앵글 단면은 경제성과 제작 용이성으로 인해 구조 공학에서 널리 사용됩니다. 하지만 앵글을 사용하는 경우 굽힘, 특히 제한 없는 굽힘, 심각한 문제가 발생합니다. 벽돌 상인방과 같은 개구부 위의 하중을 지지하기 위해 자주 선택되지만, 비틀림 불안정성 그리고 복잡한 스트레스 반응 위험한 선택을 하게 만듭니다.
이 기사에서는 각도 섹션이 굽힘에서 어떻게 동작하는지, 두 가지 모두에 대한 설계 지침의 한계에 대한 자세한 개요를 제시합니다. BS 5950 그리고 유로코드 3(EN 1993-1-1)그리고 왜 대체 프로필이 종종 더 안정적이고 구조적으로 안전한 솔루션인지에 대한 설명입니다.
1.0일반적인 응용 분야: 개구부 위로 구부러지는 각도
굽힘 부분의 각도 단면은 주택 건축에서 문과 창문 개구부 위의 석조물을 지지하는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 세부 사항은 간단해 보일 수 있지만, 편심 하중 그리고 비틀림 거동 외관 균열 등 서비스 문제로 이어질 수 있습니다.
주요 구조적 과제는 특히 측면 구속이 완전히 이루어지지 않은 상태에서 굽힘을 받을 때 발생합니다. 각도의 압축된 다리는 평면에서 벗어나 휘어지는 경향이 있습니다., 회원에게 발생 트위스트. 이 현상은 전형적인 수직 하중의 편심 적용이는 수직 및 수평 축을 중심으로 모멘트를 생성합니다.
2.0비틀림 효과: 중공 섹션이 더 바람직한 이유
편심 하중을 받는 모든 구조 부재는 비틀립니다. 이는 각도에만 국한되지는 않지만 각도 섹션의 낮은 비틀림 강성 특히 취약해집니다. 그런 경우에는 다음을 사용합니다. 닫힌 중공 섹션 (정사각형 또는 직사각형 HSS와 같은) HSS는 더 나은 대안을 제공합니다. 이러한 단면은 비용이 더 많이 들고 연결부에 더 복잡한 세부 작업이 필요할 수 있지만, 비틀림 변형 감소 종종 그만한 가치가 있는 거래입니다.
주택의 증축이나 상부보와 같은 실제 적용 분야에서 폐쇄형 단면은 내구성을 크게 향상시키고 완성된 구조물의 눈에 띄는 결함을 최소화할 수 있습니다.
3.0압축의 각도 단면: 보다 예측 가능한 동작
각 단면이 압축에 사용될 때(예: 트러스의 일부) 그 거동은 잘 알려져 있습니다. 장축이나 단축을 중심으로 좌굴하는 것과 달리, 각 단면은 주축: 그 유-유 그리고 브-브 축. 이로 인해 각도의 각 다리가 자체 평면 밖 방향으로 좌굴을 시도하여 좌굴의 비틀림 모드.
다음과 같은 디자인 코드 BS 5950 조항 4.7.10 그리고 EN 1993-1-1 섹션 BB.1.2 이 모드를 기반으로 세장비를 계산하는 공식을 제공합니다. 계산은 비틀림 효과를 조정하고 각도가 끝 구속이는 좌굴 성능에 상당한 영향을 미칩니다.
4.0굽힘의 각도 단면: 코드 지침의 제한 사항
BS 5950 굽힘 설계 지침
BS 5950의 조항 4.3.8은 다음을 모두 제공합니다. 기초적인 그리고 단순화된 방법 계산을 위해 좌굴 저항 모멘트(Mb) 각도 단면의 경우. 단순화된 방법은 다음으로 제한됩니다. x-x 축을 중심으로 동일한 각도가 구부러짐일반적으로 창문 개구부와 같이 여러 구간에 걸쳐 수직 하중이 가해집니다.
BS 5950 단순화된 방법을 사용한 샘플 계산:
주어진:
단면: 150×150×12mm
스팬: 4m
강철 등급: S275
ε = 1.0 (강재 항복 강도 기준)
회전 반경(rv) = 29.5mm
단면 계수 Zx = 67.7×10³ mm³
단순화된 공식은 다음과 같습니다.
이 결과는 저항이 상대적으로 낮음을 보여주며, 이 접근 방식의 한계를 이해하는 것이 중요함을 강조합니다.
EN 1993-1-1(유로코드 3) 접근 방식: 더 복잡하고 덜 직접적
유로코드는 각도의 굽힘 저항을 평가하는 직접적인 방법을 제공하지 않습니다. 대신, 적용된 굽힘 모멘트를 다음과 같이 분해할 것을 권장합니다. 주축(u–u 및 v–v) 그리고 회원을 검증하여 상호작용 방정식. 이렇게 하면 특히 각도가 다를 경우 복잡성이 커집니다.
핵심 단계는 다음을 계산하는 것입니다. 상대적 날씬함:
람다_LT = (0.72 × v_a × f_y) / (E × phi_a × 람다_v)
어디:
- 람다_LT 는 측면-비틀림 세장비입니다
- 브_아 전단 보정 계수입니다
- f_y 재료의 항복 강도입니다
- 이자형 탄성계수이다
- 피_아 세장비수(일반적으로 3.77)입니다.
- 람다_v 전단 세장비(예: L / r_v)입니다.
