이 검증 연구는 IDEA StatiCa Member 애플리케이션을 위해 수행되었습니다. 목표는 LBA 및 GMNIA 결과가 정확하고 모든 쉘 요소와 구성 요소의 유한요소가 올바르게 작동하는지 확인하는 것이었습니다. 모델의 형상은 브르노 공과대학교 AdMaS 센터에서 수행된 실험을 기반으로 하였습니다.
수치 모델은 유한요소법 해석을 위한 범용 상용 소프트웨어인 ANSYS에서 작성되었습니다. S235 강종의 길이 3.3 m인 IPE 180 보를 사용하였습니다. 두 가지 경계 조건을 검토하였습니다:
- 고정단 – 한쪽 끝의 모든 노드가 고정(모든 자유도 구속)되고, 반대쪽 끝은 보의 종방향 이동만 허용되는 동일한 조건
- 힌지단 – 보 복부의 노드만 구속(횡방향 회전 허용; 한쪽 끝은 모든 변위 고정, 반대쪽 끝은 보의 종방향 이동 허용)
스티프너는 수직축으로부터 60도 경사지게 배치되었습니다. 두 개의 스티프너는 상호 간격을 변화시키며 대칭으로 배치되었습니다. 용접은 모델링하지 않았으며, 인접한 메시의 노드는 직접 병합되었습니다.
ANSYS에서는 선형 정적 해석, 선형 좌굴 해석, 그리고 기하학적·재료적 비선형 불완전성 해석이 수행되었습니다. 불완전성은 L/300으로 설정되었으며, 여기서 L은 부재 길이(3.3 m)입니다.
소성 변형률은 다음 그림에서 확인할 수 있습니다:
해당 모델은 IDEA StatiCa Member에서 작성되었습니다. 관련 부재의 단면은 해석 대상 보에 비해 매우 크고 짧게 선택하여 결과에 영향을 미치지 않도록 하였습니다.
결과 비교는 아래 표에 나타나 있습니다. FRd는 GMNIA로 산정된 횡비틀림 좌굴 저항력, wy는 최대 도달 하중에서의 보 중앙 스팬의 횡방향 처짐, Fcr은 LBA로 산정된 임계 좌굴 하중입니다. 스티프너 위치는 IDEA StatiCa Member에서 좌측 노드로부터의 스티프너 X 위치를 나타냅니다.
| GMNIA | LBA | ||||||
| FRd [kN] | FRd [kN] | wy [mm] | wy [mm] | Fcr [kN] | Fcr [kN] | ||
| 경계 조건 | 스티프너 위치 | ANSYS | MEMBER | ANSYS | MEMBER | ANSYS | MEMBER |
| 고정단 | 1550,2050 | 56.79 | 56.97 | 22.07 | 23.30 | 104.4 | |
| 1250,2350 | 61.56 | 63.27 | 21.36 | 21.40 | 121.5 | ||
| 550,3050 | 60.21 | 60.84 | 18.46 | 19.70 | 122.4 | ||
| 힌지단 | 1550,2050 | 38.39 | 40.77 | 33.69 | 36.10 | 57.0 | 55.8 |
| 1250,2350 | 41.52 | 43.92 | 32.60 | 30.40 | 64.8 | 63.9 | |
| 550,3050 | 44.01 | 47.07 | 22.40 | 23.60 | 82.6 | 81 |
두 소프트웨어의 결과는 매우 근접하게 일치합니다. IDEA Member는 임계 좌굴 하중이 약간 낮고 횡비틀림 좌굴 강도는 약간 높게 나타납니다.
이 차이는 주로 스티프너 모델링 방식에 기인합니다. ANSYS에서는 플레이트 중심선에서 노드가 병합되지만, Member에서는 스티프너가 더 짧습니다. 스티프너는 플레이트 표면에서 끝나고 간격은 용접으로 채워집니다. 그 결과 IDEA Member의 짧은 플레이트가 ANSYS의 긴 플레이트보다 약간 더 강성이 높게 나타납니다.