비대칭 연결재를 갖는 조립식 버팀보의 좌굴 파괴 거동
A Study on the Behavior of Buckling Failure for Built-up Strut with Unsymmetric Connector.
- 주제(키워드) 조립식 압축부재 , 좌굴
- 주제(KDC) 조립식 압축부재의 좌굴 파괴 거동
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 한만엽
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2013. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 건설교통공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000014029
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 IPS 시스템의 버팀보와 같은 비대칭 연결재를 갖는 조립식 압축부재를 대상으로 압축력과 휨모멘트를 동시에 받는 경우 구조적인 안정성 문제를 판단하기 위한 연구를 수행하였다. 이를 위하여, 조립식 압축부재 및 단일 압축부재의 좌굴에 대한 이론적 검토, 유한요소해석을 통한 좌굴하중 검토, 실 대형 실험을 통한 좌굴하중 검토를 수행하였다. 이 결과를 바탕으로 비대칭 연결재를 갖는 조립식 압축부재의 설계 활용 방안을 제안하였다. 이론적 검토로는 현행 설계기준(도로교설계기준 2008, AISC 2005, Eurocode EN 1993-1-1:2005) 및 이론식(Euler 좌굴공식, Johnson 좌굴공식)에서 제시하고 있는 좌굴 산정식을 이용하여 단일부재의 좌굴하중을 산정하고 Timoshenko and Gere가 제시한 조립식 압축부재의 좌굴하중 식을 이용하여 조립부재의 좌굴하중을 산정하였다. 유한요소해석은 상용 구조해석 프로그램인 MIDAS를 이용하여 조립식 압축부재의 탄성 시스템 좌굴해석을 통하여 좌굴하중을 산정하고 비선형 해석을 수행하여 하중 증가에 따른 2차 모멘트 증가 효과를 검증하였다. 실 대형 실험은 3가지 매개변수로 실험을 수행하였다. 첫째로 조립식 압축부재의 주부재를 연결해주는 연결재의 간격(4m, 5m, 6m)에 따른 압축 실험, 둘째로 주부재를 연결해주는 연결재의 종류(띠판, ㄷ형강, 복 ㄷ형강)에 따른 휨강성, 전단강성, 볼트 체결 수의 차이에 따른 압축 실험, 마지막으로 첫 번째, 두 번째 매개변수 조건인 경우 편심 길이(0.0m, 0.2m, 0.4m)에 따른 압축 실험을 실시하였다. 이론적 검토, 유한요소해석, 실 대형 실험 결과를 비교·분석하여 조립식 압축부재의 좌굴 거동 특성을 파악하였다. 그 결과 조립식 압축부재는 연결재 간격이 증가함에 따라 좌굴하중은 비선형적으로 급격히 감소하는 것을 알 수 있었다. 실험 결과를 바탕으로 연결재 간격에 따른 조립식 압축부재의 좌굴하중은 이라는 식을 유추할 수 있었다. 그리고 조립식 압축부재의 연결재 종류에 따른 연결재 강성의 감소 및 연결부 볼트 체결량 감소에 따라 좌굴하중도 감소됨을 알 수 있었다. 또한, 조립식 압축부재의 편심 길이 증가에 따른 좌굴하중은 선형적으로 감소됨을 알 수 있었다.
