Transcript 하향식피난구 구조해석결과(전북대학교 공과대학 소음진동실)

하향식 피난기구 구조해석
2013.11.11
전북대학교 소음진동실
하향식 피난기구 구조해석
하향식 피난기구 분석
1. 하향식 피난기구 3차원 구조 분석
1) 2개의 H-Beam, 보강대를 기초로 피난을 위한 공간 설계 및 아파트에 설치되는 구조임
2) 최소 허용 하중 300kg를 만족시킬 수 있는 구조물로 설계되어야 함
2. 피난기구 적용 재질 물성 조사
1) SS440 및 SUS304 재질에 대한 물성 조사를 바탕으로 해석프로그램에 적용
Materials
Density
SS440
SUS304
7,860kg/m3
8,000kg/m3
Young’s Modulus
190 - 210GPa
190GPa
Tensile Strength
400 - 510MPa
520MPa
Yield Strength
205 - 245MPa
240MPa
Poisson’s Ratio
0.26
0.27-0.30
H-Beam 자체 Stress 분석 및 최종 구성품의 Stress 분석을 통한 구조물의 안전성 평가 필요
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H-Beam 단품 Stress
1. H-Beam Mesh 설정
1) 유한요소해석을 위한 Mesh 설정 수행 (Node 425,852EA, Elements 232,650)
2. H-Beam 경계 및 하중조건 설정
2) 건물 외벽 고정을 위한 100mm 부위 전체를 Fix 시키고 구조물에 자중(중력가속도) 및 300kg(3,000N)의 수직하중 부여함
Fix
3,000N 수직하중
중력가속도 9.8m/s2
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H-Beam 단품 Stress
3. H-Beam Stress 분포-1
1) 최대 83MPa의 Stress가 적용되며 평균적으로 10MPa 정도로 낮은 Stress 가 분포함
2) H-Beam 가운데 세로 축을 경계로 단면에 집중응력이 발생됨
3) H-Beam SS41의 Yield Strength 240MPa 대비 83MPa으로 Safety Factor 2.8임
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H-Beam 단품 Stress
3. H-Beam Stress 분포-2
집중 응력 발생구간
1) 구조물이 고정되는 경계 부위에서 최대 83.4MPa의 Stress 분포함
2) 고정되는 부위 근처에서 다른 구간 대비 높은 Stress 거동을 보이고 있음
집중 응력 발생구간
3) 3.2t(세로 Beam 4.5t) H-Beam은 3,000N의 수직하중에 안전한 것으로 사료됨
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2mm Top Plate Stress
1. Top Plate 두께 2mm 적용 하향식 피난기구 Stress 분석-1
1) 각각의 부품이 최종 조립된 하향식 피난기구 전체에 대하여 해당 하중 적용 시 발생되는 Stress 거동 분석 필요함
2) H-Beam과 Top Plate는 서로 Bonded Contact으로 결합되어있다고 가정하고 Top Plate에 수직하중 3,000N 및 중력 9.8m/s2 부여함
Fastened Connection
3) Top Plate 두께 2mm 적용 시 전체 구조물에 발생되는 Stress 분포에 대한 해석 수행함
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2mm Top Plate Displacement
1. Top Plate 두께 2mm 적용 하향식 피난기구 Stress 분석-2
1) Top Plate와 H-Beam 경계 부근에서 최대 96.4MPa의 Stress 거동을 보임
2) 해석 결과 Top Plate 재질인 SUS304 재질의 Yield Strength 240MPa 대비 Safety Factor 2.4 정도임
3) 피난기구 특성상 Top Plate에 사람이 위치하고 있어 수직방향의 처짐량 해석도 수반되어야 함
2. Top Plate 두께 2mm 적용 하향식 피난기구 Displacement 분석
1) 해당 하중 적용 시 Top Plate 중앙 부위에 수직 방향으로 8.03mm 처짐이 발생됨
Fastened Connection
2) 하향식 피난기구 구조상 하단으로 내려가기 위한 피난구의 Gate 적용 시 Stress 및 Displacement 증가가 예상됨
2mm 두께의 Top Plate에 피난구 Gate 적용에 따른 Stress 및 Displacement 변화 해석 필요함
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최종 하향식 피난기구 Stress 분석
1. Top Plate Gate Model 적용
1) Top Plate에 하단으로 내려가기 위한 Gate가 적용된 상세 Modeling 필요
2) Top Plate에 Gate 적용 후 해당 하중 적용 시 발생되는 Stress 및 수직방향 Displacement 해석 필요함
Fastened Connection
Gate Cover 적용
3) Top Plate 좌측에 Gate Hole 적용 및 Gate Cover(615mmx615mmx2mm)적용 후 해당 경계조건 및 하중조건 부여
4) Gate Cover 하단에 보강대 없이 순수 Contact 및 Sliding 조건 시 해당 3,000N 하중 및 중력가속도 부여 시 분포되는 Stress 분석
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최종 하향식 피난기구 Stress 분석
2. Top Plate Gate Stress 분포
1) Top Plate 좌측 Gate Cover 경계 부위에서 최대 101MPa의 집중 응력 발생됨
2) SUS304 재질 240MPa의 Yield Strength 대비 Safety Factor 2.4 정도로 구조적으로 안전함
3) 고층 건물 외벽에 존재 및 피난기구 특성상 좀더 높은 Safety Factor를 만족하기 위해서는 Gate Cover 하단에 보강대 작업 필요함
Gate Cover 하단의 보강대 없이 Safety Factor 2.4로 추가 보강대 위치 설정에 따라 안전성을 좀더 높일 수 있음
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최종 하향식 피난기구 Displacement
3. Top Plate Gate 수직방향 Displacement 분석
1) Top Plate 좌측 Gate Cover 경계 부위에서 최대 수직방향으로 6mm 처짐량 발생
추가 보강대 설치 시 수직방향 처짐량 억제 가능함
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하향식 피난기구 구조해석
Conclusions
1. H-Beam 구조 분석
1) 자중 및 300kg(3,000N)의 하중 적용 시 H-Beam 단품은 최대 83.4MPa의 Stress 거동을 보임
2) SS440 재질의 Yield Strength (205MPa – 245MPa) 대비 Safety Factor 3정도의 안전성을 가짐
2. Top Plate 두께 2mm 적용 시 구조 분석
1) 자중 및 300kg(3,000N)의 하중 적용 시 피난기구 구조물은 최대 96.4MPa의 Stress 거동을 보임
2) SUS304 재질의 Yield Strength (240MPa) 대비 Safety Factor 2.5정도의 안전성을 가짐
3) 해당 구조물의 수직방향 처짐은 Plate 중앙에서 8.03mm 정도의 최대 처짐 발생
3. Top Plate Gate 및 Gate Cover 적용 시 구조 분석
1) Top Plate 좌측에 하단 부위로 피난을 위한 Gate Hole 및 Cover 적용 후 Stress 분석 결과 101MPa의 Stress 거동을 보임
2) SUS304 재질의 Yield Strength (240MPa) 대비 Safety Factor 2.5정도의 안전성을 가짐
3) 해당 구조물의 수직방향 처짐은 Plate Gate Cover 중앙에서 6mm 정도의 최대 처짐 발생
Materials
Stress
Displacement
H-Beam 단품
Plate 2mm
Gate 적용 2mm
83.4MPa
96.4MPa
101MPa
-
8.03mm
6mm
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