IDEA StatiCa 버전 21.0의 해석 모델 개선 사항

연결부 모델은 응축 요소의 삽입으로 크게 개선되었습니다. 이 요소는 부재 끝단 뒤에 추가되며 부재의 탄성 쉘 모델과 동일한 특성을 가집니다. 단 하나의 요소이지만 부재 끝단에서 모든 탄성 변형과 응력이 발생할 수 있도록 합니다. 이로 인해 쉘 요소로 구성된 부재 부분이 더 짧아지더라도 모델 거동이 개선됩니다. 쉘 요소로 모델링된 개방형 및 중공 단면의 기본 길이는 단면 외부 치수 중 큰 값의 1.25 배로 감소합니다. 응축 요소의 길이는 단면 외부 치수 중 큰 값의 4 배입니다(슈퍼요소는 최종 사용자에게 표시되지 않습니다). 선형 좌굴 및 강성 해석의 경우에만 응축 요소의 길이가 단면 외부 치수 중 큰 값의 0.5배입니다. 이는 좌굴 모드 형상이 부재가 아닌 연결부의 내부 플레이트에서 유지되도록 하기 위함입니다. 

이 변경의 주요 이점은 다음과 같습니다:  

• 계산 시간 30% 단축 (다수의 프로젝트 평균 기준) 
• 결과 시각화 속도 향상 
• 중공 단면 연결부의 보다 정확한 모델링  

이 변경은 원래 중공 단면 연결부의 해석을 개선하기 위해 이루어졌지만, 모든 모델에 이점이 적용됩니다. 

주요 결과는 무엇입니까? 버전 간에 일부 결과가 변경되지만, IDEA StatiCa는 대규모 자동화 테스트를 실행합니다. 대부분의 경우 결과 차이는 1% 미만이었습니다. 그러나 일부 경우에는 차이가 더 큽니다. 해당 경우는 다음과 같습니다:

쉘 모델 끝단에서 단면 변형 

이 효과가 변경의 주된 이유였습니다. 이제 쉘 요소로 구성된 모델의 끝단에서 단면이 변형될 수 있습니다. 중공 단면 접합부는 비교적 긴 부재가 필요합니다 – 단면 직경의 최대 10배. 그렇지 않으면 경계 조건이 접합부의 하중 저항에 영향을 미칠 수 있습니다. 쉘 요소로 구성된 모델 부분 뒤에 응축 요소를 도입함으로써 동일한 정밀도로 계산이 훨씬 빨라집니다. 

응축 요소는 탄성 특성만 가지고 있음에 유의하십시오. 소성 변형률이 부재 끝단에 도달해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 연결부의 저항에 영향을 미칠 수 있습니다. 

더 짧은 부재 스터브는 끝단에서 항복하지 않음

이는 예를 들어 연결부에 매우 가까운 힘에 의해 전단력이 크게 작용하는 기둥 브래킷의 경우에 해당하는 문제입니다. 부재가 짧아짐으로써 부재 끝단의 휨 모멘트가 감소합니다.

부재 스터브가 여전히 휨으로 파괴되는 경우, 대안적인 해결책은 스티프너 부재로 부재를 모델링하고 가상 부재를 사용하여 전단력을 적용하는 것입니다. 

비틀림  

뒤틀림은 노드와 보 끝단을 연결하는 다점 구속에 의해 구속되었습니다. 이러한 구속은 모델에 하중을 부과하는 데 사용됩니다. 이제 응축 요소가 구속을 더 멀리 밀어내어 부재가 변형될 수 있습니다. 이로 인해 연결부에서 더 큰 바이모멘트(뒤틀림 모멘트)가 발생합니다. 

이는 주보에 대한 보조보의 편측 접합부에서 자주 발생하는 경우입니다. 부재 설계는 별도로 수행되어야 하며, 뒤틀림으로 인한 바이모멘트는 소프트웨어 패키지에서 매우 자주 무시되지만 반드시 고려해야 한다는 점에 유의하십시오. 개방형 단면 부재의 뒤틀림 저항은 놀랍도록 낮습니다.

