4볼트 열이 있는 엔드 플레이트 연결

설명

이 연구는 4볼트 열이 있는 엔드 플레이트 연결의 저항에 대한 구성요소 기반 유한요소법(CBFEM)을 해석 모델(AM) 및 실험으로 검증된 연구 지향 유한요소 모델(ROFEM)과 비교 검증하는 데 초점을 맞추고 있습니다.

해석 모델

전단 및 인장에서의 볼트 저항과 지압 및 펀칭 전단력에서의 플레이트 저항은 EN 1993-1-8:2006의 Tab. 3.4, Chapter 3.6.1에 따라 설계됩니다. Chapter 6.2.4에 따른 인장 등가 T-스터브는 Jaspart et al. (2010)에 의해 수정되었으며, Fig. 5.7.1 및 Tab. 5.7.1을 참조하십시오.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.1 Failure modes of T-stub with four bolts in a row: mode 1 (left), mode 2 (middle), mode 3 (right)}}}$$

Tab. 5.7.1 4볼트 열이 있는 T-스터브의 파괴 모드 (Jaspart et al. 2010)

Tab 5.7.1에서 𝐹_t,Rd는 볼트 인장 저항, 𝑒_w=𝑑_w/4, 𝑑_w는 와셔의 직경 또는 볼트 머리나 너트의 대각선 폭(해당되는 경우), 𝑚, 𝑛=𝑒₁+𝑒₂;⁡𝑛≤1.25𝑚, 𝑛₁=𝑒₁, 𝑛₂=𝑒₂;⁡𝑛₂≤1,25𝑚+𝑛₁ (Fig. 5.8.2 참조), 𝑀_pl,1,Rd=0.25𝑙_eff,1𝑡_f²𝑓_y/𝛾_M0, 𝑀_pl,2,Rd=0.25𝑙_eff,2𝑡_f²𝑓_y/𝛾_M0, 𝑙_eff는 유효 길이, 𝑡_f는 플랜지 두께, 𝑓_y는 항복 강도입니다. Fig. 5.7.2를 참조하십시오.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.2 T-stub geometry with four bolts in a row}}}$$

저항의 검증 및 확인

CBFEM으로 계산된 설계 저항은 해석 모델(Zakouřil, 2019)의 결과 및 연구 지향 유한요소 모델을 이용한 실험(Samaan et al. 2017)과 비교되었습니다. Fig. 5.7.3을 참조하십시오. 결과는 Fig. 5.7.4에 요약되어 있습니다. 볼트 등급 8.8 및 강재 등급 S450이 사용되었습니다. 항복 강도 및 인장 강도는 실험값과 밀접하게 일치하며, 예를 들어 볼트 항복 강도는 600 MPa, 볼트 인장 강도는 800 MPa입니다.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Extended unstiffened end plate labeled ENS}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Flushed end plate labeled F}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Extended stiffened end plate labeled EX}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.3 Tested specimens}}}$$

CBFEM으로 결정된 휨 모멘트 저항은 일반적으로 구성요소법과 실험으로 결정된 저항 사이에 위치합니다. Table 5.7.2는 엔드 플레이트 두께 20 mm 및 32 mm인 시험체에 대한 CM, CBFEM, ROFEM 및 실험 저항 간의 비교를 보여줍니다. 구성요소법과 CBFEM 모두 플러시 엔드 플레이트 시험체의 저항을 과소평가합니다. 

Tab. 5.7.2 CM, ROFEM, CBFEM 및 실험 간의 비교

Table 5.7.3 및 Fig. 5.7.4는 다양한 엔드 플레이트 두께, 볼트 직경 및 보 높이를 가진 ENS 모델에 대한 CBFEM과 CM의 검증을 보여줍니다.

Tab. 5.7.3 ENS에 대한 CBFEM과 CM의 검증

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.4 Verification of CBFEM to CM}}}$$

민감도 연구 결과는 Fig. 5.7.5, Fig. 5.7.6, Fig. 5.7.7의 그래프에 요약되어 있습니다. 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.5 Sensitivity study for plate thickness}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.6 Sensitivity study for bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.7 Sensitivity study for beam height}}}$$

Table 5.7.4 및 Fig. 5.7.8은 다양한 엔드 플레이트 두께 및 볼트 직경을 가진 F 모델에 대한 CBFEM과 CM의 검증을 보여줍니다. 

Tab. 5.7.4 F에 대한 CBFEM과 CM의 검증

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.8 Verification of CBFEM to CM}}}$$

민감도 연구 결과는 Fig. 5.7.9 및 5.7.10의 그래프에 요약되어 있습니다.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.9 Sensitivity study for plate thickness}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.10 Sensitivity study for bolt diameter}}}$$

Table 5.7.5 및 Fig. 5.7.11은 다양한 엔드 플레이트 두께 및 볼트 직경을 가진 F 모델에 대한 CBFEM과 CM의 검증을 보여줍니다. 

Tab. 5.7.5 EX에 대한 CBFEM과 CM의 검증

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.11 Verification of CBFEM to CM}}}$$

민감도 연구 결과는 Fig. 5.7.12 및 5.7.13의 그래프에 요약되어 있습니다. 

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.12 Sensitivity study for plate thickness}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.13 Sensitivity study for bolt diameter}}}$$

벤치마크 예제

입력값

• 강재 S450

기둥

• 압연 I형강
• h = 390mm
• b = 350mm
• t_f = 20mm
• t_w = 12mm
• r = 27mm

기둥 스티프너

• t_s = 16mm

보

• 압연 I형강
• h_b = 340mm
• b_b = 350mm
• t_f = 20mm
• t_w = 12mm
• r = 27mm

엔드 플레이트

• t_p = 20mm
• b_p = 350mm
• h_p= 540mm

볼트

• 4열 x 4 x M16 8.8
• 간격 e₁ = 50 mm, p₁ = 120 mm, p₂ = 100mm, e₂= 50mm, w₁ = 75mm, w₂ = 100mm

용접

• a_w = 7mm

출력값

• 설계 저항 F_Rd = 247 kN
• 주요 취약 구성요소는 엔드 플레이트의 프라잉 힘에 의해 증가된 힘을 받는 볼트입니다.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.7.14 Benchmark example}}}$$