

전통적인 계산에서 평가된 한계 상태에는 볼트의 인장 파단, 엔드 플레이트 및 기둥 플랜지의 휨 항복(두께 제한을 통해), 엔드 플레이트의 전단력 항복 및 파단, 기둥 국부 한계 상태(즉, 웨브 국부 항복, 웨브 국부 좌굴, 웨브 압축 좌굴), 기둥 웨브 패널존 항복, 볼트 전단력 한계 상태(즉, 볼트 전단력 파단, 지압, 인열 – 압축 볼트의 전단력 강도만 고려)가 포함됩니다. 단순화를 위해 모든 용접은 맞대기 용접으로 모델링하였으며, 전통적인 계산에서 용접 강도는 평가하지 않았습니다.

CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 결과는 IDEA StatiCa 버전 21.0에서 얻었습니다. 예제 모델은 그림 2에 나타나 있습니다. 최대 허용 하중은 프로그램이 안전하다고 판단하지만 소량(예: 1 kip-in.) 증가 시 안전하지 않다고 판단하는 값으로 적용 하중 입력을 반복적으로 조정하여 결정하였습니다. 전통적인 계산과 달리, IDEA StatiCa에서는 프라잉 힘의 영향을 평가하였으며, 표시된 결과에는 프라잉 힘이 발생하는 경우가 포함됩니다. 연결의 강성은 강성 해석(즉, "ST" 해석 유형)을 사용하여 평가하였습니다.

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그림 2 IDEA StatiCa에서 모델링된 확장형 엔드 플레이트 모멘트 연결.

2 엔드 플레이트 두께

먼저, 엔드 플레이트 두께가 연결의 거동 및 강도에 미치는 영향을 조사합니다. 이 비교에서 보는 W21×68이고, 기둥은 W14×193입니다. 두 부재 모두 ASTM A992(Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi)를 따릅니다. 기둥은 크게 선택하였으며(tf = 1.44 in.), 지배적인 한계 상태가 기둥에서 발생하지 않도록 두께 5/8 in.의 스티프너(즉, 연속 플레이트)를 설치하였습니다. 엔드 플레이트의 깊이는 29 in., 폭은 9.5 in.이며, 두께는 3/8 in.에서 2.5 in.까지 변합니다. 모든 플레이트 재료(즉, 엔드 플레이트 및 스티프너)는 ASTM A572 Gr. 50(Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi)을 따릅니다. 연결에는 각 보 플랜지 근처에 4개의 볼트(총 8개 볼트)가 있으며, 엔드 플레이트에는 스티프너가 없습니다. 이 구성은 일반적으로 4볼트 비보강(4E) 구성이라고 합니다. 볼트는 직경 1-1/8 in. A325이며, 수평 게이지 g = 5.5 in., 수직 간격 c = 4.5 in.입니다. 볼트 중심선에서 엔드 플레이트 단부까지의 수직 거리는 lev = 2 in.입니다.

IDEA StatiCa에서 하중은 "평형 하중" 옵션을 사용하여 적용하였습니다. 기둥 상단과 하단에 적용된 모멘트는 각각 보에 적용된 모멘트의 절반과 같습니다. 기둥에는 25 kips의 전단력 하중도 적용하였습니다(Vcolumn = 25 kips, 그림 1). 단순화를 위해 보에는 전단력을 적용하지 않았습니다(Vbeam = 0 kips, 그림 1).

엔드 플레이트 두께에 따른 최대 적용 모멘트의 변화는 그림 3에 나타나 있습니다. 각 두께에 대한 지배적인 한계 상태는 표 1에 나타나 있습니다. 얇은 플레이트가 프라잉 힘을 방지하기 위한 최소 두께 요건을 충족하지 못하므로, 엔드 플레이트 두께가 1 in. 미만인 경우의 전통적인 계산 결과는 표시하지 않았습니다. 엔드 플레이트 두께 요건을 충족한 연결에 대한 전통적인 계산의 지배적인 한계 상태는 볼트의 인장 파단이었습니다. 따라서 최대 적용 모멘트는 엔드 플레이트 두께에 따라 변하지 않습니다.

