거대한 강을 가로지르는 다리나 고층 빌딩을 지탱하는 강철 뼈대가 어떻게 바람과 날씨에도 흔들리지 않는지 궁금한 적이 있나요? 대답은 종종 "강성 프레임"으로 알려진 구조 설계 내에 숨겨져 있습니다. 이 기사에서는 엔지니어링에서 강체 프레임의 정의, 특성, 적용 및 중요한 중요성을 살펴봅니다.
이름에서 알 수 있듯이 견고한 프레임은 보와 기둥이 견고한 연결을 통해 결합되어 통합된 전체를 형성하는 구조 시스템입니다. 핵심 원리는 스패닝 구조와 지지 하부 구조가 진정한 견고한 프레임을 만들기 위해 비슷한 강성을 가져야 한다는 것을 요구합니다. 강철 구조물에서 이는 일반적으로 판 대들보와 지지 기둥 사이의 완전히 용접된 연결로 나타나는 반면, 콘크리트 구조물은 교대 벽이 있는 구조 슬래브의 모놀리식 주조를 통해 통합을 달성합니다.
특히, 상부 구조의 강성이 하부 구조의 강성을 크게 초과하는 경우 물리적으로 결합하더라도 연결은 진정한 강성 프레임으로 간주될 수 없습니다. 예를 들어, 슬래브가 피어 빔 및 기둥과 모놀리식으로 연결되는 철근 콘크리트 아치 슬래브 구조에서 기둥 강성이 슬래브 성능에 최소한으로 영향을 미치는 경우 시스템은 프레임 구조로 적합하지 않습니다.
기계 해석에서 강체 프레임의 모든 노드는 세 가지 평형 방정식을 충족해야 합니다. 즉, 수평 힘의 합은 0(∑H=0), 수직 힘의 합은 0(∑V=0), 모멘트는 0(∑M=0)입니다. 결과적으로, 각 프레임 구성요소는 알 수 없는 축력, 전단력 및 굽힘 모멘트를 전달합니다.
견고한 프레임의 경우N회원들과아르 자형외부 제약 조건, 미지수의 수는 다음과 같습니다(3N+아르 자형). 미지수가 평형 방정식과 일치하면 구조는 정적으로 결정적이 됩니다(3N+아르 자형=3j, 어디j지지점을 포함한 노드를 나타냄), 미지수가 방정식을 초과하면 정적으로 불확정됨(3N+아르 자형>3j), 방정식이 미지수보다 많으면 불안정합니다(3N+아르 자형<3j).
견고한 프레임 설계 원칙이 안전 시스템에 맞게 조정되었습니다. 일부 회사에서는 우리와 같은 구조 내에 직원을 가두는 견고한 프레임 바구니를 사용합니다. 추락 위험을 줄이는 동시에 탈출이 방해받을 수 있는 침수 시나리오에 대한 우려가 발생합니다. 두 가지 변형이 존재합니다.에스바그트서있는 탑승자를 위한 부력 링과 펜더가 있는 유형과 앉은 사람이 하네스를 유지하는 부력 플레이트가 있는 이동 캡슐이 있습니다.
견고한 프레임 브리지(또는 포털 프레임 브리지)는 수직 또는 경사진 단일 기둥으로 지지되는 상부 구조를 특징으로 합니다. 상부 구조와 하부 구조 사이의 견고한 연결은 중간 경간에서 경제적 효율성이 입증된 통합 시스템을 만듭니다. 20세기 초 독일에서 시작된 이 교량은 중간 경간 모멘트 감소(더 얕은 단면 가능), 최소화된 건설 면적, 교대 지지 세부 사항 제거 등 구조적 이점을 제공합니다.
주목할만한 예로는 기록적인 330미터 주 경간을 가지고 양쯔강을 가로지르는 충칭의 Shibanpo 복선 연속 프리스트레스 강체 교량과 도쿄의 Higashi-Ohashi Bridge가 있습니다. 그러나 정적으로 부정확한 구조이기 때문에 설계 및 해석의 복잡성은 단순히 지지되거나 연속적인 교량을 능가합니다.
힌지를 소개합니다나중 회원N공동의 구성원이 생성합니다.나릴리스. 모두 언제N멤버에는 경첩이 포함되어 있습니다(N−1) 릴리스가 발생합니다. 3을 만족하면 힌지 조인트가 있는 견고한 프레임이 확정됩니다.N+아르 자형=3j+기음, 어디기음출시된 릴리스를 나타냅니다.
막 전극 조립체(MEA)의 견고한 보호 프레임 씰 구조는 PEN 또는 PTFE와 같은 재료로 만든 프레임을 활용합니다. 열가소성 밀봉재를 사용한 열 압축 후 이러한 프레임은 연료 전지 스택의 MEA 압축 비율을 결정하여 양극판과의 최적의 접촉 저항을 보장하는 동시에 물질 전달 문제나 작동 손상을 일으킬 수 있는 과도한 압축을 방지합니다.
