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지원 센터이론적 배경강구조 연결 구성요소 검토 (HKG)
강구조 연결 구성요소 검토 (HKG)
SteelConnection designTheoretical backgroundHKG (Hong Kong)Connection

강구조 연결 구성요소 검토 (HKG)

이 문서는 다음 언어로도 제공됩니다
ENCZDEESFRITPTHUROKRPLTHTRVIZH
AI가 영어에서 번역했습니다

볼트, 프리로드 볼트 및 용접은 Code of Practice for the Structural Use of Steel 2011 (CoP – SUoS)에 따라 검토됩니다. 지압 콘크리트는 Code of Practice for Structural Use of Concrete 2013 (CoP – SUoC)에 따라 설계됩니다.

홍콩 코드에 따른 플레이트 규정 검토

결과적인 등가 응력(HMH, von Mises)과 소성 변형률이 플레이트에서 계산됩니다. 이선형 재료 다이어그램에서 설계 항복강도 pyp_ypy​(조항 3.1.2)에 도달하면 등가 소성 변형률 검토가 수행됩니다. 한계값 5%는 Eurocode(EN 1993-1-5 부록 C, 조항 C8, 주석 1)에서 제안된 값입니다. 이 값은 코드 설정에서 수정할 수 있으나, 검증 연구는 이 권장값을 기준으로 수행되었습니다. 

플레이트 요소는 5개의 층으로 나뉘며, 각 층에서 탄성/소성 거동이 검토됩니다. 프로그램은 모든 층 중 가장 불리한 결과를 표시합니다.

응력은 설계 항복강도보다 약간 높을 수 있습니다. 그 이유는 계산의 안정성을 향상시키기 위해 해석에 사용되는 응력-변형률 다이어그램의 소성 구간이 약간 기울어져 있기 때문입니다.

py=min⁡{Ysγm1,Usγm2}p_y = \min \left \{ \frac{Y_s}{\gamma_{m1}}, \frac{U_s}{\gamma_{m2}} \right \}py​=min{γm1​Ys​​,γm2​Us​​}

여기서:

  • pyp_ypy​ – 설계 항복강도
  • YsY_sYs​ – 특성 항복강도
  • UsU_sUs​ – 최소 인장강도
  • γm1\gamma_{m1}γm1​ – 재료 계수(표 4.1); 기본값 γm1=1\gamma_{m1} = 1γm1​=1, 코드 설정에서 수정 가능
  • γm2\gamma_{m2}γm2​ – 재료 계수(표 4.1); 기본값 γm2=1.2\gamma_{m2} = 1.2γm2​=1.2, 코드 설정에서 수정 가능

홍콩 코드에 따른 용접 규정 검토

맞대기 용접

완전 용입 맞대기 용접이 적용되며, 그 저항력은 모재와 동등한 것으로 간주됩니다 – Cl. 9.2.5.2.1.

필릿 용접

필릿 용접은 Cl. 9.2.5.1.6에 따른 간편법으로 설계됩니다. 

fw≤pwf_w \le p_wfw​≤pw​

  • fw=σ⊥2+τ⊥2+τ∥2f_w = \sqrt{\sigma_\perp ^2 + \tau_\perp ^2 + \tau_\parallel ^2}fw​=σ⊥2​+τ⊥2​+τ∥2​​ – 모든 방향에서 용접 목 부분의 응력 벡터 합
  • pwp_wpw​ – Table 9.2a 및 9.2b에 따라 결정된 필릿 용접의 설계값 강도; Table 9.2a 및 9.2b에서 다루지 않는 경우:
    • pw=min⁡{0.5Ue,0.55Us}p_w = \min \{0.5 U_e, 0.55 U_s\}pw​=min{0.5Ue​,0.55Us​} – EN 강재에 EN 용접봉을 사용하는 경우
    • pw=0.38min⁡{Ue,Us}p_w = 0.38 \min \{U_e, U_s\}pw​=0.38min{Ue​,Us​} – 기타 경우
  • UeU_eUe​ – 용접봉의 최소 인장 강도
  • UsU_sUs​ – 최소 인장 강도

필릿 용접의 유효 길이는 Cl. 9.2.5.1.3에 따라 2⋅s2\cdot s2⋅s만큼 감소되며, 여기서 sss는 a⋅2a\cdot \sqrt{2}a⋅2​와 동일하게 가정된 필릿 용접 다리 크기입니다.