IDEA StatiCa 결과에서는 엔드 플레이트 두께에 따른 최대 적용 모멘트의 변화가 나타납니다. 매우 얇은 플레이트(t ≤ 0.5 in.)의 경우, 엔드 플레이트의 소성 변형률이 설계를 지배합니다. 그 외의 경우에는 볼트 인장이 설계를 지배합니다. 최대 적용 모멘트는 조사된 전체 범위에서 엔드 플레이트 두께가 증가함에 따라 증가합니다. 두께 증가가 엔드 플레이트의 휨 항복 강도를 직접적으로 증가시키므로, 얇은 플레이트에서는 최대 적용 모멘트가 빠르게 증가합니다. 볼트 인장이 지배할 때는 최대 적용 모멘트의 증가가 더 완만합니다. 엔드 플레이트 두께가 1.25 in. 이상인 경우, IDEA StatiCa의 최대 적용 모멘트가 전통적인 계산보다 큽니다. 그 이유는 전통적인 계산에서는 기둥 플랜지와 엔드 플레이트 사이의 접촉력이 보 플랜지를 중심으로 집중된다고 가정하는 반면, IDEA StatiCa는 접촉 압력을 명시적으로 모델링하기 때문입니다. 엔드 플레이트 두께가 증가함에 따라, 보 플랜지를 넘어 연장된 엔드 플레이트 부분이 더 강성이 높아지고 접촉 압력에 더 잘 저항할 수 있게 되어, 압축력이 보 하부 플랜지 아래로 이동합니다(그림 4). 따라서 IDEA StatiCa와 전통적인 계산 간에 볼트의 인장 내력은 다르지 않지만, IDEA StatiCa에서 우력의 레버 암이 더 크기 때문에 더 큰 모멘트 내력이 나타납니다. 

각 엔드 플레이트 두께에 대해 IDEA StatiCa에서 프라잉 힘의 존재 여부와 연결의 강성을 결정하였습니다. 연결의 인장 측에 접촉 응력이 있는 경우 프라잉 힘이 발생한 것으로 가정하였습니다. 예를 들어, 그림 4에 나타난 바와 같이 두께 7/8 in. 플레이트를 가진 연결에서는 프라잉 힘이 관찰되었지만, 두께 2-1/2 in. 플레이트를 가진 연결에서는 관찰되지 않았습니다. 엔드 플레이트 두께가 1 in. 이상인 경우에는 프라잉 힘이 발생하지 않았습니다. 이는 전통적인 계산의 해당 최소 두께 제한과 일치합니다. 엔드 플레이트 두께가 7/8 in. 이상인 연결은 IDEA StatiCa의 강성 해석에 의해 완전 구속(즉, 강체)으로 결정되었으며, 이는 전통적인 계산의 최소 두께 제한이 이 경우 연결의 강성에 대한 간접적인 검토로도 유효함을 나타냅니다.

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그림 3 최대 적용 모멘트 대 엔드 플레이트 두께

표 1. 그림 3에 제시된 결과에 대한 지배적인 한계 상태

엔드 플레이트 두께 (in.)IDEA StatiCa전통적 방법
0.375소성 변형률 (엔드 플레이트)해당 없음
0.500소성 변형률 (엔드 플레이트)해당 없음
0.625볼트 인장해당 없음
0.750볼트 인장해당 없음
0.875볼트 인장해당 없음
1.000볼트 인장볼트 인장
1.250볼트 인장볼트 인장
1.500볼트 인장볼트 인장
1.750볼트 인장볼트 인장
2.000볼트 인장볼트 인장
2.250볼트 인장볼트 인장
2.500볼트 인장볼트 인장
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그림 4 그림 3에 제시된 결과에 대한 접촉 응력

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그림 5 그림 6에 제시된 결과에 대한 접촉 응력 (엔드 플레이트 스티프너 포함)

엔드 플레이트에 스티프너를 추가하면 연결의 거동이 변합니다. 엔드 플레이트 두께에 따른 최대 적용 모멘트의 변화는 그림 6에 나타나 있으며, 이전에 조사한 동일한 연결에 엔드 플레이트 스티프너를 추가한 경우입니다. 스티프너가 없는 연결에 대해 그림 3에 제시된 IDEA StatiCa 결과는 참고용으로 그림 6에 포함되어 있습니다. 스티프너는 두께 1/2 in., 폭 3.5 in., 길이 6.5 in.이며 보의 양쪽 플랜지에 설치하였습니다. 스티프너의 플레이트 재료는 ASTM A572 Gr. 50(Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi)을 따릅니다.