단순화된 하중 / 평형 하중 

단순화된 하중을 사용하고 연속 부재가 지지재로 선택된 경우, 부재 길이가 1.5 × h에서 (1.25 + 4) × h로 변경되었기 때문에 내력이 달라집니다.  

• 내력이 달라집니다 
• 전단력을 받는 기둥 웨브 패널에 더 큰 하중이 작용합니다. 그럼에도 불구하고, 연속 부재의 거동을 올바르게 파악하기 위해서는 평형 하중 옵션이 필요합니다. 

평형 하중의 사용은 항상 권장됩니다.

중공 단면에 대한 쉘 휨 저항 감소

설계 기준에서 중공 단면 접합부의 하중 저항은 실험 및 고급 수치 모델에서 결정된 곡선 피팅 모델을 사용하는 파괴 모드 방법(Failure Mode Method)으로 결정됩니다. 이 설계 방법은 모든 기준에 구현되어 있습니다. 현재 가장 최신의 기술 수준은 prEN 1993-1-8:2022 초안에 있습니다. 실제 구조물에는 초기 불완전성과 잔류 응력이 포함되어 있으며, 이는 IDEA StatiCa Connection의 쉘 모델에서 포착되지 않습니다. 설계 기준 결과와의 더 가까운 일치를 달성하기 위해, 높은 D/(2t) 비율을 가진 중공 단면의 쉘 휨 저항을 감소시킴으로써 잔류 응력과 초기 불완전성의 영향이 IDEA StatiCa 모델에 도입되었습니다. 이를 통해 접합부의 파괴 모드 저항을 감소시키면서 중공 단면 부재의 축력 및 휨 저항은 유지할 수 있습니다. 쉘 요소의 소성 저항 감소는 계수 $\gamma = \frac{D_0}{2t_0}$에 따라 달라집니다: 

이러한 복합적인 변경을 통해 설계 기준에 포함된 파괴 모드 방법(FMM)의 결과와 근접한 일치를 달성할 수 있었습니다. IDEA StatiCa Connection과 FMM 간의 일치는 다음 그림에 나타나 있습니다. 

원형 중공 단면

T-접합부, 축력, 각도 $\theta = 90 ^\circ$

T-접합부, 면내 휨 모멘트, 각도 $\theta = 90 ^\circ$

T-접합부, 면외 휨 모멘트, 각도 $\theta = 90 ^\circ$

Y-접합부, 축력, 각도 $\theta = 60 ^\circ$

Y-접합부, 면내 휨 모멘트, 각도 $\theta = 60 ^\circ$

Y-접합부, 면외 휨 모멘트, 각도 $\theta = 60 ^\circ$

X-접합부, 축력, 각도 $\theta = 90 ^\circ$

X-접합부, 축력, 각도 $\theta = 60 ^\circ$

X-접합부, 축력, 각도 $\theta = 30 ^\circ$

K-접합부, 축력, 각도 $\theta = 45 ^\circ$

정사각형 중공 단면

T-접합부, 축력, 각도 $\theta = 90 ^\circ$

현재(chord)의 하중으로 인한 저항 감소는 FFM 모델에서 고려되지 않습니다. 이것이 결과 차이에 대한 설명입니다.

T-접합부, 면내 휨 모멘트, 각도 $\theta = 90 ^\circ$

T-접합부, 면외 휨 모멘트, 각도 $\theta = 90 ^\circ$

Y-접합부, 축력, 각도 $\theta = 60 ^\circ$

현재(chord)의 하중으로 인한 저항 감소는 FFM 모델에서 고려되지 않습니다. 이것이 결과 차이에 대한 설명입니다.

Y-접합부, 축력, 각도 $\theta = 30 ^\circ$

현재(chord)의 하중으로 인한 저항 감소는 FFM 모델에서 고려되지 않습니다. 이것이 결과 차이에 대한 설명입니다.

X-접합부, 축력, 각도 $\theta = 90 ^\circ$

X-접합부, 축력, 각도 $\theta = 60 ^\circ$

X-접합부, 축력, 각도 $\theta = 30 ^\circ$

K-접합부, 축력, 각도 $\theta = 45 ^\circ$