용접봉
강재 등급354250
S 275220220220
S 355220250250
S 460220250280
강재 등급용접봉설계값 강도
Q235E43160
Q345E50200
Q390, Q420E55220

Table 9.2a 및 9.2b: 설계값 강도 pwp_wpw​ [MPa]

용접봉최소 인장 강도 UeU_eUe​ [MPa]
35440
42500
50560
E43421.1
E50526.3
E55578.9

용접봉의 기본 최소 인장 강도 UeU_eUe​ [MPa]

용접 다이어그램은 다음 공식에 따른 응력을 나타냅니다:

σ=σ⊥2+τ⊥2+3τ∥2\sigma = \sqrt{\sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + 3 \tau_{\parallel}^2 }σ=σ⊥2​+τ⊥2​+3τ∥2​​

홍콩 코드에 따른 볼트 규정 검토

인장 볼트

볼트의 인장 저항력은 Cl. 9.3.7.1에 따라 다음과 같이 검토됩니다:

Pt=As⋅ptP_t = A_s \cdot p_tPt​=As​⋅pt​

여기서:

  • AsA_sAs​ – 인장 응력 면적
  • ptp_tpt​ – Table 9.8에서 얻은 인장 강도

프라잉 힘은 유한요소법 해석을 통해 고려됩니다.

전단력 볼트

볼트의 전단력 용량은 Cl. 9.3.6.1.1에 따라 다음과 같이 적용됩니다:

Ps=ps⋅AsP_s = p_s \cdot A_sPs​=ps​⋅As​

여기서:

  • psp_sps​ – Table 9.5에서 얻은 설계값 전단력 강도
  • AsA_sAs​ – 유효 전단력 면적; 나사산이 전단면에 걸리는 경우 As=AtA_s = A_tAs​=At​, 그렇지 않은 경우 AsA_sAs​는 생크의 단면적으로 적용
  • AtA_tAt​ – 인장 면적 

Cl. 9.3.6.1.6에 따라, 볼트가 공칭 직경 ddd의 1/3을 초과하는 두께 tpat_{pa}tpa​의 패킹을 통과하는 경우, 전단력 용량 PsP_sPs​는 다음 식으로 구한 저감 계수 βp\beta_pβp​를 곱하여 저감해야 합니다:

βp=9d8d+3tpa≤1\beta_p = \frac{9d}{8d+3t_{pa}} \le 1βp​=8d+3tpa​9d​≤1

인장과 전단력의 조합 볼트

인장과 전단력의 조합은 Cl. 9.3.8.1에 따라 다음과 같이 검토됩니다:

FsPs+FtotPt≤1.4\frac{F_s}{P_s} + \frac{F_{tot}}{P_t} \le 1.4Ps​Fs​​+Pt​Ftot​​≤1.4

여기서:

  • FsF_sFs​ – 볼트의 전단력
  • PsP_sPs​ – 볼트의 전단력 저항력
  • FtotF_{tot}Ftot​ – 프라잉 힘을 포함한 볼트에 작용하는 총 인장력
  • PtP_tPt​ – 볼트의 인장 저항력

지압 볼트

볼트의 지압 용량은 Cl. 9.3.6.1.2에 따라 다음과 같이 적용됩니다:

Pbb=d⋅tp⋅pbbP_{bb} = d \cdot t_p \cdot p_{bb}Pbb​=d⋅tp​⋅pbb​

여기서:

  • ddd – 볼트의 공칭 직경
  • tpt_ptp​ – 연결 플레이트의 두께
  • pbbp_{bb}pbb​ – Table 9.6에서 얻은 볼트의 지압 강도

각 플레이트는 개별적으로 검토되며 최악의 결과가 표시됩니다.