전통적인 계산에서 스티프너를 추가하면 엔드 플레이트의 휨 강도에 대한 항복선 패턴이 변하여 최소 두께가 감소합니다. 그러나 스티프너의 추가는 연결의 강도를 변경하지 않았으며, 엔드 플레이트 강성에 관계없이 압축력이 플랜지를 중심으로 집중된다고 가정하므로 볼트의 인장 파단이 여전히 지배적입니다. 최근 연구 검토에 따르면 엔드 플레이트 스티프너를 추가하면 압축력이 하부 플랜지 아래로 이동하는 것이 확인되었으며, 설계에서 이 이동을 고려하는 방법이 제안되었습니다(Landolfo et al. 2018).

IDEA StatiCa에서는 스티프너를 추가하면 최대 적용 하중이 증가하였습니다. 지배적인 한계 상태는 표 1에 제시된 것과 동일하였습니다. 최대 적용 하중의 증가는 볼트 인장이 지배하는 엔드 플레이트 두께 5/8 in.에서 1 in. 사이에서 가장 컸으며, 스티프너가 프라잉 힘을 감소시키고 우력의 레버 암을 증가시키는 데 도움이 되었습니다.

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그림 6 최대 적용 모멘트 대 엔드 플레이트 두께

앞서의 해석에서는 기둥 한계 상태가 지배하지 않도록 비교적 큰 기둥을 사용하였습니다. 다음 해석에서는 더 작은 기둥인 W14×109를 사용하였습니다. 기둥 스티프너 두께, 보, 엔드 플레이트, 볼트를 포함한 연결의 다른 사항은 동일하게 유지하였습니다. 이 해석에서 엔드 플레이트는 비보강 상태입니다.

엔드 플레이트 두께에 따른 최대 적용 모멘트의 변화는 그림 8에 나타나 있습니다. 각 두께에 대한 지배적인 한계 상태는 표 2에 나타나 있습니다. 이 그림에는 IDEA StatiCa와 전통적인 계산 모두에 대해 여러 선이 표시되어 있습니다.

전통적인 계산에서는 골조 안정성에 대한 비탄성 패널존 변형의 영향이 골조 해석에서 고려되지 않은 경우와 고려된 경우에 대한 결과가 표시됩니다. 패널존 항복은 전체 골조 강성에 영향을 미치며 2차 효과를 크게 증가시킬 수 있습니다. 골조의 필요 강도를 결정하기 위한 해석에서 패널존의 비탄성이 고려되지 않은 경우, AISC Specification(2016a)은 패널존 거동을 탄성 범위로 제한합니다. 골조의 필요 강도를 결정할 때 패널존의 비탄성이 고려된 경우, 패널존의 추가적인 비탄성 전단력 강도가 인정됩니다.

해석에서 패널존 비탄성이 고려되지 않은 경우, 패널존 전단력 강도가 연결의 강도를 지배하며 최대 적용 모멘트는 4,649 kip-in.입니다. 해석에서 패널존 비탄성이 고려된 경우, 볼트의 인장 강도가 연결의 강도를 지배하며 최대 적용 모멘트는 5,490 kip-in.입니다(패널존 항복에 대한 최대 적용 모멘트는 5,495 kip-in.으로 약간 더 높습니다).

IDEA StatiCa의 지배적인 한계 상태는 매우 얇은 엔드 플레이트(t ≤ 0.5 in.)의 경우 엔드 플레이트의 소성 변형률 한계이며, 그 외의 경우에는 볼트 인장입니다. IDEA StatiCa의 최대 적용 모멘트는 전통적인 계산보다 큽니다. 지배적인 한계 상태도 다르므로, 그림 7에 나타난 바와 같이 플레이트 두께 1.25 in.에 대해 기둥 웨브 패널존의 소성 변형률 한계에 도달하는 적용 모멘트를 정량화하기 위한 추가 해석을 수행하였습니다. 이 값들은 그림 8에 점선으로 표시되어 있습니다(이 해석에서는 볼트 강도 한계가 초과되었습니다).

