연결 유형: 웹 사이드 플레이트 연결
단위 체계: 미터법
설계 기준: AS 4100
검토 항목: 볼트, 모재, 용접
플레이트 재료: Grade 300
볼트: M20 Grade 8.8
용접: 크기 8 mm, 강도 490 MPa의 필릿 용접
예제 출처: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Chapter 9.4.1.3
형상
보 UB 406×178×60이 웹 사이드 플레이트(치수 280×90 mm)를 통해 기둥 UC 254×254×89에 연결됩니다. M20 Grade 8.8 볼트 4개가 피치 70 mm로 사용됩니다. 스프레더 보와 바닥판으로 인해 보는 회전이 불가능하고 약축 방향의 휨 모멘트를 받지 않는 것으로 가정합니다.
적용 하중
보는 전단력을 받습니다. 보수적인 설계를 위해 볼트 설계 시 전단력은 기둥 면 위치에서 적용하여 볼트 군이 휨 모멘트도 받도록 해야 합니다 – 130 mm 위치에서 힘을 선택합니다. 핀 플레이트 및 용접 설계 시에는 전단력을 보 웨브의 볼트 도심 위치에서 적용해야 합니다 – 볼트 위치에서 힘을 선택합니다.
수계산 결과
B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Chapter 9.4.1.3의 결과를 수계산으로 사용합니다. 볼트에 작용하는 최대 전단력은 85.9 kN입니다. 이 값은 볼트의 전단 저항력인 92.6 kN에 근접합니다. 플레이트의 저항력 – 설계 지압 및 인열 내력은 거의 두 배 높습니다. 웨브 플레이트의 전단 저항력은 322.6 kN으로 적용 하중에 근접합니다. 필릿 용접의 크기는 8 mm이고 등급은 490 MPa이며, 저항력은 이고, 단위 수직 길이당 힘은 0.84 kN/mm이므로 여유율은 37 %입니다. 가장 취약한 요소는 볼트입니다. 볼트의 선형 힘 분포를 가정하면 최대 적용 가능 하중은 270 kN입니다.
IDEA StatiCa 결과
이 연결에서 결정적인 하중 위치는 기둥 면입니다. 볼트 군은 전단력과 휨 모멘트를 받습니다. 전단 하중 270 kN에서 가장 응력이 큰 볼트는 전단력 V*f = 92.1 kN과 편측 핀 플레이트의 변형으로 인한 소규모 인장력 N*f = 13.5 kN을 받습니다. 이 하중 270 kN에서 가장 응력이 큰 볼트의 이용률은 99.9 %에 달하며 연결부는 최대 저항력에 도달합니다. 이 전단력 위치는 핀 플레이트 강재의 저항력에도 결정적이며, 하중 305 kN에서 변형률 5%에 도달합니다.
볼트 위치에서의 전단 하중 위치는 용접 설계에 결정적입니다. 핀 플레이트의 저항력은 용접보다 작으며, 적용 전단 하중 335 kN에서 파괴됩니다. 핀 플레이트의 소성 변형률은 아래 그림의 변형 형상에 나타나 있습니다.
극단적인 전단력을 받는 연결부의 경우, 전단 하중 위치를 신중하게 선택하는 것이 중요합니다. 이는 다양한 요소들이 레버 암에 작용하는 전단력으로 인해 상당한 휨 모멘트를 받기 때문입니다.
비교
웹 사이드 플레이트 연결의 전단 저항력은 볼트의 전단 저항력으로 인해 수계산과 IDEA StatiCa 모두에서 270 kN으로 결정되었습니다. 수계산과 소프트웨어 평가 모두 동일한 저항력과 파괴 모드를 나타냈습니다.