유니플래너 T형 접합부 (RHS 브레이스와 H/I 형강 현재 사이)

설명

격자 트러스에 위치한 개단면 현재에 대한 직사각형 중공 단면 브레이스의 유니플래너 T형 접합부를 연구합니다. RHS 브레이스는 보강 플레이트 없이 H형 또는 I형 현재(개단면)에 직접 용접됩니다. CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)에 의한 예측은 EN 1993-1-8:2005에 구현된 파괴 모드 방법(FM)으로 검증됩니다.

해석 모델

개단면에 용접된 직사각형 중공 단면의 유니플래너 T형 접합부에서는 세 가지 파괴 모드가 발생합니다: 브레이스 파괴라고 불리는 브레이스의 국부 항복, 현재 웨브 파괴, 그리고 현재 전단력. 이 모든 파괴 모드는 본 연구에서 검토되며, 그림 7.4.1을 참조하십시오. 용접부는 EN 1993-1-8:2005에 따라 접합부에서 가장 취약한 구성요소가 되지 않도록 설계됩니다. 격자 트러스의 부재는 축력과 휨 모멘트를 받습니다. T형 접합부의 내력 작용점은 다음과 같이 설명됩니다:

축력을 받는 H/I형 현재

T형 접합부의 좌우 현재에 작용하는 축력은 현재 종축 방향으로 작용합니다.

회절 하중을 받는 H/I형 현재

T형 접합부의 좌우에서 T형 접합부 평면 내의 휨 모멘트가 현재에서 고려되며, 이 휨 모멘트는 T형 접합부 평면 내 회전을 위해 현재 단면 평면 내 축 중 하나를 중심으로 회전합니다.

축력을 받는 RHS 브레이스

T형 접합부 브레이스의 축력은 브레이스 종축 방향으로 작용합니다.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.1 Major failure modes a) chord web failure, b) chord shear (in case of gap), c) brace failure}}}$$

현재 웨브의 저항력은 EN 1993-1-8:2005의 7.6절에 제시된 방법(Wardenier et al., 2010에 기술됨)을 사용하여 결정됩니다. 브레이스의 응력은 현재 플랜지를 통해 현재 웨브의 유효 면적으로 전달됩니다. 이 면적은 브레이스 벽이 현재 웨브와 교차하는 지점의 현재 웨브에 위치합니다. 접합부의 설계 축 저항력은 다음 설계 저항력의 최솟값입니다:

현재 웨브 파괴

$$N_{\mathrm{i,Rd}} = \frac{f_{\mathrm{y0}} \cdot t_{\mathrm{w}} \cdot b_{\mathrm{w}}}{\sin(\theta_{\mathrm{i}}) \cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}$$

현재 전단력

$$N_{i,\mathrm{Rd}}=\frac{f_\mathrm{y0}\,A_\mathrm{v}}{\sqrt{3}\,\sin\theta_\mathrm{i}\cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}$$

브레이스 파괴

$$N_{i,\mathrm{Rd}}=2\,f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,p_{\mathrm{eff}}/\gamma_{\mathrm{M5}}$$

여기서

$$p_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}$$

그리고 $A_\mathrm{v}$는 유효 전단 면적입니다.

접합부의 설계 휨 저항력은 다음 설계 저항력의 최솟값입니다:

현재 웨브 파괴

$$M_{\mathrm{ip,Rd}} = \frac{0.5 \, f_{\mathrm{y0}} \, t_{\mathrm{w}} \, b_{\mathrm{w}} \, h_1}{\gamma_{\mathrm{M5}}}$$

브레이스 파괴

$$M_{\mathrm{ip,Rd}}=f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,b_{\mathrm{eff}}\,(h_\mathrm{1}-t_\mathrm{1})/\gamma_{\mathrm{M5}}$$

여기서

$$b_{\mathrm{w}} = \frac{h_1}{\sin \theta_{\mathrm{i}}} + 5 \cdot t_{\mathrm{f,0}} + r \;\leq\; 2 \, t_{\mathrm{i}} + 10 \cdot (t_{\mathrm{f,0}} + r)$$

$$b_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}$$

축력을 받는 고려된 예제의 개요는 표 7.4.1에 설명되어 있습니다. 휨 모멘트를 받는 고려된 예제의 개요는 표 7.4.2에 설명되어 있습니다. 치수가 표시된 접합부의 형상은 그림 7.4.2에 나타나 있습니다.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.2 Joint geometry with dimensions}}}$$

표 7.4.1 축력을 받는 접합부 예제 

표 7.4.2 면내 모멘트를 받는 접합부 예제

저항력 검증

본 연구는 파괴 모드와 설계 저항력 예측의 비교에 초점을 맞추었습니다. 결과는 표 7.4.3 및 7.4.4에 제시되어 있습니다.

표 7.4.3 브레이스 축력에 대한 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)과 FM 비교

표 7.4.4 브레이스 면내 모멘트에 대한 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)과 FM 비교

민감도 연구는 모든 적용 하중 케이스에 대해 양호한 일치를 보여줍니다. CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 방법에서는 개단면 벽의 라운딩이 단순화되어 있으며, 이는 연결된 대각재의 응력에 대한 보수적인 추정값과 15%까지의 내력 가정을 가져옵니다. CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 모델의 정확도를 설명하기 위해, 매개변수 연구 결과를 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)과 FM의 설계 저항력을 비교하는 다이어그램으로 요약하였습니다. 그림 7.4.3을 참조하십시오.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.4.3 Verification of CBFEM to FM for axial force and bending moment in the brace}}}$$

적용 범위

직사각형 중공 단면과 개단면 사이의 T형 접합부에 대해 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)이 검증된 적용 범위는 EN 1993-1-8:2005의 표 7.20에 정의되어 있으며, 표 7.4.5를 참조하십시오. FM의 적용 범위를 벗어난 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 모델 적용의 경우, 예측 품질을 승인하기 위해 실험에 대한 검증 또는 검증된 연구 모델에 대한 검증이 준비되어야 합니다.

표 7.4.5 T형 접합부의 적용 범위

벤치마크 예제

입력값

현재
• 강재 S235
• IPN280

브레이스
• 강재 S235
• RHS 140×80×10

메시 크기
• 직사각형 중공 부재의 가장 큰 웨브에 16개 요소

출력값

• 압축/인장 설계 저항력 F_c,Rd = 457 kN (저항력은 "한계 변형률에서 정지" 기능을 사용하여 계산되었음을 유의하십시오. 따라서 실제 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 저항력은 약간 더 높을 수 있습니다.)

• 붕괴 모드는 현재 소성화입니다

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.4 Benchmark example for chord IPE270 and brace RHS 140×80×10}}}$$