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그림 7 tp = 1.25 in.에서 패널존의 소성 변형률

IDEA StatiCa는 패널존 항복 한계 상태를 포착하지만, 해석에서 골조 안정성에 대한 비탄성 패널존 변형의 영향이 고려된 경우 AISC Specification(2016a)에서 허용하는 것보다 더 큰 강도를 나타냅니다. IDEA StatiCa에서는 소성 변형률 한계를 5% 미만으로 설정하여 패널존의 항복을 제한하도록 연결을 설계할 수 있습니다. 예를 들어, 기둥 웨브가 거의 탄성 거동(즉, 소성 변형률 한계 0.1%)을 하도록 두께 1.75 in. 엔드 플레이트를 가진 연결의 최대 적용 하중은 4,418 kip-in.이며, 이는 해석에서 골조 안정성에 대한 비탄성 패널존 변형의 영향이 고려되지 않은 경우 전통적인 계산의 최대 적용 모멘트 4,649 kip-in.과 잘 일치합니다.

흥미롭게도, IDEA StatiCa에서는 엔드 플레이트 두께가 1.5 in.까지인 경우 프라잉 힘이 확인되고 연결이 부분 구속(반강체)으로 분류됩니다. 전통적인 계산에서는 프라잉 힘이 없다는 가정 하에 엔드 플레이트 두께를 최소 1 in.까지 허용합니다.

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그림 8 최대 적용 모멘트 대 엔드 플레이트 두께

표 2. 그림 8에 제시된 결과에 대한 지배적인 한계 상태

엔드 플레이트 두께 (in.)IDEA StatiCa전통적 방법 1전통적 방법 2
0.375소성 변형률 (엔드 플레이트)해당 없음 해당 없음  
0.500소성 변형률 (엔드 플레이트) 해당 없음 해당 없음 
0.625볼트 인장 해당 없음 해당 없음  
0.750볼트 인장 해당 없음 해당 없음  
0.875볼트 인장 해당 없음 해당 없음  
1.000볼트 인장패널존 전단력볼트 인장
1.250볼트 인장패널존 전단력볼트 인장
1.500볼트 인장패널존 전단력볼트 인장
1.750볼트 인장패널존 전단력볼트 인장
2.000볼트 인장패널존 전단력볼트 인장
2.250볼트 인장패널존 전단력볼트 인장
2.500볼트 인장패널존 전단력볼트 인장

1 골조 안정성에 대한 비탄성 패널존 변형의 영향이 해석에서 고려되지 않음

2 골조 안정성에 대한 비탄성 패널존 변형의 영향이 해석에서 고려됨


3 수직 볼트 간격

두께만이 엔드 플레이트의 거동에 영향을 미치는 유일한 매개변수는 아닙니다. 볼트 중심선 간의 수직 거리가 증가함에 따라 피치(보 플랜지 면에서 가까운 볼트 중심선까지의 거리)도 증가합니다. 일반적으로 가능한 가장 작은 볼트 피치가 가장 경제적이지만(Murray and Sumner 2003), 시공성 또는 기타 이유로 더 큰 값이 필요할 수 있습니다.

수직 볼트 간격을 변화시키며 일련의 해석을 수행합니다. 이 비교에서 보는 W21×55이고, 기둥은 W14×109입니다. 두 부재 모두 ASTM A992(Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi)를 따릅니다. 엔드 플레이트의 깊이는 28.5 in., 폭은 9.0 in., 두께는 1 in.이며, ASTM A572 Gr. 50(Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). 연결에는 각 보 플랜지 근처에 4개의 볼트(총 8개 볼트)가 있으며, 엔드 플레이트에는 스티프너가 없습니다. 볼트는 직경 1 in. A325이며, 수평 게이지는 5.5 in.입니다. 볼트 간의 수직 간격은 3.5 in.에서 6 in.까지 변하며, 볼트 중심선에서 엔드 플레이트 단부까지의 거리는 2.5 in.에서 1.25 in.까지 변합니다. 볼트 군의 도심은 일정하게 유지하였습니다. 하중은 이전 절에서 설명한 바와 같이 적용하였으며, 기둥에 25 kips의 전단력을 포함합니다.

수직 볼트 간격에 따른 최대 적용 모멘트의 변화는 그림 9에 나타나 있습니다. 전통적인 계산과 IDEA StatiCa 모두에서 모든 경우의 지배적인 한계 상태는 볼트의 인장 파단이었습니다. 수직 볼트 간격이 5 in. 이하인 경우, 전통적인 계산과 IDEA StatiCa 간에 근접한 일치를 보입니다. 더 큰 수직 볼트 간격에서는 IDEA StatiCa의 최대 적용 하중이 감소합니다. 전통적인 계산의 최대 적용 하중은 전체 범위에서 일정합니다. 이 차이의 원인은 프라잉 힘입니다. 플레이트 두께는 프라잉 힘이 없다고 가정하기 위한 전통적인 계산의 최소 두께 요건을 충족합니다. 그러나 수직 볼트 간격이 5.5 in. 및 6 in.인 경우 IDEA StatiCa 결과에서 프라잉 힘이 관찰되어 최대 적용 모멘트가 감소합니다.