MRF 시스템은 건물의 주요 측면 안정성 시스템으로 순간 연결 프레임을 활용합니다. 측면 하중으로 인한 굽힘 모멘트를 견디기 위해 특별히 설계된 빔, 기둥 및 연결이 필요한 MRF(강철이든 콘크리트이든)에는 값비싼 연결 세부 사항이 필요합니다. 과제에는 건물의 흔들림을 증가시키고 추가 굽힘을 유발하는 P-델타 효과를 제어하는 것이 포함됩니다. 결과적으로, MRF는 일반적으로 코어 벽이나 브레이싱 시스템과 결합하여 고층 건물에서 배타적인 측면 저항 역할을 하는 경우가 거의 없습니다. 예를 들어 강철 모멘트 프레임으로 둘러싸인 콘크리트 코어를 특징으로 하는 뉴욕의 One World Trade Center가 있습니다.
견고한 비행선은 상당한 길이에서만 구조적 복잡성을 정당화합니다. 버지스의비행선 디자인견고한 프레임은 100만 입방피트 이하에서는 실용적이지 않으며 대부분 200만 입방피트를 초과합니다. 비강성 비행선이 현재 사용을 지배하는 반면, 강체 선체는 직물 강도 제한을 제거하고 우수한 구조적 무결성을 제공함으로써 대형 선박에 대한 이점을 보여줍니다. 이는 고속에서 노즈 붕괴를 방지하고 내부 검사를 허용하지만 무게 고려 사항과 복잡한 제조 공정으로 인해 상당한 어려움이 따릅니다.
플라스틱 설계 접근 방식에서 엔지니어는 지정된 붕괴 하중 계수를 달성하기 위해 견고한 프레임에 필요한 플라스틱 단면 계수를 결정합니다. 예를 들어 축 하중을 무시하고 균일한 단면(형상 계수 1.15, 항복 응력 50kips/in²)을 갖는 2스팬 고정 프레임에서는 붕괴 하중 계수를 보장하기 위한 계산이 필요합니다.N=1.75.
토목 공학 외에도 견고한 프레임은 다양한 산업에 사용됩니다. 스페이스 프레임(인터로킹 버팀목이 있는 가볍고 견고한 트러스형 구조)은 최소한의 지지로 긴 스팬에 기하학적 패턴을 활용합니다. 자동차 제조는 역사적으로 별도의 차체가 구동계 구성 요소를 수용하는 견고한 섀시에 장착되는 차체 온 프레임 구조에 의존했습니다. 유한 요소 분석은 특히 지진 및 화재 방지 요구 사항을 고려할 때 정적으로 불확정적인 시스템을 설계하는 데 특히 유용한 것으로 입증되었습니다.
거대한 강을 가로지르는 다리나 고층 빌딩을 지탱하는 강철 뼈대가 어떻게 바람과 날씨에도 흔들리지 않는지 궁금한 적이 있나요? 대답은 종종 "강성 프레임"으로 알려진 구조 설계 내에 숨겨져 있습니다. 이 기사에서는 엔지니어링에서 강체 프레임의 정의, 특성, 적용 및 중요한 중요성을 살펴봅니다.
이름에서 알 수 있듯이 견고한 프레임은 보와 기둥이 견고한 연결을 통해 결합되어 통합된 전체를 형성하는 구조 시스템입니다. 핵심 원리는 스패닝 구조와 지지 하부 구조가 진정한 견고한 프레임을 만들기 위해 비슷한 강성을 가져야 한다는 것을 요구합니다. 강철 구조물에서 이는 일반적으로 판 대들보와 지지 기둥 사이의 완전히 용접된 연결로 나타나는 반면, 콘크리트 구조물은 교대 벽이 있는 구조 슬래브의 모놀리식 주조를 통해 통합을 달성합니다.
특히, 상부 구조의 강성이 하부 구조의 강성을 크게 초과하는 경우 물리적으로 결합하더라도 연결은 진정한 강성 프레임으로 간주될 수 없습니다. 예를 들어, 슬래브가 피어 빔 및 기둥과 모놀리식으로 연결되는 철근 콘크리트 아치 슬래브 구조에서 기둥 강성이 슬래브 성능에 최소한으로 영향을 미치는 경우 시스템은 프레임 구조로 적합하지 않습니다.
기계 해석에서 강체 프레임의 모든 노드는 세 가지 평형 방정식을 충족해야 합니다. 즉, 수평 힘의 합은 0(∑H=0), 수직 힘의 합은 0(∑V=0), 모멘트는 0(∑M=0)입니다. 결과적으로, 각 프레임 구성요소는 알 수 없는 축력, 전단력 및 굽힘 모멘트를 전달합니다.
견고한 프레임의 경우N회원들과아르 자형외부 제약 조건, 미지수의 수는 다음과 같습니다(3N+아르 자형). 미지수가 평형 방정식과 일치하면 구조는 정적으로 결정적이 됩니다(3N+아르 자형=3j, 어디j지지점을 포함한 노드를 나타냄), 미지수가 방정식을 초과하면 정적으로 불확정됨(3N+아르 자형>3j), 방정식이 미지수보다 많으면 불안정합니다(3N+아르 자형<3j).
