Stability에서는 전체 초기 결함과 부재 초기 결함을 별도로 정의합니다. 전체 초기 결함은 X 및 Y 방향의 단순 경사로 입력하거나 LBA에서 얻은 좌굴 형상에 배율을 적용하여 입력합니다. 부재 초기 결함은 추가 경계 조건을 적용한 LBA에서 얻은 좌굴 형상에 배율을 적용한 형태로만 입력합니다. 두 가지 모두 GMNIA에 사용됩니다.
일반적인 작업 순서는 다음과 같습니다.
- MNA와 LBA를 실행합니다. 단순 경사만 사용하는 경우에는 LBA 결과가 필요하지 않습니다.
- 좌굴 형상을 검토하고 초기 결함에 적합한 형상을 선택합니다.
- 설계 기준에 따라 초기 결함 진폭을 결정합니다.
- CHECK 탭의 속성 그리드 LBA+IMP 탭에 초기 결함을 입력합니다.
- 초기 결함의 두 가지 부호를 모두 고려하여 GMNIA를 실행하고, 가장 불리한 결과를 지배 결과로 채택합니다.
초기 결함의 유형과 정의
일반적으로 GMNIA에는 세 가지 유형의 초기 결함을 적용해야 합니다.
A. 구조의 전체(횡변위) 초기 결함
전체 초기 결함은 구조 전체가 완벽하게 수직일 수 없다는 사실을 나타냅니다. 기둥은 약간의 수직도 오차를 가지고 세워지고 지점은 완벽하게 수평이 아니므로, 해석 대상 전체가 약간 기울어진 상태에서 시작합니다. 이 초기 결함은 주로 횡변위에 민감한 구조에서 중요하며, 구조 전체의 수평 변위가 내력을 증가시킵니다. 두 가지 방법으로 정의할 수 있습니다.
전체 초기 결함의 정의 - "Simple inclination" 방법
단순 경사는 LBA 결과나 좌굴 형상 없이 구조 전체의 초기 기울어짐으로 전체 횡변위 초기 결함을 적용합니다. LBA+IMP 탭의 Global imperfection of the structure에서 경사 Dx와 Dy를 mm/m 단위로 정의합니다. 이는 높이 1 m당 전체 X 및 Y 방향의 수평 이동량입니다. 모든 노드는 Zero level [m] 위의 높이에 비례하여 선형으로 이동합니다. Zero level은 이동량이 0이 되는 위치이며, 일반적으로 기초 상단 또는 기둥 하단으로 설정합니다.
전체 초기 결함의 정의 - "Buckling shape" 방법
Buckling shape 방법은 MODEL 탭에서 정의한 경계 조건으로 계산한 LBA의 좌굴 형상에 배율을 적용한 조합으로 전체 초기 결함을 적용합니다. LBA+IMP 탭의 Global imperfection of the structure에서 Method를 Buckling shape으로 설정하고, 초기 결함이 있는 형상의 최대 편차인 Buckling shape imperfection amplitude [mm]를 입력하여 정의합니다.
표에는 각 하중 조합별 형상이 다음 항목과 함께 나열됩니다.
- Factor는 임계 하중 계수 αcr 로, 해당 좌굴 형상에서 구조의 탄성 좌굴을 일으키기 위해 설계 하중 조합을 증가시켜야 하는 배수입니다.
- Relevance [%]는 해당 좌굴 형상에서 구조가 얼마나 쉽게 변형되는지를 나타내는 척도입니다. 구조에서 변형되는 부분의 크기를 변형에 필요한 탄성 에너지와 비교합니다. 구조의 넓은 부분이 적은 에너지로 변형되는 형상은 높은 Relevance 값을 가지며, 구조의 작은 부분만 변형되거나 많은 에너지가 필요한 형상은 낮은 값을 가집니다.
- Weight [-1, 1]은 좌굴 형상을 초기 결함에 포함하고 그 방향을 설정하는 계수입니다. −1과 1 사이의 0이 아닌 값은 해당 형상을 활성화하며, 값의 부호가 변형 방향을 결정합니다. Weight는 입력한 Buckling shape imperfection amplitude [mm]에 곱해지므로, 형상은 Weight × 진폭의 크기로 적용됩니다. 셀이 비어 있거나 0이면 해당 형상은 사용되지 않습니다.
구조 전체가 횡방향으로 변위하는 형상을 선택합니다. 일반적으로 계수가 가장 낮고 Relevance가 높은 형상이며, Weight의 두 가지 부호를 모두 고려하여 GMNIA를 실행합니다.
B. 부재 초기 결함
부재 초기 결함은 개별 부재의 초기 휨 또는 비틀림과 압연 또는 용접에 의한 잔류 응력의 영향을 나타냅니다. LBA에서 얻은 해당 부재 좌굴 모드(휨, 비틀림, 비틀림-휨 또는 횡비틀림)의 형상으로 적용합니다. 횡변위에 민감한 구조에서는 부재 초기 결함을 전체 초기 결함과 조합하여 사용하며, 전체 초기 결함을 대체하여 사용하지 않습니다.