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그림 9 최대 적용 모멘트 대 수직 볼트 간격


4 내력 설계

확장형 엔드 플레이트 모멘트 연결은 특수 및 중간 강구조 모멘트 골조에 사용하도록 사전 검증된 연결 유형 중 하나입니다(AISC 2016b). 그러나 AISC 358의 제한 사항을 충족하고 고도로 규범적인 절차에 따라 설계된 경우에만 사전 검증됩니다. AISC 358의 설계 기준은 연결의 비탄성 변형이 보의 항복에 의해 달성되도록 보장하기 위한 것입니다.

특수 및 중간 강구조 모멘트 골조의 보-기둥 연결 요건에 대한 적합성을 입증하기 위해 AISC 358에 규정된 설계 절차 대신 IDEA StatiCa를 사용하는 것은 허용되지 않습니다. 그러나 IDEA StatiCa는 내력 설계를 수행하고 비교 가능한 결과를 생성하는 기능을 갖추고 있습니다.

IDEA StatiCa의 내력 설계에서는 특정 요소가 소산 구성요소로 지정됩니다. 이러한 구성요소의 응력-변형률 응답은 기대 재료 강도를 기반으로 하고 변형률 경화를 포함하도록 재정의됩니다. 그런 다음 최대 예상 하중 효과에 해당하는 하중이 적용됩니다. 확장형 엔드 플레이트 모멘트 연결의 경우, 보가 소산 구성요소이며 최대 예상 하중 효과는 AISC 358에 따라 계산됩니다.

본 조사에서는 결과를 비교하기 위해 AISC 358 절차와 IDEA StatiCa에 따라 일련의 연결을 내력 설계합니다. IDEA StatiCa에서 기본 저항 계수는 AISC 358에 규정된 값과 일치하도록 재정의하였습니다. 보는 W18×35에서 W18×60까지 변하며, 기둥은 W14×211입니다. 모든 광폭 플랜지 형강은 ASTM A992(Fy = 50 ksi, Ry = 1.1, Fu = 65 ksi)를 따릅니다. 엔드 플레이트는 ASTM A572 Gr. 50(Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi)을 따르며 깊이는 28 in.입니다. 플레이트의 폭은 W18x35, W18x40, W18x46 보의 경우 7 in.이고, W18x50, W18x55, W18x60 보의 경우 8.5 in.입니다. 엔드 플레이트의 두께는 설계 과정에서 선택하였습니다. A490 볼트를 사용한 4볼트 비보강(4E) 구성을 사용하였습니다. 볼트의 직경은 설계 과정에서 선택하였습니다. 수평 게이지는 5.5 in., 수직 볼트 간격은 5.5 in.이며, 볼트 중심선에서 엔드 플레이트 단부까지의 수직 거리는 lev = 2 in.입니다.

각 보 단면에 대한 적용 모멘트와 적용 보 전단력은 표 3에 나열되어 있습니다. 적용 보 전단력은 중력 하중 30 kips와 보 길이(기둥 중심선 간) 30 ft로부터 산정된 보 전단력을 기반으로 하였습니다. 하중은 "X-위치"(즉, 기둥 중심선에서 가정된 소성 힌지 위치까지의 거리)에서 적용하였습니다. 기둥에도 30 kips의 전단력 하중을 적용하였습니다. 흥미롭게도, 이 해석에서 보의 소성 변형률은 최대 약 10%에 달하였습니다. 그러나 보가 소산 구성요소로 분류되므로 이 높은 수준의 소성 변형률은 어떠한 한계도 초과하지 않습니다.