연결 부재의 지압 용량은 Cl. 9.3.6.1.3에 따라 다음 중 최솟값으로 적용됩니다:

Pbs=kbs⋅d⋅tp⋅pbsP_{bs} = k_{bs} \cdot d \cdot t_p \cdot p_{bs}Pbs​=kbs​⋅d⋅tp​⋅pbs​

Pbs=0.5⋅kbs⋅e⋅tp⋅pbsP_{bs} = 0.5 \cdot k_{bs} \cdot e \cdot t_p \cdot p_{bs}Pbs​=0.5⋅kbs​⋅e⋅tp​⋅pbs​

Pbs=1.5⋅lc⋅tp⋅Us≤2.0⋅d⋅tp⋅UbP_{bs} = 1.5 \cdot l_c \cdot t_p \cdot U_s \le 2.0 \cdot d \cdot t_p \cdot U_bPbs​=1.5⋅lc​⋅tp​⋅Us​≤2.0⋅d⋅tp​⋅Ub​

여기서:

  • kbsk_{bs}kbs​ – 구멍 계수:
    • 표준 구멍의 경우 kbs=1.0k_{bs} = 1.0kbs​=1.0
    • 과대 구멍 및 단슬롯 구멍의 경우 kbs=0.7k_{bs} = 0.7kbs​=0.7
    • 장슬롯 구멍의 경우 kbs=0.5k_{bs} = 0.5kbs​=0.5
  • ddd – 볼트 공칭 직경
  • tpt_ptp​ – 연결 플레이트 두께
  • pbsp_{bs}pbs​ – 연결 부재의 지압 강도
    • S275 등급 강재의 경우, pbs=460p_{bs} = 460pbs​=460 MPa
    • S355 등급 강재의 경우, pbs=550p_{bs} = 550pbs​=550 MPa
    • S460 등급 강재의 경우, pbs=670p_{bs} = 670pbs​=670 MPa
    • 기타 등급 강재의 경우, pbs=0.67(Us+Ys)p_{bs} = 0.67 (U_s+Y_s)pbs​=0.67(Us​+Ys​)
  • eee – 볼트 중심선에서 측정한 전단력 방향의 단부 거리
  • lcl_clc​ – 동일한 하중 전달 방향에서 구멍의 지압 단부와 인접 구멍의 근접 단부 사이의 순 거리
  • UsU_sUs​ – 연결 플레이트의 최소 인장 강도
  • YsY_sYs​ – 연결 플레이트의 특성 항복 강도
  • UbU_bUb​ – 볼트의 규정 최소 인장 강도

홍콩 코드에 따른 볼트 및 프리로드 볼트의 규정 검토

전단 내력

프리로드 볼트의 전단 내력은 Cl. 9.3.6.2에 따라 다음과 같이 결정됩니다:

PSL=0.9⋅Ks⋅μ⋅P0P_{SL} = 0.9 \cdot K_s \cdot \mu \cdot P_0PSL​=0.9⋅Ks​⋅μ⋅P0​

여기서:

  • KsK_sKs​ – 구멍 계수, 다음과 같이 적용
    • 표준 구멍의 경우 Ks=1.0K_s = 1.0Ks​=1.0
    • 과대 구멍의 경우 Ks=0.85K_s = 0.85Ks​=0.85
    • 슬롯 구멍의 경우 Ks=0.7K_s = 0.7Ks​=0.7
  • μ\muμ – 표 9.7에 따른 연결 부재 간 미끄럼 계수; 코드 설정에서 편집 가능
  • P0P_0P0​ – 관련 국제 또는 국내 기준에 명시된 볼트의 최소 증명 하중

인장과 전단력의 조합

인장과 전단력의 조합은 Cl. 9.3.8.2에 따라 다음과 같이 검토됩니다:

FsPSL+Ftot0.9⋅P0≤1.0\frac{F_s}{P_{SL}}+\frac{F_{tot}}{0.9\cdot P_0} \le 1.0PSL​Fs​​+0.9⋅P0​Ftot​​≤1.0

여기서:

  • FsF_sFs​ – 볼트의 전단력
  • PSLP_{SL}PSL​ – 프리로드 볼트의 미끄럼 내력
  • FtotF_{tot}Ftot​ – 프라잉 힘을 포함한 볼트에 작용하는 총 인장력
  • P0P_0P0​ – 프리로드 볼트의 규정 최소 증명 하중

홍콩 코드에 따른 콘크리트 블록의 규정 검토

지압 상태의 콘크리트

지압 상태의 콘크리트는 CoP – SUoS – Cl. 9.4.1에 따라 다음과 같이 검토됩니다:

σ≤w\sigma \le wσ≤w

여기서:

  • σ\sigmaσ – 유효 면적 AeffA_{eff}Aeff​에서의 평균 압축 응력으로, 다음 두 면적의 교차 영역입니다:
    • ACMA_{CM}ACM​ – 순수 압축에 대해 Cl. 9.4.1에 따라 결정된 유효 면적
    • AFEMA_{FEM}AFEM​ – 유한요소해석으로 결정된 콘크리트와 접촉하는 베이스 플레이트 하부 면적
  • w=0.6fcuw = 0.6 f_{cu}w=0.6fcu​ – 집중 하중에 대한 콘크리트 압축 저항력 
  • fcuf_{cu}fcu​ – 콘크리트 최소 특성 압축 강도

유효 면적 ACMA_{CM}ACM​은 베이스 플레이트에 용접된 스티프너를 포함한 강재 부재의 면적에 겹침 길이 ccc를 더한 면적입니다:

c=tppyp3wc = t_p \sqrt{\frac{p_{yp}}{3w}}c=tp​3wpyp​​​

여기서:

  • tpt_ptp​ – 베이스 플레이트 두께
  • pypp_{yp}pyp​ – 베이스 플레이트의 설계 항복 강도

압축 구역 하부의 압력은 균등 분포로 가정합니다.

전단력 전달

베이스 플레이트에서의 전단 작용은 다음을 통해 기둥에서 콘크리트 기초로 전달되는 것으로 가정합니다:

  1. 베이스 플레이트와 콘크리트/그라우트 사이의 마찰
  2. 전단 키
  3. 앵커 볼트

앵커

앵커의 인장력에는 프라잉 힘이 포함되며, 유한요소해석으로 결정됩니다.

앵커는 소프트웨어에서 검토되지 않습니다.

홍콩 코드에 따른 볼트 및 용접 상세

볼트

볼트 최소 간격은 Cl. 9.3.1.1에 따르며: 볼트 중심 간 거리는 2.5⋅d2.5 \cdot d2.5⋅d보다 커야 하며, 여기서 ddd는 볼트의 공칭 직경입니다.

볼트 중심선에서 측정한 최소 단부 거리는 Table 9.3에 따릅니다:

볼트 크기최소 단부 거리 [mm]
M1218
M1622
M1824
M2026
M2228
M24 이상1.25⋅d1.25 \cdot d1.25⋅d

용접

필릿 용접의 최소 다리 크기는 Table 9.1에 따라 검토됩니다.

가장 두꺼운 부재의 두께 [mm]최소 다리 길이 [mm]최소 목 두께 [mm]
t≤6t \le 6t≤632.121
6<t≤136 < t \le 136<t≤1353.536
13<t≤1913 < t \le 1913<t≤1964.243
19>t19 > t19>t85.657


홍콩 코드에 따른 내력 설계

홍콩 기준에서는 내력 설계가 요구되지 않습니다.

홍콩 코드에 따른 강성 분류

접합부는 접합부 강성에 따라 다음과 같이 분류됩니다:

  • 강체 – 부재 사이의 원래 각도 변화가 미미한 접합부,
  • 반강체 – 신뢰할 수 있고 알려진 수준의 휨 구속을 제공할 수 있는 것으로 가정되는 접합부,
  • 힌지 – 휨 모멘트가 발생하지 않는 접합부.

접합부는 EN 1993-1-8 – Cl. 5.2.2에 따라 분류됩니다.

  • 강체 – Sj,iniLbEIb≥kb\frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_bEIb​Sj,ini​Lb​​≥kb​
  • 반강체 – 0.5<Sj,iniLbEIb<kb0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b0.5<EIb​Sj,ini​Lb​​<kb​
  • 힌지 – Sj,iniLbEIb≤0.5\frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5EIb​Sj,ini​Lb​​≤0.5

여기서:

  • Sj,ini – 접합부의 초기 강성; 접합부 강성은 Mj,Rd의 2/3까지 선형으로 가정됨
  • Lb – 해석 대상 부재의 이론적 길이; 부재 속성에서 설정
  • E – 영(Young)의 탄성계수
  • Ib – 해석 대상 부재의 단면 2차 모멘트
  • kb = 8: 가새 시스템이 수평 변위를 80% 이상 감소시키는 골조; kb = 25: 기타 골조(단, 모든 층에서 Kb/Kc ≥ 0.1인 경우). 사용자가 코드 설정에서 "가새 시스템"을 설정하지 않는 한 kb = 25가 사용됩니다.
  • Mj,Rd – 접합부 설계값 모멘트 저항
  • Kb = Ib / Lb
  • Kc = Ic / Lc