강성 해석

IDEA StatiCa 연결 모듈에서 강성 해석을 사용하여 접합부가 힌지, 반강체, 또는 강체인지 판단할 수 있습니다. 강성 해석 결과로 모멘트-회전 다이어그램과 주요 값이 포함된 표를 얻게 됩니다. 곡선과 선택한 국가 표준을 기준으로 접합부는 다음과 같이 분류됩니다: 

• 힌지
• 강체
• 반강체

적절한 하중 정의

강성 해석에서 올바른 결과를 얻으려면 각 회전에 대해 개별적으로 강성을 계산하거나, My, Mz(또는 N, Mx)에 대해 별도의 하중 케이스를 입력할 수 있습니다.

또는 분석 대상 부재에 작용하는 내력 전체 세트를 적용할 수도 있습니다. 다른 모든 내력이 각 강성 성분(회전)에 대한 결과에도 영향을 미치기 때문입니다. 자세한 설명은 전단력과 축력이 회전 강성에 미치는 영향 문서를 참고하십시오.

적용되는 힘은 1 kN/1 kNm/kip/kip.ft보다 커야 합니다

접합부 강성 분류에 필요한 정보

• 부재의 이론적 길이 
• 가새 구조 시스템과 비가새 구조 시스템의 구분(EN 접근법의 경우)

My와 Mz에 대한 이론적 길이 [m]는 분석 대상 부재의 노드 간 거리로 정의되며, 분류에만 사용됩니다(실제 강성 값 계산에는 사용되지 않음).

가새 시스템(가새 골조) 옵션은 EN 1993-1-8에 따른 유로코드 프로젝트에서 사용할 수 있으며, 가새 시스템과 비가새 시스템에 대해 분류 조건이 다르기 때문입니다.

강성 해석에서 얻어지는 결과

두 가지 유형의 결과를 얻을 수 있습니다: 수치 값 표와 강성 다이어그램이며, CSV 또는 DXF로 내보내기가 가능합니다.

회전 강성에 대해 평가되는 각 내력 성분에 대해, 표에는 각 설계 하중 조합에 해당하는 수치 값이 개별 행으로 나열됩니다. 선택한 행에 따라 강성 다이어그램은 해당 성분에 대한 것으로 표시됩니다.

• MEd: 하중 조합에 도입된 설계 휨모멘트로, 시컨트 강성에만 관련됨
• Mj,Rd: 연결의 항복을 위한 연결의 휨 저항력
• Sj,ini: 초기 회전 강성으로, 2/3 Mj,Rd 값까지 고려되는 선형 강성 거동을 나타냄
• Sjs: 시컨트 회전 강성으로, 설계 휨모멘트 MEd와 연결의 강성 곡선 Sj의 교점으로 정의되며, MEd > 2/3 Mj,Rd일 때 관련됨
• $\Phi$: 설계 휨모멘트에 대해 얻어진 회전 변형
• $\Phi$c: 연결의 회전 능력으로, 한계는 볼트 파괴, 용접부 파괴, 또는 플레이트의 15% 소성 변형률로 정의됨
• Sj,R: 강체와 반강체 사이 경계에 대한 강성 값
• Sj,P: 반강체와 힌지 사이 경계에 대한 강성 값

참고: 초기 강성 Sj,ini와 시컨트 강성 Sj,s가 무한대의 강성을 나타내는 경우, 이는 강성 곡선이 매우 가팔라서 다이어그램에서 실제로 90°에 해당하며, 접선의 결과가 무한대가 됨을 의미합니다. 이는 항상 반강체 등급의 경계에서 멀리 떨어진 강체 연결을 의미하므로, 정확한 값은 의미가 없습니다. 다시 말해, 이 연결은 완전히 강체입니다.

FEA의 전체 구조 모델에서 무엇을 사용해야 하는가?

전체 모델에 필요한 주요 정보는 부재 간 경계 조건을 힌지(이상적인 힌지), 강체(이상적으로 강함), 또는 반강체(약간의 강성 있음)로 설정하기 위한 분류입니다.

반강체 등급의 경우, 부재 간 접합부의 회전 강성을 나타내는 값을 찾아야 합니다. 이는 강성 해석 결과 탭의 Sj,ini 값으로 표현됩니다.

그러나 전체 구조 모델에 적합한 강성 값을 결정하기 위해서는 항상 엔지니어의 판단이 필요합니다.

Sj,ini는 접합부의 Mj,Rd 값과 강성 곡선의 형태에 따라 달라집니다. 또한 강성 해석에 사용되는 CBFEM 모델은 EPS 해석에 사용되는 모델과 다르며, 이로 인해 접합부의 Mj,Rd 값이 달라지고 강성 해석을 위한 연결 모델의 추가 조정이 필요할 수 있습니다.

자세한 내용은 연결 강성과 전체 해석에서의 활용 문서를 참고하십시오.

강성 해석에 대한 추가 정보를 찾을 수 있는 곳 

이러한 유형의 해석에 대해 읽을 수 있는 여러 정보 출처가 있습니다. 이론적 배경(Theoretical Background)의 일반 부분, 블로그 게시물 왜 연결 강성에 신경 써야 하는가를 읽어보시거나, 관련 웨비나(아래 참조)를 시청하시기를 권장합니다.