표 3. 내력 설계 예제의 적용 하중

보 단면적용 모멘트 (kip-in)적용 보 전단력 (kip)X-위치 (in)
W18X354,20655.816.70
W18X404,95960.416.80
W18X465,73765.216.90
W18X506,38869.216.85
W18X557,08473.416.90
W18X607,78077.716.95

설계된 엔드 플레이트 두께와 볼트 직경은 각각 그림 10과 그림 11에 보 중량의 함수로 나타나 있습니다. AISC 358 절차가 프라잉 힘을 억제하고 고유한 효율적 설계를 도출하므로, 전통적인 계산에서는 각 보 크기에 대해 하나의 설계가 표시됩니다. IDEA StatiCa에서는 각 보 크기에 대해 두 가지 설계가 표시됩니다. IDEA StatiCa에서 프라잉 힘을 명시적으로 고려하는 기능을 통해 볼트 직경과 플레이트 두께의 상대적 우선순위에 따라 다양한 효율적 설계가 가능합니다. 플레이트 두께를 최소화한 설계와 볼트 직경을 최소화한 설계를 각각 결정하기 위해 비공식적인 최적화를 수행하였습니다.

볼트 직경을 최소화할 경우, 전통적인 계산과 IDEA StatiCa 간에 결과 볼트 직경은 동일하지만, IDEA StatiCa 설계에서 플레이트 두께가 더 큽니다. IDEA StatiCa에서는 프라잉 힘의 영향을 제거하고 볼트에 대한 요구를 최소화하기 위해 더 두꺼운 플레이트가 필요합니다.

플레이트 두께를 최소화할 경우, IDEA StatiCa 설계의 결과 플레이트 두께는 전통적인 계산과 거의 동일하며, 일부 설계는 동일하고, 일부는 한 치수 두꺼운 플레이트, 일부는 한 치수 얇은 플레이트를 사용합니다. 이 경우 IDEA StatiCa 설계의 볼트는 프라잉 힘으로 인한 증가된 요구로 인해 전통적인 계산에서 요구되는 것보다 더 큽니다.

이러한 결과는 IDEA StatiCa에 내장된 모델링 가정이 전통적인 계산보다 프라잉 힘에 대해 더 보수적인 평가를 도출하며, 따라서 IDEA StatiCa가 확장형 엔드 플레이트 모멘트 연결의 이 두 구성요소에 대해 보수적인 설계를 제공함을 나타냅니다.

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그림 10 플레이트 두께 대 보 중량

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그림 11 볼트 직경 대 보 중량

5 요약

본 연구는 미국 실무에서 사용되는 전통적인 계산 방법과 IDEA StatiCa를 사용한 확장형 엔드 플레이트 모멘트 연결의 설계를 비교하였습니다. 연구의 주요 관찰 사항은 다음과 같습니다:

  • IDEA StatiCa는 전통적인 계산과 유사한 확장형 엔드 플레이트 모멘트 연결의 가용 강도를 산출합니다.
  • 강도의 차이는 주로 프라잉 힘과 지압 응력의 분포에 기인하며, 두 가지 모두 전통적인 계산에서는 단순화된 가정으로 처리되지만 IDEA StatiCa에서는 명시적으로 모델링됩니다.
  • 기본 매개변수를 사용할 경우, IDEA StatiCa의 웨브 패널존 강도는 골조의 필요 강도를 결정하기 위한 해석에서 비탄성 패널존 변형이 골조 안정성에 미치는 영향이 고려된 경우 AISC Specification의 강도와 유사합니다. 골조의 필요 강도를 결정하기 위한 해석에서 비탄성 패널존 변형이 골조 안정성에 미치는 영향이 고려되지 않은 경우 AISC Specification에서 제시하는 더 낮은 강도는 IDEA StatiCa에서 소성 변형률 한계를 조정하여 달성할 수 있습니다.
  • IDEA StatiCa의 내력 설계 기능을 통해 AISC 358에 정의된 절차에 대해 보수적인 볼트 직경과 플레이트 두께를 선택할 수 있습니다.

6 참고문헌

AISC. (2016a). Specification for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

AISC. (2016b). Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

AISC. (2017). Steel Construction Manual, 15th Edition. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

Dowswell, B. (2011). "A Yield Line Component Method for Bolted Flange Connections." Engineering Journal, AISC, (2nd Quarter), 93–116.

Landolfo, R., D'Aniello, M., Costanzo, S., Tartaglia, R., Demonceau, J., Jaspart, J., Stratan, A., Jakab, D., Dubina, D., Elghazouli, A., and Bompa, D. (2018). Equaljoints PLUS – Volume with information brochures for 4 seismically qualified joints, European Convention for Constructional Steelwork (ECCS), Brussels, Belgium.

Murray, T. M. and Sumner, E. A. (2003). Extended End-Plate Moment Connections: Seismic and Wind Applications, Second Edition. Design Guide 4, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

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