Eurocode에서는 앵커 및 콘크리트 기초의 여러 파괴 형태를 규정하고 있으며, 하중 유형에 따라 이를 세분화합니다. IDEA StatiCa 연결 모듈에서는 지금까지 앵커에 대한 평가가 가능했지만, 몇 가지 제약이 있어 일부 평가는 수동으로 진행해야 했습니다.
동시에, 콘크리트 블록에 대한 철근은 고려할 수 없었습니다. 이는 이제 IDEA StatiCa Detail 3D를 통해 변화하고 있으며, 더 많은 가능성을 제공합니다. IDEA StatiCa Detail 3D는 무근 콘크리트를 규정하는 표준에서 익숙한 방식의 평가를 제공하지는 않습니다. 그러나 FE 해석을 통해 철근 콘크리트가 규정된 하중을 만족하는지 검증할 수 있으며, 여기에서는 해당 조건에 상응하는 콘크리트 파괴를 방지하게 됩니다. 두 애플리케이션은 독립적으로 작동하며 각각 사용할 수도 있지만, 연결 모듈과 상세 모듈 간의 연동 덕분에 상세 모듈을 보조 계산용으로만 사용하는 것도 가능합니다.
이제 Eurocode의 조건들을 하나씩 살펴보고, 애플리케이션이 제공하는 가능성을 알아보겠습니다.
인장력
Eurocode는 첫 번째 하중 유형(인장력)을 앵커 또는 콘크리트 블록 파괴의 6가지 경우(a, b, c, d, e, f)와 철근 기초에 대한 2가지 추가 경우(g, h)로 구분합니다.
아래 그림은 연결 모듈 애플리케이션으로 평가할 수 있는 파괴 유형과 철근 콘크리트를 사용함으로써, 즉 상세 모듈에서의 해석으로 다룰 수 있는 거동을 개략적으로 보여줍니다. IDEA StatiCa 연결 모듈은 앵커 설계(CBFEM)에 Eurocode(EN 1992-4-7.2.1)의 경험식을 사용하는 반면, IDEA StatiCa 상세 모듈은 전적으로 유한요소법 (3D CSFM)을 기반으로 합니다. 따라서 일부 평가 항목은 두 애플리케이션에서 겹치지만, 항상 서로 다른 방법으로 처리됩니다.
소프트웨어에 구현된 방법의 특성상, 연결 모듈에서는 무근 콘크리트만 고려할 수 있는 반면, 상세 모듈에서는 철근 콘크리트 기초만 고려할 수 있습니다.
IDEA StatiCa Detail 3D 해석의 주요 가정 및 제약사항은 알려진 제약사항 문서에 설명되어 있습니다.
a) 강재 파괴
인장 하중을 받는 앵커 단독의 강재 파괴는 두 애플리케이션 모두에서 검증됩니다. 앵커 인장 저항력은 연결 모듈에서 다음 공식에 따라 검토됩니다:
상세 모듈에서는 프로젝트 설정에서 선택한 Eurocode(1992-4 또는 1993-1-8)에 따라 앵커가 검토됩니다. 이 동작은 버전 25.1.1부터 적용됩니다.
이전 버전에서는 앵커가 일반 철근과 동일하게, 각 재료에 대해 정의된 응력-변형률 선도를 기반으로 검토되며, 한계 변형률 값은 최대 5%까지 사용됩니다(인장 강성 효과를 기반으로 계산되며, 자세한 내용은 이론적 배경을 참고하세요).
b) 콘크리트 콘 파괴
콘크리트 콘 파괴는 연결 모듈에서 검증할 수 있습니다. 다만, 연결 모듈에서는 무근 콘크리트만 고려할 수 있습니다.
따라서 콘크리트 콘 파괴가 발생하는 경우, 전체 철근 콘크리트 블록에 대한 해석을 제공하는 IDEA StatiCa 상세 모듈로 진행하는 것이 적절합니다. 콘크리트의 인장 강도는 보수적으로 무시되며, 이는 콘 파괴에 대한 내력이 상당 부분 지정된 철근량에 의해 결정됨을 의미합니다. 아래 그림에서는 위에서 언급한 콘 형상을 나타내는 주 응력의 방향을 볼 수 있습니다. 오른쪽 부분에서는 한계값으로 평가된 콘크리트 응력값을 확인할 수 있습니다.
c) 인발 파괴
이 규정 검토는 연결 모듈에서 특정 경우에만 가능합니다(이 기사의 첫 번째 그림 참조). 사후 설치 기계식 앵커에 대해서는 추가 평가가 필요합니다.
상세 모듈에서는 이른바 접착식 앵커를 설정하고, 기술 파라미터에 따라 설계 부착 강도를 지정할 수 있습니다. 그러면 이 파라미터를 기반으로 앵커가 검증됩니다. (철근 콘크리트에만 적용 가능합니다.)
d) 접착식 패스너의 복합 인발 및 콘크리트 파괴
이 파괴 형태는 상세 모듈에서만 파악할 수 있으며, 3D CSFM을 이용하여 콘크리트 응력 및 정착 영역을 평가합니다. 복합 인발 및 콘크리트 파괴 메커니즘은 상세 모듈에서 위에서 정의한 원리를 기반으로 하며, 이 평가는 콘크리트 강도 및 정착 검토의 일부입니다. (철근 콘크리트에만 적용 가능합니다.)
e) 콘크리트 쪼갬 파괴
연결 모듈에서는 평가할 수 없습니다. 상세 모듈에서 쪼갬 파괴는 일반적으로 무근 콘크리트의 문제이며, 철근을 사용하면 이를 방지할 수 있습니다. 동시에 상세 모듈 애플리케이션에서는 압축 또는 인장을 받는 철근과 압축을 받는 콘크리트의 응력 및 변형률을 모두 확인할 수 있습니다.
f) 콘크리트 블로우아웃 파괴
무근 콘크리트의 경우, 연결 모듈에서 Eurocode에 따른 경험적 규정 검토가 가능합니다.