부재 초기 결함의 정의
부재 초기 결함은 추가 경계 조건을 적용한 LBA에서 얻은 좌굴 형상에 배율을 적용한 조합으로 적용합니다. 1D 보 요소로 모델링되고 CBFEM 부재에 연결된 모든 관련 부재의 단부에 X 및 Y 방향 지점을 추가합니다. 이 지점들은 전체 좌굴 형상이 나타나는 것을 방지하므로, 좌굴 형상은 연결점 사이에서 개별 부재의 좌굴을 나타냅니다. LBA+IMP 탭의 Member imperfection에서 Buckling shape imperfection amplitude [mm]로 정의합니다.
Member imperfection의 표는 앞서 설명한 전체 초기 결함의 표와 동일한 방식으로 작동합니다. 유일한 차이는 좌굴 형상이 추가 경계 조건을 적용한 LBA에서 얻어진다는 점입니다. 각 하중 조합(Loads)에 대해 좌굴 형상(Shape)이 임계 하중 계수(Factor, αcr) 및 Relevance [%]와 함께 나열됩니다. −1과 1 사이의 Weight는 해당 형상을 초기 결함에 포함하고 Buckling shape imperfection amplitude [mm]에 곱해지며, 그 부호가 방향을 결정합니다.
해석 대상 부재의 휨 좌굴, 비틀림 좌굴, 휨-비틀림 좌굴 또는 횡비틀림 좌굴을 나타내는 형상을 선택하고, Weight의 두 가지 부호를 모두 고려하여 GMNIA를 실행합니다.
C. 플레이트 초기 결함
플레이트 초기 결함은 웹, 플랜지 또는 스티프너와 같은 개별 플레이트의 초기 평탄도 불량을 나타냅니다. LBA에서 얻은 해당 국부 좌굴 모드의 형상으로 적용합니다.
플레이트 초기 결함의 정의
플레이트 초기 결함은 Member imperfection과 동일한 표에서 정의하며, 별도의 입력은 없습니다. 표에 플랜지 또는 웹의 국부 플레이트 좌굴을 나타내는 좌굴 형상이 있으면, 해당 형상에 0이 아닌 Weight를 설정하여 초기 결함에 포함합니다.
초기 결함 표시
CHECK 탭의 Imperfection 그룹에서는 3D 장면에 초기 결함을 표시하는 세 가지 방법을 제공합니다.
- LB shape는 현재 포커스가 있는 표와 행의 좌굴 형상을 표시합니다.
- Partial은 현재 표에 포커스가 있는 유형의 초기 결함(전체 또는 부재)을 표시합니다.
- Total은 포커스와 관계없이 모든 초기 결함의 합을 표시합니다. 이것이 GMNIA에 입력되는 초기 결함이 있는 형상입니다.
설계 기준에 따른 초기 결함 진폭
각 설계 기준에는 GMNIA 해석을 위해 Stability에 입력하는 초기 결함을 결정하는 방법이 제시되어 있습니다. 아래는 Eurocode에 기술된 정의입니다.
전체(횡변위) 초기 결함
구조의 전체 초기 결함은 EN 1993-1-1, 5.3.2(3)항에 기술되어 있습니다. 구조는 다음 그림에 따라 등가 횡변위 초기 결함의 형태로 기울어져야 합니다.
등가 횡변위 초기 결함(EN 1993-1-1 – 그림 5.2)
초기 결함의 각도는 다음과 같습니다.
여기서:
- ϕ0 = 1/200 – 초기 결함의 기본값
- – 기둥에 적용되는 높이 h에 대한 감소 계수
- h – 구조의 높이(m)
- – 한 열의 기둥 수에 대한 감소 계수
- m – 한 열의 기둥 수. 검토하는 수직 평면에서 기둥 평균값의 50 % 이상인 수직 하중 NEd를 받는 기둥만 포함합니다.
부재 초기 결함
부재의 국부 초기 결함은 EN 1993-1-1, 5.3.2(3)항에 기술되어 있습니다. 초기 결함 진폭 e0 는 표 5.1에서 계산하며, 이 경우 소성 해석을 사용해야 합니다.
탭에서 좌굴 곡선을 결정하려면 IDEA StatiCa 부재 모듈의 LBA 해석에서 표시된 좌굴 형상을 바탕으로 다음 중 어느 경우에 해당하는지 판단해야 합니다.
- 부재가 주로 압축을 받는 경우로 휨 좌굴, 비틀림 좌굴 또는 비틀림-휨 좌굴이 예상되며, 표 6.2를 사용합니다.
- 또는 부재가 주로 휨을 받는 경우로 주된 파괴 모드가 횡비틀림 좌굴이며, 표 6.4를 사용합니다.
국부 플레이트 초기 결함
진폭은 EN 1993-1-5, C.5항을 따릅니다. 세장한 플레이트의 경우 국부 초기 결함은 플레이트 패널의 짧은 경간의 1/200입니다. 세장한(4등급) 단면의 경우 국부 좌굴과 부재 좌굴이 상호작용할 수 있도록 최소 두 개의 좌굴 모드를 조합해야 합니다.
초기 결함의 방향
각 초기 결함은 양(+)의 방향과 음(−)의 방향 모두에 적용해야 하며, 더 불리한 결과가 지배합니다. 여러 초기 결함을 조합하는 경우에는 방향의 모든 조합을 계산해야 합니다.
