중공 단면 부재의 강구조 접합부

중공 단면 부재의 접합부는 더 높은 하중을 지지할 수 있는 상태에서도 심각한 변형이 발생할 수 있습니다. 반면, 플레이트는 비탄성 범위에서 좌굴이 발생할 수 있으며, 이를 위해 기하학적·재료적 비선형 해석이 구현되어 있습니다.

면외 변형

중공 단면 접합부의 극한 한계 상태 기준 중 하나는 중공 단면의 면외 변형입니다. 이 검토는 소프트웨어에서 사용 가능하며(Code Setup에서 Local deformation check로, 중공 지지 부재에 대해 기본적으로 활성화됨), CIDECT 설계 지침에서 인정하고 있습니다. 한계값은 극한 한계 상태의 경우 단면의 작은 치수의 3%(CHS의 경우 0.03 d₀, RHS의 경우 0.03 b₀)이며, 사용성 한계 상태의 경우 1%입니다.

원형 중공 단면(CHS) 및 직사각형 중공 단면(RHS)의 단면 치수 정의

중공 단면 접합부의 전형적인 하중-변형 다이어그램; 빨간색 곡선은 압축 하중을 받는 박벽 부재, 녹색 곡선은 압축 하중을 받는 일반 부재, 파란색 곡선은 예를 들어 인장 하중을 받는 X형 접합부에 해당

기하학적·재료적 비선형 해석(GMNA)

중공 단면 접합부, 특히 직경 대 두께 비가 큰 경우, 기하학적 선형 해석으로는 접합부의 거동을 충분한 정밀도로 파악하지 못할 수 있으며, 하중 저항이 과소 또는 과대 평가될 수 있습니다. 계산 시간이 다소 증가하더라도 중공 단면 접합부에는 보다 고급의 기하학적·재료적 비선형 해석을 사용하는 것이 권장됩니다. Code setup에서 중공 단면에 대한 GMNA 해석이 선택된 경우, 중공 단면 부재를 지지 부재로 하는 모델에 대해 기하학적 선형·재료적 비선형 해석(MNA, IDEA Statica Connection의 표준으로 사용) 대신 GMNA가 사용됩니다.

참고: 지지 부재가 중공 단면이 아닌 경우, code setup의 설정(GMNA 켜짐 또는 꺼짐)에 관계없이 전체 연결 모델 해석에서 GMNA 솔버가 비활성화됩니다.

쉘 모델 끝단에서의 단면 변형

쉘 요소로 구성된 모델의 끝단에서 단면이 변형될 수 있습니다. 중공 단면 접합부는 단면 직경의 최대 10배에 달하는 비교적 긴 부재가 필요합니다. 쉘 요소로 구성된 모델 부분 뒤에 압축 슈퍼요소가 배치됩니다. 이를 통해 쉘 요소로 구성된 전체 모델과 동일한 정밀도로 더 빠른 계산이 가능합니다. 압축 슈퍼요소는 탄성 재료 특성만을 가지므로, 조사 중인 파괴 모드로 인한 소성 변형률이 쉘 요소 모델의 끝단에 도달하지 않아야 합니다. 이러한 이유로, 쉘 모델은 기본적으로 마지막 제작 작업 뒤로 단면 높이의 1.25배(Code setup에서 편집 가능)만큼 연장됩니다. 

중공 단면에 대한 쉘 휨 저항 감소(초기 결함)

설계 기준에서 중공 단면 접합부의 하중 저항은 실험 및 고급 수치 모델로부터 결정된 곡선 피팅 모델을 사용하는 파괴 모드 방법으로 결정됩니다. 실제 구조물에는 초기 결함과 잔류 응력이 포함되어 있으며, 이는 IDEA StatiCa Connection의 쉘 모델에서는 반영되지 않습니다. 설계 기준 결과와의 더 가까운 일치를 달성하기 위해, 잔류 응력 및 초기 결함의 영향은 높은 D/(2t) 비를 가진 중공 단면 쉘의 휨 저항을 감소시킴으로써 시뮬레이션됩니다.