철근 구조 부재의 경우, 상세 모듈을 사용할 수 있습니다. 콘크리트 블로우아웃 파괴는 콘크리트 강도 해석에서 다루어집니다. 이때 인장 응력은 (위에서 여러 번 언급했듯이) 철근에 의해서만 전달됩니다.
철근 콘크리트 블록에 대한 추가 검토:
철근 기초의 경우, 추가적인 철근 평가가 필요합니다. 철근의 강재 파괴 및 철근의 정착 파괴는 상세 모듈의 철근 평가 항목에 포함됩니다.
g) 철근의 강재 파괴
h) 철근의 정착 파괴
전단 하중
Eurocode는 두 번째 하중 유형(전단력)을 앵커 또는 콘크리트 블록 파괴의 4가지 경우(a, b, c, d)와 철근 기초에 대한 2가지 추가 경우(e, f)로 구분합니다.
아래 그림은 연결 모듈 애플리케이션으로 평가할 수 있는 파괴 유형과 철근 콘크리트를 사용함으로써, 즉 상세 모듈에서의 해석으로 다룰 수 있는 거동을 개략적으로 보여줍니다. IDEA StatiCa 연결 모듈은 앵커 설계에 Eurocode(EN 1992-4-7.2.2)의 경험식을 (CBFEM)을 사용합니다. 전단력에 의한 모든 파괴 유형은 연결 모듈 애플리케이션에서 다룰 수 있습니다.
IDEA StatiCa Detail 3D에서 전단력은 마찰, 앵커 또는 전단 키에 의해 전달될 수 있습니다. 여기서 평가되는 것은 오직 기초뿐이라는 점을 유의해야 합니다. 다른 강재 부분(예: 전단 키, 용접부)은 연결 모듈 또는 다른 곳에서 검토해야 합니다. 다시 한번 강조하지만, 여기서는 철근 콘크리트만 요구됩니다.
a) 레버암이 없는 강재 파괴
전단 하중을 받는 앵커의 레버암이 없는 강재 파괴는 연결 모듈에서 검증됩니다. 앵커 전단 저항력은 IDEA StatiCa 연결 모듈에서 다음 공식에 따라 검토됩니다:
상세 모듈에서는 프로젝트 설정에서 선택한 Eurocode(1992-4 또는 1993-1-8)에 따라 앵커가 다시 검토됩니다. 이 동작은 버전 25.1.1부터 적용됩니다. 이전 버전에서는 상세 모듈에서 이 평가가 불가능합니다.
b) 레버암이 있는 강재 파괴
전단 하중을 받는 앵커의 레버암이 있는 강재 파괴는 연결 모듈에서만 검증됩니다. 앵커 전단 저항력은 IDEA StatiCa 연결 모듈에서 다음 공식에 따라 검토됩니다:
이 평가는 상세 모듈에서는 불가능합니다.
c) 콘크리트 프라이아웃 파괴
전단 하중을 받는 앵커의 콘크리트 프라이아웃 파괴는 연결 모듈에서만 검증됩니다. 앵커 전단 저항력은 IDEA StatiCa 연결 모듈에서 다음 공식에 따라 검토됩니다:
베이스 플레이트를 통한 콘크리트의 전단 내력은 상세 모듈 애플리케이션에서 평가됩니다.
d) 콘크리트 모서리 파괴
전단 하중을 받는 앵커의 콘크리트 모서리 파괴는 연결 모듈에서 무근 콘크리트에 대해서만 검증됩니다. 앵커 전단 저항력은 IDEA StatiCa 연결 모듈에서 다음 공식에 따라 검토됩니다:
콘크리트 모서리 파괴는 상세 모듈에서 검토할 수 있습니다(철근 콘크리트만 해당).
철근 콘크리트 블록에 대한 추가 검토:
철근 기초의 경우, 추가적인 철근 평가가 필요합니다. 철근의 강재 파괴 및 정착 파괴는 IDEA StatiCa 상세 모듈의 철근 평가 항목에 포함됩니다.
e) 보강 철근의 강재 파괴
f) 보강 철근의 정착 파괴
결론
가장 큰 장점은 모서리 근처에 앵커링하는 경우나 무근 콘크리트가 요구 하중을 만족하지 못하는 다른 경우와 같은 예시에서 확인할 수 있습니다. 앵커와 전단 키는 연결 모듈에서 추가로 평가해야 하지만, 이 두 소프트웨어 도구가 함께 사용되면 포괄적인 솔루션을 제공한다는 점을 유의하세요.
애플리케이션이 설계된 방법과 방식으로 인해, 상세 모듈 애플리케이션은 철근 기초에만 적합합니다.