연결 유형: 이중 앵글 클리트 연결
단위 체계: 미터법
설계 기준: AS 4100
검토 항목: 볼트, 모재
플레이트 재료: Grade 300
볼트: M20 Grade 8.8
예제 출처: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Chapter 9.4.1.1
형상
보 UB 406×178×60은 두 개의 앵글 L100×6을 사용하여 기둥 UC 254×254×89에 연결됩니다.
M20 볼트 Grade 8.8이 70 mm 간격으로 선택됩니다.
적용 하중
보에는 190 kN의 전단력이 작용합니다. 보수적인 설계를 위해, 보 복부의 볼트 설계 시 전단력은 기둥 면의 위치에서 적용되어야 하며, 이로 인해 볼트 군에 휨 모멘트도 함께 작용합니다 – 130 mm 위치에서 힘을 선택합니다. 앵글 및 기둥 면의 볼트 군 설계를 위해서는 전단력이 보 복부 볼트의 무게 중심 위치에서 적용되어야 합니다 – 볼트에서 힘을 선택합니다.
수계산과 IDEA StatiCa의 비교
B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – Chapter 9.4.1.1의 결과를 수계산으로 사용합니다.
보 복부의 연결
볼트 군에는 190 kN의 전단력과, 기둥 면에서의 적용 하중 위치와 보 복부 볼트 군의 무게 중심 사이의 거리에서 발생하는 휨 모멘트 190 kN × 65 mm = 12.35 kNm가 작용합니다. 볼트의 최대 힘은 71.1 kN으로 계산되었습니다. IDEA의 결과는 아래 그림에 나타나 있습니다. 화살표는 볼트 힘에 대한 플레이트의 반력을 나타냅니다.
최대 힘은 볼트 B4에 작용하며, 각 전단면은 36.3 kN을 전달합니다. 즉, 전체 볼트는 2 × 36.3 = 72.6 kN을 전달하며, 이는 수계산 결과와 매우 근접합니다.
볼트 저항력은 AS 4100의 공식을 사용하므로 완벽하게 일치합니다. 예를 들어, 볼트 전단 저항력 검토(각 전단면은 별도로 검토됨):
수계산에서의 인열 저항력은 전단력을 플레이 엣지 방향으로 직접 분해합니다. 반면, IDEA StatiCa는 공식에서 벡터 방향을 사용합니다. 각 볼트에 대해 가장 결정적인 검토만 표시됩니다.
IDEA StatiCa의 볼트는 플레이트 변형으로 인해 소규모 인장력도 받습니다. 이러한 힘은 수계산에서는 무시됩니다.
기둥 플랜지에 대한 연결
기둥 플랜지의 볼트 검토를 위해, 힘은 보 복부 볼트의 무게 중심에서 적용됩니다. 볼트에는 상당한 인장력이 작용하며, 이는 앵글의 변형에도 결정적인 영향을 미칩니다. 소성 변형률은 아래 그림에 나타나 있습니다. 소성 변형률 한계는 유럽 기준 EN 1993-1-5에 따라 5 %입니다.
최대 인장력은 볼트 상단 열인 B8과 B12에 작용합니다. 전단력만 받고 휨 모멘트가 없는 볼트 B1–B4의 전단력 감소에 주목하십시오. 볼트 B5–B12의 전단력은 수계산보다 높습니다: Vf* = 190 / 8 = 23.75 kN. 이 차이는 앵글의 상당한 변형으로 인해 발생하며, 이는 전단력의 기울기도 유발합니다.
접합부 설계 저항력
하중 저항력의 여유는 접합부 설계 저항력 분석 유형을 통해 확인할 수 있습니다. 앵글의 항복으로 인해 여유가 낮습니다. 접합부는 하중 계수 103.4 %, 즉 전단력 Vf* = 196.5 kN에서 파괴됩니다.
강성
연결의 강성은 분석 유형을 "강성"으로 설정하고, 보를 분석 부재로 설정하며, 분석 부재의 올바른 "이론적 길이"(일반적으로 기둥 중심 간 보 스팬)를 설정하여 결정할 수 있습니다. 소프트웨어는 설정된 하중에서의 할선 강성과 모멘트-회전 다이어그램이 선형으로 가정되는 2/3 Mj,Rd까지의 초기 강성을 계산합니다. 접합부는 초기 강성 Sj,ini에 따라 분류됩니다.
결론
IDEA StatiCa Connection은 수계산과 유사한 결과를 제공합니다. 전단 하중의 위치를 결정하는 데 엔지니어링적 판단이 필요하지만, 모든 검토는 신속하고 자동으로 수행됩니다. 볼트의 힘은 플레이트의 변형에 영향을 받으며, 플레이트가 항복하는 경우 그 차이가 클 수 있습니다. 이러한 이유로 구성 요소에 작용하는 힘은 일반적으로 소변형 가정에 기반한 수계산보다 높습니다.