어디:
φₐ는 세장비수(일반적으로 3.77)입니다.
vₐ는 λᵥ와 모노대칭 지수 ψₐ를 기반으로 하는 공식을 사용하여 유도됩니다.
λᵥ = L / rᵥ = 4000 / 29.5 = 135.6
동일한 각도(ψₐ = 1)의 경우 다음이 생성됩니다.
vₐ ≈ 0.984 → λ_LT = 0.580 → χ_LT = 0.724
2차 단면 모멘트와 탄성 계수를 사용하여:
Iu = 1170cm⁴
최대 광섬유 거리 = 106mm
우 = (1170 × 10⁴) / 106 = 110 × 10³ mm³
Mb = 0.724 × 275 × 110 × 10³ = 21.9kNm
5.0상호작용 검사: BS 5950과 유로코드 비교
14kNm의 적용 모멘트가 주축에 동일하게 분해된다고 가정합니다.
주어진:
Mu = Mv = 9.9 kNm
Wv = 52 × 10³ mm³
우 = 110 × 10³ mm³
유로코드 상호 작용 확인:
BS 5950 상호작용 확인:
좌굴 저항 Mb = 26 kNm 사용:
상호작용 = 1.07 ✓ 수용 가능하지만 경계선에 있음
단순화된 방법 사용(Mb = 13.9 kNm):
상호작용 = 1.01 ✘ 한도 초과
6.0동일하지 않은 각도 섹션: 복잡성과 제한 사항 증가
각도 섹션에 대한 제작 고려 사항
굽힘 가공 시 앵글 단면을 사용하는 것은 구조적으로 복잡할 뿐만 아니라, 특히 정밀한 구멍 배치, 끝단 가공 또는 노칭이 필요한 경우 제작 과정에서 어려움이 따릅니다. 특히 각도가 일정하지 않거나 복잡한 연결 부위의 정확한 수정을 위해 제작자들은 종종 철근 가공기를 사용합니다. 이러한 기계는 단일 설정으로 강철 앵글의 효율적인 전단, 펀칭, 코핑 작업을 가능하게 하여 반복성을 보장하는 동시에 시간을 절약합니다.
판이나 거셋에 깔끔하게 연결하기 위한 앵글을 준비하는 경우처럼 미세한 디테일 작업이나 내부 모서리 절단이 필요한 작업에는 판금 코너 노처가 자주 사용됩니다. 이 공구를 사용하면 정밀한 모서리 트리밍이 가능하여 조립 시 더욱 정확한 맞춤 및 정렬이 가능합니다. 적절한 제작 장비를 사용하면 효율성이 향상될 뿐만 아니라 설계 시 예상했던 구조적 성능이 설치까지 유지됩니다.
BS 5950 단순화된 방법을 허용하지 않습니다 각도가 같지 않은 경우. 설계자는 기본 방법을 사용하고 모멘트를 다음과 같이 해결해야 합니다. 주축중심 위치, I u 및 I v 와 같은 속성은 게시된 표에서 찾을 수 있지만 추가 정보가 필요합니다. 삼각법, 모노대칭 지수 계산, 그리고 유효 단면 계수 결정.
날씬한 다리의 경우, 섹션 분류가 중요해집니다.
BS 5950 3등급 제한: 15ε
유로코드 3등급 제한: 14ε (c/t 기준)
예를 들어, c ≈ 128 mm인 150×10 mm 다리는 다음과 같습니다.
c/t = 12.8 < 14ε = 12.9 → 그저 수용 가능
구조 설계와 작업장 제작 연결
특히 하중에 민감한 응용 분야에서 각도 단면의 성공적인 구현은 이론적 설계뿐만 아니라 실제 제작 정확도에도 달려 있습니다. 구조 부재에 정밀한 절단, 노칭 또는 펀칭이 필요한 경우, 특히 맞춤형 또는 단거리 응용 분야에서는 적절한 장비를 사용하는 것이 필수적입니다. 다음과 같은 도구 철공 기계 그리고 판금 코너 노처 일반적으로 각형 강철을 효율적이고 정확하게 준비하는 데 사용되어 현장 수정을 줄이고 설계 의도를 더 잘 준수할 수 있습니다.
섹션이 있는 경우 4학년, 더 많은 복잡성이 발생합니다.
사용 유효 단면 속성 (유로코드) 또는
의 응용 프로그램 설계 강도 감소 (BS 5950)
결합된 경우 굽힘 및 축 하중, 이는 비실용적으로 복잡해질 수 있습니다.
7.0결론: 굽힘 각도는 주의해서만 사용하세요
이 기술 리뷰에서는 두 가지 중요한 설계 원칙을 강조합니다.
- 각도는 중요한 순간을 전달하는 데 적합하지 않습니다.—특히 구속되지 않은 경우 더욱 그렇습니다. 편심 또는 횡하중 하에서 발생하는 비틀림 거동은 성능을 심각하게 제한하고 외관 균열과 같은 사용성 불량으로 이어질 수 있습니다.
- 불균등한 각도를 설계하는 것은 노동 집약적이며 오류가 발생하기 쉽습니다.특히 4등급 섹션이나 결합된 하중 시나리오를 처리할 때 그렇습니다.
권장 사례:
사용 등각 단면 최소한 3학년 횡단면.
제한되지 않은 굽힘 상황의 경우 다음으로 대체하는 것을 고려하십시오. 비틀림 강성 섹션, 예를 들어 중공 단면 또는 아이빔.