강성 결과를 전체 FEA 모델과 결합하는 방법은 회전 강성을 FEA 모델에 적용하는 방법 동영상을 시청하십시오.

문서 마지막에는 여러 단계별 튜토리얼이 있습니다.

강성 평가를 위한 모델

연결 자체의 회전 강성 k_joint와 이에 대응하는 회전 θ₂를 평가하기 위해, 전체 변형 θ_tot에서 부재 변형에 할당된 강성 부분 θ₁을 뺍니다.

부재의 회전 θ₁은 모든 부재 사이가 이상적으로 강체로 연결된 모델에서 평가됩니다. 전체 회전 θ_tot는 실제 제작 작업이 반영된 모델에서 평가됩니다.

강성 해석에서 얻어진 결과는 k_joint와 θ₂에 해당합니다.

이론적 배경(Theoretical Background)

강성 해석에 대한 필수 정보는 이론적 배경(Theoretical Background)에서 확인하십시오. 위에서 언급한 설정은 해당 문서의 일반 부분에 설명되어 있습니다.

강성 해석과 그 결과에 대한 이론적 배경의 일반 부분:

강구조 접합부의 강성 해석 및 변형 능력

지원되는 각 국가 표준에 대한 이론적 배경의 세부 항목:

• 유로코드(EN)에 따른 접합부 분류
• 미국 표준(AISC)에 따른 강구조 접합부 분류
• 캐나다 표준(CISC)에 따른 강구조 접합부 분류
• 호주 표준(AS)에 따른 접합부 분류
• 인도 표준(IS)에 따른 강성 분류
• 홍콩 규정(HKG)에 따른 강성 분류
• 중국 표준(GB)에 따른 접합부 분류
• 러시아 표준(SP)에 따른 접합부 분류

연결 강성 및 검증에 관한 기타 문서

다음 문서에서 더 자세한 정보와 일부 검증 연구를 확인할 수 있습니다. 그 중 일부는 Wald 교수와 그의 팀이 저술한 "Benchmark Cases for Advanced Design of Structural Steel Connections" 책의 일부입니다. 

• 연결 강성과 전체 해석에서의 활용
• 강성 해석 - W형강에서 HSS로의 모멘트 연결 (AISC)
• 개단면 볼트 접합부의 휨 강성
• 개단면 용접 접합부의 휨 강성
• 왜 연결 강성에 신경 써야 하는가 (블로그 게시물)

웨비나 및 동영상

과거에 저희는 연결 강성을 주제로 여러 웨비나를 개최했습니다. 또한 애플리케이션 사용 방법을 설명하는 다른 동영상들도 있습니다. 실제 프로젝트에서 영감을 얻고, 계산 모델을 올바르게 설정하기 위한 힌트를 얻으실 수 있습니다.

Connection Wednesdays - 강성 분류

이 웨비나에서는 강성 분류와 관련된 규정 요구 사항을 간략히 검토합니다. 이후, 처음에는 모멘트 저항형으로 설계될 실제 골조의 연결을 설계하고자 합니다. 반강체 구성을 적용한 다음, 예측된 거동을 전체 해석 구조에 적용합니다. 이 과정 전체에서 자주 나오는 질문들을 살펴보고 설계에 미치는 영향을 평가합니다.

Connection Wednesdays - 획기적인 접합부 강성 해석

이 웨비나에서는 흥미로운 강구조 접합부 하나를 모델링, 하중 재하, 규정 검토하는 전체 워크플로우를 확인하실 수 있습니다. 

Connection Wednesdays - Ružomberok 주거 건물 접합부

플랫폼 접합부는 일반적으로 힌지로 처리되어야 하지만, 실제 상황이 그렇게 간단하지 않다면 어떻게 해야 할까요? 접합부 강성 해석을 올바르게 입력하는 방법은 무엇일까요? 골조 접합부 강성 해석과 FEM 모델에 대한 강성의 영향을 확인해 보십시오.

회전 강성을 FEA 모델에 적용하는 방법

접합부의 강성은 반강체 연결에 대한 전체 구조 설계에서 중요하고 필수적인 요소입니다. 문제는 접합부의 강성을 어디에서 계산할 수 있으며, 설계에 어떤 강성 값을 사용해야 하는가입니다. 

자카르타 벨로드롬 접합부의 설계 및 규정 검토

다음 웨비나 녹화 영상은 강성 해석 다이어그램이 어떻게 구성되는지, 설정은 무엇인지, 그리고 어떤 결과를 얻게 되는지 설명합니다.

버전별 업데이트

다음 기능들은 IDEA StatiCa의 릴리스 노트에 포함되어 있으며 강성 해석과 관련이 있을 수 있습니다. 링크된 전용 문서에서 해당 기능에 대해 더 자세히 알아보십시오. 

볼트 및 용접부 파괴로 제한되는 회전 능력 (강성 해석) (버전 21.0)

모멘트-회전 곡선의 CSV 및 DXF 내보내기 (버전 22.0)

튜토리얼

모델을 설정하고 해석을 실행하는 방법에 대한 단계별 튜토리얼을 제작했습니다. 아래 링크를 확인하십시오:

강구조 연결의 강성 해석 (EN)

강구조 연결의 강성 해석 (AISC)

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