강구조 연결의 내력

프레임 해석 모델에서 부재의 단부 힘은 부재 세그먼트의 단부로 전달됩니다. 전달 과정에서 접합부 설계로 인한 부재의 편심이 고려됩니다.

CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 방법으로 생성된 해석 모델은 실제 접합부를 매우 정밀하게 반영하는 반면, 내력 해석은 개별 보를 중심선으로 모델링하고 접합부를 비물질적 노드로 모델링하는 고도로 이상화된 3D 유한요소법 바 모델에서 수행됩니다.

수직 기둥과 수평 보의 접합부

내력은 3D 모델에서 1D 부재를 사용하여 해석됩니다. 다음 그림은 내력의 예시를 보여줍니다.

수평 보의 내력; M과 V는 접합부에서의 단부 힘

접합부(연결) 설계에서는 부재가 접합부에 미치는 영향이 중요합니다. 그 영향은 다음 그림에 나타나 있습니다:

접합부에 대한 부재의 영향; CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 모델은 진한 파란색으로 표시됨

모멘트 M과 전단력 V는 이론적 접합부 위치에서 작용합니다. 이론적 접합부의 점은 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 모델에 존재하지 않으므로 하중을 이 위치에 적용할 수 없습니다. 모델은 거리 r만큼 떨어진 세그먼트 단부로 전달되어야 하는 작용 M과 V로 하중을 받아야 합니다.

M_c = M – V ∙ r

V_c = V

CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 모델에서 세그먼트의 단부 단면은 모멘트 M_c와 힘 V_c에 의해 하중을 받습니다.

접합부를 설계할 때는 이론적 접합부 위치에 대한 실제 위치를 결정하고 이를 반영해야 합니다. 실제 접합부 위치에서의 내력은 대부분 이론적 접합부 위치에서의 내력과 다릅니다. 정밀한 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 모델 덕분에 설계는 저감된 힘으로 수행됩니다 – 다음 그림의 모멘트 M_r을 참조하십시오:

CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 모델의 휨 모멘트: 화살표는 연결의 실제 위치를 가리킴

접합부에 하중을 적용할 때, 실제 접합부의 해석 결과가 내력 계산에 사용된 이론적 모델과 일치해야 한다는 점을 고려해야 합니다. 이는 강접합부의 경우 충족되지만, 힌지의 경우에는 상황이 완전히 달라질 수 있습니다.

이론적 3D 유한요소법 모델과 실제 구조에서의 힌지 위치

앞의 그림에서 이론적 1D 부재 모델에서의 힌지 위치가 구조에서의 실제 위치와 다름을 알 수 있습니다. 이론적 모델은 현실과 일치하지 않습니다. 계산된 내력을 적용할 때, 이동된 접합부에 상당한 휨 모멘트가 작용하게 되어 설계된 접합부가 과대 설계되거나 설계 자체가 불가능해질 수 있습니다. 해결책은 간단합니다 – 두 모델이 일치해야 합니다. 1D 부재 모델에서 힌지를 적절한 위치에 정의하거나, 힌지 위치에서 모멘트가 0이 되도록 전단력을 이동시켜야 합니다.

보의 휨 모멘트 분포 이동: 힌지 위치에서 모멘트가 0

전단력의 이동은 내력 정의 테이블에서 설정할 수 있습니다.

하중 효과의 위치는 연결의 올바른 설계에 큰 영향을 미칩니다. 모든 오해를 방지하기 위해 사용자가 세 가지 옵션 중 선택할 수 있도록 합니다 – Node / Bolts / Position.

Node 옵션을 선택하면 힘이 선택된 부재의 단부에 적용되며, 이는 선택된 부재의 오프셋이 형상에서 설정되지 않은 한 일반적으로 이론적 노드에 해당합니다.

FEA 프로그램에서 하중 가져오기

IDEA StatiCa는 타사 FEA 프로그램에서 내력을 가져올 수 있습니다. FEA 프로그램은 조합에서 내력의 포락선을 사용합니다. IDEA StatiCa Connection은 강구조 접합부를 비선형(탄성/소성 재료 모델)으로 해석하는 프로그램입니다. 따라서 포락선 조합은 사용할 수 없습니다. IDEA StatiCa는 접합부에 연결된 모든 부재의 단부에서 모든 조합에 대한 내력(N, V_y, V_z, M_x, M_y, M_z)의 극값을 탐색합니다. 각 극값에 대해 해당 조합에서 나머지 모든 부재의 다른 내력도 함께 사용됩니다. IDEA StatiCa는 연결의 각 구성요소(플레이트, 용접, 볼트 등)에 대한 최악의 조합을 결정합니다.

사용자는 이 하중 케이스 목록을 수정할 수 있습니다. 마법사(또는 BIM)에서 조합을 다루거나, IDEA StatiCa Connection에서 직접 일부 케이스를 삭제할 수 있습니다.

경고!

가져오기 시 불균형 내력을 고려해야 합니다. 이는 다음과 같은 경우에 발생할 수 있습니다:

• 절점력이 검토 중인 노드 위치에 적용된 경우. 소프트웨어는 어느 부재가 이 절점력을 전달해야 하는지 감지할 수 없으므로 해석 모델에서 고려되지 않습니다. 해결책: 전체 해석에서 절점력을 사용하지 마십시오. 필요한 경우 해당 힘을 선택된 부재에 수직력 또는 전단력으로 수동으로 추가해야 합니다.
• 하중을 받는 비강재(일반적으로 목재 또는 콘크리트) 부재가 검토 중인 노드에 연결된 경우. 이러한 부재는 해석에서 고려되지 않으며 내력은 무시됩니다. 해결책: 콘크리트 부재를 콘크리트 블록과 앵커로 대체하십시오.
• 노드가 슬래브 또는 벽체(일반적으로 콘크리트)의 일부인 경우. 슬래브 또는 벽체는 모델에 포함되지 않으며 내력은 무시됩니다. 해결책: 콘크리트 슬래브 또는 벽체를 콘크리트 블록과 앵커로 대체하십시오.
• 일부 부재가 강체 링크를 통해 검토 중인 노드에 연결된 경우. 이러한 부재는 모델에 포함되지 않으며 내력은 무시됩니다. 해결책: 이러한 부재를 연결된 부재 목록에 수동으로 추가하십시오.
• 지진 하중 케이스가 소프트웨어에서 해석되는 경우. 대부분의 FEA 소프트웨어는 지진을 해석하기 위해 모달 해석을 제공합니다. 지진 하중 케이스의 내력 결과는 일반적으로 단면에서의 내력 포락선만 제공합니다. 평가 방법(제곱합의 제곱근 – SRSS)으로 인해 내력이 모두 양수이며 선택된 극값에 대응하는 힘을 찾는 것이 불가능합니다. 내력의 평형을 달성하는 것이 불가능합니다. 해결책: 일부 내력의 양의 부호를 수동으로 변경하십시오.