more초록/요약
This study investigates structural stability of built-up compression members with unsymmetric connectors such as strut in innovative pre-stressed support system based on the condition where both compression force and bending moment occur. To this end, theoretical review is conducted on built-up compression members and buckling of single compression members while buckling loads are examined through FEM structural analysis and full-scale experiments. Based on results of the reviews, this study suggests design application plan for built-up compression members with unsymmetric connectors. The theoretical review applies buckling method that is indicated in the current design standards (design standard of bridge road 2008 and AISC 2005), the Euler’s buckling formula and the Johnson formula to calculate buckling loads of single compression members. Furthermore, Timoshenko and Gere’s buckling load formula is adopted to calculate buckling loads of built-up compression members. In FEM structural analysis, linear elastic analysis are conducted on built-up compression members through MIDAS- a structural analysis program, buckling loads are calculated through buckling analysis, and increase in secondary moment are verified according to rise in load through nonlinear analysis. Meanwhile, full-scale experiments are performed with three parameters. As the first parameter, a compression experiment is carried out according to 4m, 5m and 6m distances between connectors which link main member of built-up compression members. The second parameter conducts compression experiments on disparities of bending and shear stiffness and the required number of bolts which vary depending on types of connector such as batten, single channel and double channel. Finally, the third compression experiment is conducted according to length of eccentricity (0S, 0.1S, 0.2S) with the same parameter as the first and the second experiment. Characteristics of buckling behavior of built-up compression members are identified through comparison and analysis on results of theoretical review, FEM structural analysis and full-scale experiments. The results from full scale experiments, structural analysis and theoretical calculations show that the buckling loads tend to sharply decrease non-linearly as distances between connectors increase. Based on such tendency of the experiments, the possible equation may be suggested Pcr=45,000C-1.6. Furthermore, it is also discovered that stiffness of connector diminishes in accordance with type of connector of built-up compression members while buckling loads decrease according to fewer the number of bolts placed on joints. In addition, buckling loads reduce in a linear way in case of increase in length of eccentricity.
more목차
요 약 문
1. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 3
1.3 연구 내용 4
2. 이론적 배경 6
2.1 조립식 압축부재의 좌굴 6
2.1.1 개요 6
2.1.2 이론 좌굴하중 10
2.1.3 설계기준 16
2.1.4 좌굴 형태 18
2.2 단일 압축부재의 좌굴 20
2.2.1 이론 좌굴하중 20
2.2.2 설계 기준 25
2.3 조립식 압축부재의 효과 32
3. 유한요소 해석 35
3.1 개요 35
3.1.1. 유한요소 해석 방법 35
3.1.2. 유한요소 해석 조건 37
3.2 모델링 39
3.2.1. 모델링 조건 39
3.2.2. 지점 조건 41
3.2.3. 하중 조건 41
3.3 해석 결과 및 분석 43
3.3.1 선형 탄성해석 43
3.3.2 Buckling 해석 48
3.3.3 비선형 해석 50
4. 실 대형 실험 53
4.1. 개요 53
4.2. 실험체 상세 55
4.2.1. 압축부재 상세 55
4.2.2. 연결재 상세 57
4.3. 실험 방법 58
4.3.1. 실험체 설치 58
4.3.2. 하중 가력 61
4.3.3. 계측 62
5. 실 대형 실험 결과 및 분석 66
5.1 연결재 간격의 영향 72
5.1.1 좌굴 파괴하중 72
5.1.2 종방향 변위 73
5.1.3 횡방향 변위 75
5.1.4 종방향 변형률 77
5.1.5 연결재 변형률 79
5.2 연결재 종류에 따른 좌굴 82
5.2.1 좌굴 파괴하중 82
5.2.2 종방향 변위 83
5.2.3 횡방향 변위 84
5.2.4 종방향 변형률 86
5.2.5 연결재 변형률 88
5.3 편심에 따른 좌굴 90
5.3.1 좌굴 파괴하중 90
5.3.2 종방향 변위 91
5.3.3 횡방향 변위 94
5.3.4 종방향 변형률 97
5.3.5 연결재 변형률 101
6. 종합 분석 및 설계 활용 방안 107
6.1 종합 분석 107
6.1.1 좌굴 파괴하중 107
6.1.2 횡방향 변위 109
6.1.3 종방향 변형률 111
6.1.4 연결재 변형률 113
6.2 설계 활용 방안 118
6.2.1 일반 사항 118
6.2.2 좌굴 파괴하중 산정 119
7. 결 론 121
8. 참고문헌 123
Abstract
부록