견고한 프레임 설계 원칙이 안전 시스템에 맞게 조정되었습니다. 일부 회사에서는 우리와 같은 구조 내에 직원을 가두는 견고한 프레임 바구니를 사용합니다. 추락 위험을 줄이는 동시에 탈출이 방해받을 수 있는 침수 시나리오에 대한 우려가 발생합니다. 두 가지 변형이 존재합니다.에스바그트서있는 탑승자를 위한 부력 링과 펜더가 있는 유형과 앉은 사람이 하네스를 유지하는 부력 플레이트가 있는 이동 캡슐이 있습니다.
견고한 프레임 브리지(또는 포털 프레임 브리지)는 수직 또는 경사진 단일 기둥으로 지지되는 상부 구조를 특징으로 합니다. 상부 구조와 하부 구조 사이의 견고한 연결은 중간 경간에서 경제적 효율성이 입증된 통합 시스템을 만듭니다. 20세기 초 독일에서 시작된 이 교량은 중간 경간 모멘트 감소(더 얕은 단면 가능), 최소화된 건설 면적, 교대 지지 세부 사항 제거 등 구조적 이점을 제공합니다.
주목할만한 예로는 기록적인 330미터 주 경간을 가지고 양쯔강을 가로지르는 충칭의 Shibanpo 복선 연속 프리스트레스 강체 교량과 도쿄의 Higashi-Ohashi Bridge가 있습니다. 그러나 정적으로 부정확한 구조이기 때문에 설계 및 해석의 복잡성은 단순히 지지되거나 연속적인 교량을 능가합니다.
힌지를 소개합니다나중 회원N공동의 구성원이 생성합니다.나릴리스. 모두 언제N멤버에는 경첩이 포함되어 있습니다(N−1) 릴리스가 발생합니다. 3을 만족하면 힌지 조인트가 있는 견고한 프레임이 확정됩니다.N+아르 자형=3j+기음, 어디기음출시된 릴리스를 나타냅니다.
막 전극 조립체(MEA)의 견고한 보호 프레임 씰 구조는 PEN 또는 PTFE와 같은 재료로 만든 프레임을 활용합니다. 열가소성 밀봉재를 사용한 열 압축 후 이러한 프레임은 연료 전지 스택의 MEA 압축 비율을 결정하여 양극판과의 최적의 접촉 저항을 보장하는 동시에 물질 전달 문제나 작동 손상을 일으킬 수 있는 과도한 압축을 방지합니다.
MRF 시스템은 건물의 주요 측면 안정성 시스템으로 순간 연결 프레임을 활용합니다. 측면 하중으로 인한 굽힘 모멘트를 견디기 위해 특별히 설계된 빔, 기둥 및 연결이 필요한 MRF(강철이든 콘크리트이든)에는 값비싼 연결 세부 사항이 필요합니다. 과제에는 건물의 흔들림을 증가시키고 추가 굽힘을 유발하는 P-델타 효과를 제어하는 것이 포함됩니다. 결과적으로, MRF는 일반적으로 코어 벽이나 브레이싱 시스템과 결합하여 고층 건물에서 배타적인 측면 저항 역할을 하는 경우가 거의 없습니다. 예를 들어 강철 모멘트 프레임으로 둘러싸인 콘크리트 코어를 특징으로 하는 뉴욕의 One World Trade Center가 있습니다.
견고한 비행선은 상당한 길이에서만 구조적 복잡성을 정당화합니다. 버지스의비행선 디자인견고한 프레임은 100만 입방피트 이하에서는 실용적이지 않으며 대부분 200만 입방피트를 초과합니다. 비강성 비행선이 현재 사용을 지배하는 반면, 강체 선체는 직물 강도 제한을 제거하고 우수한 구조적 무결성을 제공함으로써 대형 선박에 대한 이점을 보여줍니다. 이는 고속에서 노즈 붕괴를 방지하고 내부 검사를 허용하지만 무게 고려 사항과 복잡한 제조 공정으로 인해 상당한 어려움이 따릅니다.
플라스틱 설계 접근 방식에서 엔지니어는 지정된 붕괴 하중 계수를 달성하기 위해 견고한 프레임에 필요한 플라스틱 단면 계수를 결정합니다. 예를 들어 축 하중을 무시하고 균일한 단면(형상 계수 1.15, 항복 응력 50kips/in²)을 갖는 2스팬 고정 프레임에서는 붕괴 하중 계수를 보장하기 위한 계산이 필요합니다.N=1.75.
토목 공학 외에도 견고한 프레임은 다양한 산업에 사용됩니다. 스페이스 프레임(인터로킹 버팀목이 있는 가볍고 견고한 트러스형 구조)은 최소한의 지지로 긴 스팬에 기하학적 패턴을 활용합니다. 자동차 제조는 역사적으로 별도의 차체가 구동계 구성 요소를 수용하는 견고한 섀시에 장착되는 차체 온 프레임 구조에 의존했습니다. 유한 요소 분석은 특히 지진 및 화재 방지 요구 사항을 고려할 때 정적으로 불확정적인 시스템을 설계하는 데 특히 유용한 것으로 입증되었습니다.
