전단 중심에서의 하중 – 부재의 뒤틀림
해석 모델 설명
해석 모델에 응축 요소를 포함함으로써 부재의 길이가 훨씬 길어졌습니다. IDEA StatiCa Connection 버전 20.1 이하에서는 부재의 기본 길이가 개방 단면의 경우 1.5×h, 폐쇄 단면의 경우 2×h였습니다. 쉘 요소로 구성된 부재의 단부는 링크로 보강되었으며, 이 링크를 통해 하중이 부과됩니다. 이 링크는 부재 단부를 뒤틀림에 대해 강체로 만듭니다.
IDEA StatiCa Connection 버전 21.0 이상에서는 쉘 요소로 구성된 부재 부분 뒤에 응축 요소가 추가됩니다. 응축 요소는 탄성 재료 특성을 가진 쉘 요소로 구성된 것과 동일한 특성을 가집니다. 응력-변형률 해석 유형의 경우 응축 요소의 길이는 4×h입니다. 하중은 응축 요소의 단부에 부과되므로 연결부는 강성 효과의 영향을 훨씬 덜 받습니다. 모델이 더 효율적이며, 개방 단면과 폐쇄 단면 모두에 대해 쉘 요소로 구성된 기본 부재 길이를 1.25×h로 줄일 수 있습니다.
이 주제에 대한 자세한 내용은 응축 슈퍼요소 - 보이지 않지만 필수적인 문서를 참조하십시오.
즉, 기본 설정에서 부재 길이는 개방 단면의 경우 1.5×h에서 5.25×h로, 폐쇄 단면의 경우 2×h에서 5.25×h로 각각 증가했습니다. 뒤틀림은 Vlasov 이론에 따라 부재 길이를 따라 발전하며, 뒤틀림 모멘트는 선형이 아닌 지수적으로 증가합니다.
따라서 이전 버전(20.1 이하)에서는 뒤틀림 모멘트의 영향이 작았지만, 이제는 매우 중요할 수 있습니다. 연결부에서 뒤틀림이 구속되는 경우 약 6.5배 더 높아집니다. 물론 플레이트, 볼트 및 용접의 이용률도 함께 증가합니다.
뒤틀림 모멘트는 부재의 길이, 하중이 적용되는 위치, 양 단부의 경계 조건, 또는 중간 지지부나 스티프너에 따라 달라집니다. 따라서 사용자는 뒤틀림 모멘트가 여전히 부정확할 수 있음을 인지해야 합니다. 다만 부재가 더 길어졌으므로, 비틀림이 정당화될 수 있는 경우 실제 크기에 더 가까워집니다.
부재가 실제로 뒤틀리고 있는가?
핵심 질문은 부재의 비틀림과 뒤틀림이 실제로 가능한지 여부입니다. 종종 부재의 상부 플랜지는 슬래브에 의해 고정되어 부재의 비틀림을 효과적으로 구속합니다. 이 경우 비틀림과 뒤틀림은 무시할 수 있으며, 이러한 힘에 대해 부재와 연결부를 설계할 필요가 없습니다.
이러한 서까래의 상부 플랜지가 실제로 횡방향 이동에 대해 구속되어 있다면, 이 파괴 모드는 관련이 없으며 내력은 그에 맞게 수정되어야 합니다.
원하지 않는 비틀림 모멘트를 제거하는 방법은?
연결 애플리케이션에서 비틀림 모멘트를 무시하는 두 가지 방법이 있습니다.
각 옵션을 개별적으로 살펴보겠습니다.
등가 비틀림 모멘트 계산
모든 부재는 무게 중심을 통해 하중을 받습니다. 이중 대칭 단면(예: I형, H형, RHS, CHS 단면)의 경우 무게 중심은 전단 중심과 동일한 위치에 있습니다. 하중이 전단 중심을 통과하면 전단력은 추가적인 비틀림을 유발하지 않습니다.
그러나 대칭축이 하나이거나 없는 다른 부재의 경우, 전단 중심의 위치가 무게 중심에서 이동합니다. 전단 하중은 무게 중심을 통해 적용되며 비틀림 모멘트가 발생합니다. 이 비틀림 모멘트는 전단력과 무게 중심 및 전단 중심 사이의 거리의 곱과 같습니다.
엔지니어가 부재가 회전할 수 없다고 가정하는 경우, 이 비틀림 모멘트는 적용된 하중 효과에서 반대 방향의 비틀림 모멘트로 균형을 맞춰야 합니다. 이 균형 비틀림 모멘트는 하중 평형 옵션을 사용할 때 불균형 힘으로 표시됩니다.
이제 실제 예시를 통해 살펴보겠습니다.
U형 보가 있는 연결부가 있습니다. 아래 이미지에서 단면, 특성 및 하중을 확인하십시오.
예를 들어, 이 보가 비틀리면서 비현실적인 응력 및 변형 경향을 보이고 규정 검토에 영향을 미칩니다. 실제로 보는 전체 길이에 걸쳐 비틀림이 방지되므로 이러한 효과가 없어야 합니다.
모델을 수정하려면 등가 반대 비틀림 모멘트 M'x를 계산하여 이 부재의 하중 효과에 추가해야 합니다. 이 예에서 LE1의 경우 M'x = Vz * y0 = 1502 * 0,113 = 170 kNm을 추가로 더해야 합니다.
비틀림의 균형 여부에 대한 결정은 엔지니어에게 달려 있습니다. 이에 도움이 될 수 있는 설계 기준의 조항이나 출판물이 있습니다.
횡비틀림 구속 작업
부재를 안정화하는 또 다른 방법은 횡비틀림 구속 작업을 사용하는 것입니다.
기능에 대한 자세한 내용은 다음 문서를 참조하십시오: