검증

앵글 플레이트 접합부의 필릿 용접

Steel

EN (Eurocode)

CBFEM

Welds

Connection

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이 내용은 Wald 교수 등이 저술한 "Component-based finite element design of steel connections" 도서에서 선택된 챕터입니다. 해당 챕터는 용접의 검증에 초점을 맞추고 있습니다.

설명

이 챕터에서는 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)으로 계산된 앵글 플레이트 접합부의 필릿 용접 모델을 구성요소법(CM)으로 검증합니다. 앵글은 플레이트에 용접되어 수직력을 받습니다. 앵글 크기와 용접 길이는 민감도 연구에서 검토됩니다.

해석 모델

필릿 용접은 본 연구에서 검토되는 유일한 구성요소입니다. 용접은 EN 1993-1-8:2005의 Chapter 4에 따라 접합부에서 가장 취약한 구성요소가 되도록 설계됩니다. 필릿 용접의 설계 저항력은 Section 4.1에 설명되어 있습니다. 고려된 예제 및 재료의 개요는 Tab. 4.2.1에 나와 있습니다. 치수가 포함된 접합부 형상은 Fig. 4.2.1에 나타나 있습니다.

구성요소법 계산

이 수계산은 EN 1993-1-8 (4.13)에 따라 L형 단면 부분으로의 힘 재분배로 인해 발생하는 용접의 추가 모멘트를 무시합니다.

\[\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + 3 \cdot \left( \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2\right)} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}\]

\[\sigma_{\perp} = \tau_{\perp} = 0 \]

\[ \tau_{\parallel} = \frac{V}{l \cdot a}\]

\[ \sqrt{ 3 \cdot \left( \tau_{\parallel} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}\]

\[ \sqrt{ 3 \cdot \left( \frac{V}{l \cdot a}\right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}\]

\[ V = \frac{f_u \cdot l \cdot a \cdot \beta_{\mathrm{Lw1}}}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}} \cdot \sqrt{3}} \]

상단 및 하단 용접 저항력의 합으로 계산된 전체 저항력

\[ V = V_\mathrm{top} + V_\mathrm{bottom} \]

여기서:

\(a\) - 용접 목두께

\(V\) - 부재에 작용하는 전단력

\(l = 2 \cdot L_\mathrm{\dots}\) - 평행 용접 길이

\(\beta_{\mathrm{w}}\) - EN 1993-1-8 Table 4.1에서 취한 상관계수

\(\beta_{\mathrm{Lw1}}\) - 장용접 저감계수, EN 1993-1-8 Equation 4.9

\(f_u\) - 접합된 취약 부재의 공칭 극한 인장강도

\(\gamma_{\mathrm{M2}}\) - 용접에 대한 부분 안전계수

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.2.1 예제 개요}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.2.1 치수가 포함된 접합부 형상}}}\]

수치 모델

CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)의 용접 구성요소는 일반 이론적 배경 및 EN 이론적 배경에 설명되어 있습니다. 용접 모델은 탄소성 재료 다이어그램을 가지며, 응력 집중은 용접 길이를 따라 재분배됩니다.

저항력 검증

CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)으로 계산된 용접 설계 저항력을 CM 결과와 비교합니다. Tab. 4.2.2를 참조하십시오. 두 가지 매개변수를 검토합니다: 용접 길이와 앵글 단면. Fig 4.2.2는 하단 용접 길이의 민감도 연구를 나타냅니다. 연구에서 상단 용접 a의 길이는 L_a=100mm입니다.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.2.2 CBFEM과 CM의 비교}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{a}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{b}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{a) 앵글 클리트 80×10 b) 앵글 클리트 160×16}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.2.2 하단 용접 b 길이의 민감도 연구}}}\]

CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)과 CM의 결과를 비교하고 민감도 연구를 제시합니다. 용접 길이가 용접된 앵글 접합부의 설계 저항력에 미치는 영향은 Fig. 4.2.2에 나타나 있습니다. 연구 결과는 모든 용접 구성에서 양호한 일치를 보여줍니다. CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 모델의 정확도를 설명하기 위해, 연구 결과를 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)과 CM의 설계 저항력을 비교하는 다이어그램으로 요약합니다. Fig. 4.2.3을 참조하십시오. 결과는 편심이 무시된 CM과 비교하여 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)의 모든 예측이 안전측임을 보여줍니다.